2020届高考化学一轮复习原电池　化学电源作业(1)

2020届高考化学一轮复习原电池　化学电源作业(1)

第2讲　原电池　化学电源 A组　基础题组 ‎1.下列设备工作时,将化学能转化为热能的是(　　)‎ A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 答案　D　硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,A项错误;锂离子电池是将化学能转化为电能的装置,B项错误;太阳能集热器是将太阳能转化为热能的装置,C项错误;燃气通过燃气灶发生燃烧反应,如CH4+2O2 CO2+2H2O,实现了化学能到热能的转化,D项正确。‎ ‎2.(2019山东潍坊期末)锂钒氧化物二次电池的特点是成本低,对环境无污染,能量密度高。电池总反应为V2O5+xLiLixV2O5。下列说法正确的是(　　)‎ A.电池在充电时,Li电极接电源正极 B.电池放电过程中,Li+向负极移动 C.电池放电时正极的反应为V2O5+xLi++xe-LixV2O5‎ D.V2O5是锂发生反应的载体,不参与电池反应 答案　C　A项,电池在充电时,Li电极连接电源的负极,错误;B项,电池放电时,该装置是原电池,Li+向正极移动,错误;C项,电池放电时,V2O5作正极得电子,电极反应式为V2O5+xLi++xe-LixV2O5,正确;D项,V2O5参与电池反应,错误。‎ ‎3.金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n。‎ 已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(　　)‎ A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面 B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高 C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜 答案　C　A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。‎ ‎4.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连可以组成几个原电池。若a、b 相连时a为负极;c、d相连时电流由d到c;a、c相连时c极上产生大量气泡;b、d相连时d极质量减少,则四种金属的活动性顺序由强到弱为(　　)　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ A.a>b>c>d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a 答案　B　a、b相连时a为负极,则活动性顺序a>b;c、d相连时电流由d→c,说明c是负极,则活动性顺序c>d;a、c相连时c极上产生大量气泡,说明c是正极,则活动性顺序a>c;b、d相连时d极质量减少,说明d是负极,b是正极,则活动性顺序d>b,故活动性顺序是a>c>d>b。‎ ‎5.(2018山东七校联合体第二次联考)某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,则(　　)‎ A.电极Ⅰ发生还原反应 B.电极Ⅱ逐渐溶解 C.电流方向:电极Ⅳ电极Ⅰ D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e- Cu 答案　C　根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池,电极Ⅰ为负极,电极Ⅱ为正极,与负极相连的电极Ⅳ为电解池的阴极,与正极相连的电极Ⅲ为电解池的阳极。Ⅰ为负极,失去电子,发生氧化反应,故A错误;电极Ⅱ为正极,电解质溶液中的铜离子在正极得到电子生成铜 单质,电极Ⅱ有铜析出,故B错误;电极Ⅰ为负极,电极Ⅳ为电解池的阴极,所以电流方向:电极Ⅳ电极Ⅰ,故C正确;电极Ⅲ为阳极,电极反应为Cu -2e- Cu2+,故D错误。‎ ‎6.(2017安徽合肥一模)某种甲烷燃料电池采用铂作电极,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过,其基本结构如图,电池总反应为CH4+2O2CO2+2H2O。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.电子由a极流出经过负载流向b极 B.电解质溶液中H+移向a极 C.每转移1 mol e-,消耗1.6 g CH4‎ D.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-‎ 答案　A　A项,由电池总反应可知,通甲烷的一极为燃料电池的负极,通O2的一极为燃料电池的正极,则a为负极,b为正极,在原电池中电子从负极经外电路流向正极,即由a极经负载流向b极,正确。B项,在原电池中,阳离子移向正极,所以电解质中的氢离子移向b极,错误。C项,由燃料电池的总反应式可知,甲烷中C元素从-4价变为+4价,则1 mol甲烷参加反应转移的电子的物质的量为8 mol,所以转移1 mol电子,消耗0.125 mol的甲烷,质量为2 g,错误。D项,由装置图可知,该燃料电池的电解质溶液为稀硫酸,所以正极的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,错误。 ‎ ‎7.