2021版高考化学一轮复习核心素养测评二十原电池化学电源含解析新人教版

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原电池　化学电源 一、选择题(本题包括4小题，每题6分，共24分)‎ ‎1.以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是 (　　)‎ A.锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2‎ B.两极上溶解和析出的物质的质量相等 C.锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g H2‎ D.锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol ‎【解析】选A。负极电极反应式为Zn-2e-Zn2+；正极：2H++2e-H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气得到2 mol电子，得失电子守恒，A正确；锌溶解65 g时，正极析出2 g H2，两极上溶解和析出的物质的质量不相等，B、C错误；锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了1 mol，D错误。‎ ‎2.(2020·北京海淀模拟)锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。‎ 下列关于原电池和干电池的说法不正确的是 (　　)‎ A.两者正极材料不同 B.MnO2的放电产物可能是KMnO4‎ C.两者负极反应式均为Zn失电子 D.原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象 ‎【解析】选B。题中左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，题中右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同， A正确；干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低， B错误；所给装置中Zn为负极，Zn失去电子， C正确；根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象， D正确。‎ - 11 -‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(2020·长沙模拟)如图所示装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的 (　　)‎ A.A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸 B.A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸 C.A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液 D.A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液 ‎【解析】选D。该原电池中，A极逐渐变粗，B极逐渐变细，所以B作负极，A作正极，B的活泼性大于A的活泼性，所以排除A、C选项；A极逐渐变粗，说明有金属析出，B选项析出氢气不是金属，D选项析出金属。‎ ‎3.(双选)某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是 (　　)‎ A.正极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-‎ B.放电时，交换膜左侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D.当电路中转移0.01 mol e-时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 ‎【解析】选B、D。负极反应式为2Ag-2e-+2Cl-2AgCl，正极反应式为Cl2+2e-2Cl-，A错误；由于电解质溶液中含有大量Cl-，放电时，Ag+在交换膜左侧即与Cl-反应生成AgCl沉淀，B正确；用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C错误；电路中转移0.01 mol e-时，交换膜左侧溶液有0.01 mol Cl-参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01 mol H+通过阳离子交换膜进入右侧溶液，D正确。‎ ‎【加固训练】‎ - 11 -‎ ‎　　某小组为了探究电化学原理，设计了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为锌，其他电极均为石墨，盐桥是浸泡了饱和氯化钾溶液的琼脂，丙池是滴加了酚酞的氯化钠溶液，下列叙述正确的是 (　　)‎ A.电子由电极Ⅳ通过外电路流向电极Ⅰ B.装置工作过程中Ⅲ电极周围出现红色 C.电极Ⅱ发生还原反应 D.盐桥中Cl-向乙池移动 ‎【解析】选C。Ⅰ是锌、其余电极都是石墨，锌易失电子作负极，Ⅱ是正极，甲、乙构成原电池，丙有外接电源，属于电解池，Ⅲ为阳极、Ⅳ为阴极。电子从负极Ⅰ沿导线流向阴极Ⅳ，故A错误；Ⅲ电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，Ⅳ为阴极，阴极上氢离子放电生成氢气，同时电极附近生成氢氧根离子，导致溶液变红色，故B错误；电极Ⅱ上铜离子得电子发生还原反应而析出Cu单质，故C正确；盐桥中氯离子向负极甲池区域移动，故D错误。‎ ‎4.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的 是 (　　)‎ ‎【解析】选A。Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变为Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变为H2，因而c(H+)减小，A错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-，B正确；Zn为较活泼电极，‎ - 11 -‎ 作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C正确；铅蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共26分)‎ ‎5.(14分)(1)锌锰(Zn-MnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。‎ ‎①该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。 ‎ ‎②若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是 ______________________。 ‎ ‎(2)铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为硫酸。该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。‎ ‎①该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向________(填“正极”或“负极”)；正极附近溶液的酸性________(填“增强”“减弱”或“不变”)，负极的电极反应式为________________________。(已知：硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电极上) ‎ ‎②实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，若制得0.050 mol Cl2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是________ mol。 ‎ ‎(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为____________________。该电池工作时，外电路每流过2 mol e-，消耗标准状况下氧气________ L。 ‎ ‎【解析】(1)①负极上失电子发生氧化反应，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极。②电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)①在铅蓄电池中，根据原电池反应式中元素化合价变化知，在Pb电极上Pb元素化合价由0变为+2，发生氧化反应：Pb-2e-+SPbSO4，所以Pb作负极，PbO2作正极，电解质溶液中阴离子移向负极。工作时，该铅蓄电池正极上PbO2得电子发生还原反应，电极反应为PbO2+S+2e-+4H+PbSO4+2H2O，正极附近溶液的酸性减弱。‎ ‎②设生成0.05 mol Cl2需转移的电子为x mol。‎ ‎2Cl--2e-Cl2↑‎ ‎ 2 mol　 1 mol - 11 -‎ ‎ x mol　 0.050 mol 解得x=0.1，‎ 设转移0.1 mol e-时，消耗硫酸的物质的量为y mol，放电时，铅蓄电池的电池反应式为 PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O　转移电子 ‎ 2 mol　　　　　　 2 mol ‎　 y mol 　　　　　　 0.1 mol y=0.1，所以消耗硫酸的物质的量为0.1 mol。‎ ‎(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2H2+O22H2O，电解质溶液呈碱性，负极上氢气失电子生成水，则负极的电极反应式为H2+2OH--2e-2H2O或2H2+4OH--4e-4H2O；该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-，则外电路每流过2 mol e-，消耗氧气为0.5 mol，所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L。‎ 答案：(1)①Zn　正极　②Zn与Cu2+反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率 ‎(2)①负极　减弱　Pb-2e-+SPbSO4　②0.1‎ ‎(3)H2-2e-+2OH-2H2O　11.2‎ ‎6.(12分)(1) CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：‎ 电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O，则电极c是________(填“正极”或“负极”)，电极c的反应式为__________________。 ‎ 若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为______________ L。 ‎ ‎(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：‎ - 11 -‎ ‎①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为____________________________________。 ‎ ‎②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ ‎【解析】(1) 根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+，线路中转移2 mol电子时，消耗氧气0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L。‎ ‎(2)CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。负极反应式可由总反应式CH4+2OH-+2O2C+3H2O减去正极反应式O2+2H2O+4e-4OH-得到。由于电池工作过程中会消耗OH-，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。‎ 答案：(1)负极　CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+　11.2‎ ‎(2)①a　CH4+10OH--8e-C+7H2O　②减小 一、选择题(本题包括3小题，每题6分，共18分)‎ ‎1.(2020年山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。‎ H+、O2、N等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是 (　　)‎ A.反应①②③④均在正极发生 B.单位时间内，三氯乙烯脱去a mol Cl时ne=a mol - 11 -‎ C.④的电极反应式为N+10H++8e-N+3H2O D.增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可使nt增大 ‎【解析】选B。A.由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知，反应①②③④均为得电子的反应，所以应在正极发生；B.三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价，乙烯中C原子化合价为-2价，1 mol C2HCl3转化为1 mol C2H4时，得到6 mol 电子，脱去3 mol氯原子，所以脱去a mol Cl时ne=2a mol；C.由示意图及N元素的化合价变化可写出如下转化N+8e-N，由于生成物中有N所以只能用H+和H2O来配平该反应，而不能用H2O和OH-来配平，所以④的电极反应式为N+10H++8e-N+3H2O；D.增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量，可以增大小微粒ZVI的接触面积，加快ZVI释放电子的速率，可使nt增大。‎ ‎2.Li-SO2电池具有输出功率高且低温性能好的特点，其电解质为LiBr，溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈，Li+可在其中移动。电池放电时的总反应式为2Li+2SO2 Li2S2O4。下列有关该电池的说法正确的是 (　　)‎ A.放电时Li+向正极移动 B.该电池溶剂可用水替代 C.该电池放电时，1 mol SO2参与反应，转移2 mol e-‎ D.充电时，阳极发生还原反应 ‎【解析】选A。在原电池内部的电解质溶液中，阳离子向正极移动，A正确；Li能与水反应，不能用水作溶剂，B错误；根据化合价变化分析可知，该电池放电时，1 mol SO2参与反应转移1 mol e-，C错误；充电时阳极发生氧化反应，D错误。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　锌-空气燃料电池可作电动车的动力电源，电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn+O2+2H2O+4OH-2Zn(OH。下列说法正确的是 (　　)‎ A.放电时，电解质溶液中K+移向负极 B.放电时，电解质溶液的pH不变 C.充电时，阴极的反应为Zn(OH+2e-Zn+4OH-‎ D.充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，则析出固体Zn为13 g ‎【解析】选C。放电时，为原电池，溶液中阳离子向正极移动，即K+向正极移动，故A错误；放电时，消耗氢氧根离子，碱性减弱，pH减小，故B错误；充电时，‎ - 11 -‎ 阴极上发生得电子的还原反应，则阴极反应为Zn(OH+2e-Zn+4OH-，故C正确；产生1 mol氧气，转移电子为4 mol，充电时，当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时，转移电子的物质的量为×4=0.8 mol，根据Zn～2e-，则析出固体Zn：×65 g·mol-1=26 g，故D错误。