已知锂离子电池的总反应:LixC+Li‎1-‎xCoO2 C+LiCoO2,锂硫电池的总反应:2Li+S Li2S,有关上述两种电池说法正确的是(　　)‎ A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移 B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 答案　B　原电池中阳离子向正极移动,则锂离子电池放电时,Li+向正极迁移,故A错误;锂硫电池充电时,锂电极与外接电源的负极相连,锂电极上 Li+得电子发生还原反应,故B正确;比能量是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小,锂硫电池放电时负极为 Li,锂离子电池放电时负极为 LixC,两种电池的负极材料不同,所以比能量不同,故C错误;题图表示用锂硫电池给锂离子电池充电,故D错误。‎ ‎8.(2018四川绵阳第三次诊断)近年来,尿素电氧化法处理富含尿素的工业废水和生活污水得到了广泛关注,该法具有操作简易、处理量大等优点,且该过程在碱性条件下产生无毒的CO2、N2,电池工作时,下列说法错误的是(　　)‎ A.负极发生的反应为CO(NH2)2+6OH--6e- N2↑+CO2↑+5H2O B.正极附近溶液的pH增大 C.隔膜只允许阳离子通过 D.处理掉废水中尿素1.0 g时消耗O2 0.56 L(标准状况)‎ 答案　C　由电池工作时的图像可知,通尿素的一极为负极,发生氧化反应,电极反应为CO(NH2)2+6OH--6e-N2↑+CO2↑+5H2O;通氧气的一极为正极,发生还原反应,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-,A项正确;B项,正极附近发生电极反应:O2+4e-+2H2O 4OH-,产生OH-,使溶液的pH增大,正确;C项,为维持溶液的电中性,正极附近产生的OH-通过隔膜进入负极被消耗,隔膜允许阴离子通过,错误;D项,根据电极反应可知负极每消耗尿素1.0 g时转移的电子为‎1‎‎10‎ mol,根据正极反应可得消耗的O2的体积为‎1‎‎10‎ mol×‎1‎‎4‎×22.4 L/mol-1=0.56 L,正确。‎ ‎9.某汽车尾气分析仪利用燃料电池的工作原理测定CO的浓度,其装置如图所示,该电池中电解质为氧化钇—氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。‎ ‎(1)负极反应式为　;  ‎ 正极反应式为　。 ‎ 电池总反应为　。 ‎ ‎(2)如果将上述电池中的电解质改为熔融的K2CO3,b极通入的气体为氧气和CO2,写出相关的电极反应式。‎ 负极:　;  ‎ 正极:　。 ‎ 电池总反应:　。 ‎ 答案　(1)CO+O2--2e- CO2　O2+4e- 2O2-　2CO+O2 2CO2‎ ‎(2)2CO-4e-+2CO‎3‎‎2-‎ 4CO2　O2+4e-+2CO2 2CO‎3‎‎2-‎　2CO+O2 2CO2‎ 解析　(1)该装置是原电池,通入一氧化碳的电极a是负极,负极上一氧化碳失电子发生氧化反应,电极反应式为CO+O2--2e- CO2,b为正极,电极反应式为O2+4e- 2O2-,电池总反应式为2CO+O2 2CO2。‎ ‎(2)该电池的总反应式为2CO+O2 2CO2,正极反应式为O2+4e-+2CO2 2CO‎3‎‎2-‎,负极反应式=总反应式-正极反应式,得出负极反应式为2CO-4e-+2CO‎3‎‎2-‎ 4CO2。‎ ‎10.某化学研究性学习小组针对原电池形成条件,设计了实验方案,进行如下探究。‎ ‎(1)请填写有关实验现象并得出相关结论。‎ 编号 实验装置 实验现象 ‎1‎ 锌棒逐渐溶解,表面有气体生成;铜棒表面无现象 ‎2‎ 两锌棒逐渐溶解,表面均有气体生成;电流计指针不偏转 ‎3‎ 铜棒表面的现象是　, ‎ 电流计指针　。 ‎ ‎①通过实验2和3,可得出原电池的形成条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②通过实验1和3,可得出原电池的形成条件是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎③若将实验3中硫酸溶液换成乙醇,电流计指针将不发生偏转,从而可得出原电池形成条件是　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)分别写出实验3中Zn棒和Cu棒上发生的电极反应式:‎ Zn棒:　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ Cu棒:　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)实验3的电流是从　　　　棒流出(填“Zn”或“Cu”),反应过程中若有0.4 mol电子发生了转移,则Zn电极质量减轻　　　　g。 ‎ 答案　(1)有气体生成　发生偏转　①活泼性不同的两个电极　②形成闭合回路　③有电解质溶液 ‎ (2)Zn-2e- Zn2+　2H++2e- H2↑‎ ‎(3)Cu　13‎ 解析　(1)实验3中构成原电池,锌是负极,铜是正极,溶液中的氢离子在铜棒上放电,则铜棒表面的现象是有气体生成,电流计指针发生偏转。①实验2和3相比电极不一样,因此可得出原电池的形成条件是有活泼性不同的两个电极。②实验1和3相比实验3中构成闭合回路,由此可得出原电池的形成条件是形成闭合回路。③若将实验3中硫酸换成乙醇,电流计指针将不发生偏转,由于乙醇是非电解质,硫酸溶液是电解质溶液,因此可得出原电池形成条件是有电解质溶液。