‎ ‎3.(双选)(2020·开封模拟改编)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的 是 (　　)‎ A.放电时，负极的电极反应式为Li-e-Li+‎ B.放电时，电子通过电解质从Li流向Fe2O3‎ C.充电时，Fe作阴极，电池逐渐摆脱磁铁吸引 D.充电时，阳极的电极反应式为2Fe+3Li2O-6e-Fe2O3+6Li+‎ ‎【解析】选B、C。该电池在充、放电时的反应为6Li+Fe2O33Li2O+2Fe；放电时，Li为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式是Li-e-Li+，选项A正确；放电时，电子通过外电路从负极Li流向正极Fe2O3，不能经过电解质，选项B错误；充电时，Fe作阳极，失去电子，发生氧化反应，被氧化为Fe2O3，Fe2O3不能被磁铁吸引，故电池逐渐摆脱磁铁吸引，选项C错误；充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，该电极反应式为2Fe-6e-+3Li2OFe2O3+6Li+，选项D正确。‎ 二、非选择题(本题包括2小题，共32分)‎ ‎4.(12分)(2020·石家庄模拟)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知：铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。‎ - 11 -‎ ‎(1)铜、铬构成的原电池如图甲，其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为________ ________________________。盐桥中装的是饱和KCl琼脂溶液，下列关于此电池的说法正确的是________(填选项字母)。 ‎ A.盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，凡是有盐桥的原电池，盐桥中均可以用饱和KCl琼脂溶液 B.理论上1 mol Cr溶解，盐桥中将有2 mol Cl-进入左池，2 mol K+进入右池 C.此过程中H+得电子，发生氧化反应 D.电子从铬极通过导线到铜极，又通过盐桥转移到左烧杯中 ‎(2)如果构成图乙电池，发现铜电极上不再有图甲的现象，铬电池上产生大量气泡，遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式：_________________。 ‎ ‎(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时，观察到了预料之外的现象：①铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状；②反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越多，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。请解释这两种现象的原因： ______________。 ‎ ‎【解析】(1)由于铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)，说明铬电极是负极，铜电极是正极，氢离子在正极放电，所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。A项，盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，若电解质溶液中有与KCl发生反应的离子，如当电解质溶液是AgNO3溶液时，盐桥中的电解质溶液就不能用KCl琼脂溶液，错误；B项，理论上1 mol Cr溶解，Cr-2e-Cr2+，转移2 mol 电子，同时正极消耗2 mol H+，2H++2e-‎ H2↑，根据溶液呈电中性可知，盐桥中将有2 mol Cl-进入左池，2 mol K+进入右池，正确；C项，此过程中H+得电子，发生还原反应，错误；D项，电子不能在溶液中传递，溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的，错误。(2)稀硝酸作电解液时，铬电极上产生大量气泡，遇空气呈红棕色，说明溶液中的硝酸根离子得到电子，产生NO，NO被氧化生成NO2，因此铜是负极，铬是正极，则正极的电极反应式为4H++N+3e-NO↑+2H2O。(3)Cr比铜活泼，‎ - 11 -‎ 既能与铜盐发生置换反应生成Cu，又能与酸反应生成氢气，由于Cu2+水解使溶液呈酸性，铬与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，因此使产生氢气的速率加快。‎ 答案：(1)铜电极上有气泡产生　B ‎(2)4H++N+3e-NO↑+2H2O ‎(3)Cu2+水解使溶液呈酸性，铬既能与Cu2+发生置换反应生成Cu，又能与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，使产生氢气的速率加快 ‎5.(20分)(1)(2020·哈尔滨模拟节选)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。 ‎ ‎①电极A的电极反应式为________________。 ‎ ‎②下列关于该电池的说法正确的是________。 ‎ A.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C.电池工作一段时间，溶液的pH不变 D.当有4.48 L NO2被处理时，转移电子物质的量为0.8 mol ‎(2)(2020·揭阳模拟节选)以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛研究。如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：‎ ‎①B极上的电极反应式为________________。 ‎ ‎②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到 ‎5.6 L(标准状况)气体时，消耗甲烷的体积为________ L(标准状况下)。 ‎ - 11 -‎ ‎【解析】(1)①根据电池反应的化学方程式可知氨气中氮元素的化合价升高，被氧化，所以通入氨气的一极为负极，发生的反应是氨气失去电子生成氮气，因为电解质溶液为KOH溶液，所以氨气失去电子与氢氧根离子结合为水，电极反应式是2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。②A项，电子从负极(左侧)流出经过负载后流向正极(右侧)，故A错误；B项，溶液中的OH-从右侧移动到左侧，参与负极的电极反应，为使电池持续放电，则必须用阴离子交换膜，同时防止二氧化氮与碱反应，生成硝酸盐与亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故B正确；C项，负极区消耗OH-，生成水，溶液pH减小，正极区消耗水，生成OH-，溶液pH增大，故C项错误；D项，没说明4.48 L NO2是否为标准状况下测得的数据，无法利用标准状况下气体摩尔体积计算，故D错误。综上，选B。(2)①由阴离子移动方向可知B为负极，负极发生氧化反应，甲烷被氧化生成二氧化碳和水，电极方程式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O。②若用该燃料电池作电源，用石墨作电极电解硫酸铜溶液，当阳极收集到5.6 L(标准状况)氧气时，反应转移1 mol 电子，由得失电子数目守恒可知消耗甲烷的物质的量为0.125 mol，则甲烷的体积为0.125 mol×22.4 L·mol-1=2.8 L。‎ 答案：(1)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O　②B ‎(2)①CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O　②2.8‎ - 11 -‎