(2)锌是负极,发生失去电子的氧化反应,则Zn棒上发生的电极反应式为Zn-2e- Zn2+。铜是正极,溶液中的氢离子放电,则Cu棒上发生的电极反应式为2H++2e- H2↑。(3)实验3中锌是负极,铜是正极,则电流是从Cu棒流出,反应过程中若有0.4 mol电子发生了转移,根据Zn-2e- Zn2+可知消耗0.2 mol锌,则Zn电极质量减轻0.2 mol×65 g/mol=13.0 g。‎ B组　提升题组 ‎11.铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺,装置如图。若上端开口关闭,可得到具有强还原性的H·(氢原子);若上端开口打开,并鼓入空气,可得到具有强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法错误的是(　　)‎ A.无论是否鼓入空气,负极的电极反应式均为Fe-2e-Fe2+‎ B.不鼓入空气时,正极的电极反应式为H++e-H·‎ C.鼓入空气时,每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 D.处理含有草酸(H2C2O4)的污水时,上端开口应打开并鼓入空气 答案　C　由铁碳微电解装置示意图可知,Fe在原电池负极发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,故A正确;由题意可知上端开口关闭,可得到强还原性的H·,则不鼓入空气时,正极的电极反应式为H++e-H·,故B正确;鼓入空气时,正极的电极反应式为O2+2H++2e-2·OH,每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移,故C错误;处理含有草酸(H2C2O4)的污水时,草酸根离子具有较强的还原性,与氧化剂作用易被氧化为二氧化碳和水,则上端开口应打开并鼓入空气生成具有强氧化性的羟基自由基,以氧化草酸处理污水,故D正确。‎ ‎12.(2018天津理综,10节选)O2辅助的Al-CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大,能有效利用CO2,电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。‎ 电池的负极反应式:　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 电池的正极反应式:6O2+6e- 6‎O‎2‎‎-‎ ‎6CO2+6O‎2‎‎-‎ 3C2O‎4‎‎2-‎+6O2‎ 反应过程中O2的作用是　　　　　　。 ‎ 该电池的总反应式:　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案　Al-3e-Al3+(或2Al-6e-2Al3+)　催化剂 ‎2Al+6CO2Al2(C2O4)3‎ 解析　观察原电池工作原理图知,铝电极作负极,多孔碳电极作正极,故负极反应式为Al-3e- Al3+;正极反应式为6O2+6e- 6O‎2‎‎-‎、6CO2+6O‎2‎‎-‎ 3C2O‎4‎‎2-‎+6O2,由此可知反应过程中O2的作用是催化剂;电池总反应式为2Al+6CO2 Al2(C2O4)3。‎ ‎13.肼(N2H4)是一种高能燃料,在工业生产中用途广泛。‎ ‎(1)0.5 mol肼中含有　　　mol极性共价键。 ‎ ‎(2)工业上可用肼(N2H4)与新制Cu(OH)2反应制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)发射火箭时,肼为燃料,过氧化氢为氧化剂,两者反应生成氮气与水蒸气。已知1.6 g液态肼在上述反应中放出64.22 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)肼—过氧化氢燃料电池由于其较高的能量密度而备受关注,其工作原理如图所示。该电池正极反应式为　　　　　　　　　　　,电池工作过程中,A极区溶液的pH　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ 答案　(1)2　‎ ‎(2)N2H4+4Cu(OH)2 2Cu2O↓+N2↑+6H2O ‎(3)N2H4(l)+2H2O2(l) N2(g)+4H2O(g)　ΔH=‎ ‎-1 284.4 kJ/mol ‎(4)H2O2+2e- 2OH-　减小 解析　(1)肼的结构式为,0.5 mol肼中含有极性共价键的物质的量为2 mol。‎ ‎(2)工业上可用肼(N2H4)与新制Cu(OH)2反应制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该反应的化学方程式为N2H4+4Cu(OH)2 2Cu2O↓+N2↑+6H2O。‎ ‎(3)肼与过氧化氢反应生成氮气与水蒸气。1.6 g液态肼在反应中放出64.22 kJ的热量,则1 mol肼(32 g)燃烧放出‎32‎‎1.6‎×64.22 kJ=1 284.4 kJ热量,反应的热化学方程式为N2H4(l)+2H2O2(l) N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 284.4 kJ/mol。‎ ‎(4)肼—过氧化氢燃料电池中正极发生还原反应,正极反应式为H2O2+2e- 2OH-,电池工作过程中,A极为负极,总反应式为N2H4+2H2O2 N2↑+4H2O,用总反应式减去正极反应式得到负极反应式为N2H4-4e-+4OH- N2↑+4H2O,负极区溶液的pH逐渐减小。‎