（全國(guó)通用版）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 課時(shí)梯級(jí)作業(yè)十八 6.2 原電池 化學(xué)電源

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1、（全國(guó)通用版）2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 課時(shí)梯級(jí)作業(yè)十八 6.2 原電池 化學(xué)電源 一、選擇題(本題包括6小題,每題7分,共42分) 1.如圖為氫氧燃料電池驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的一種裝置示意圖。下列有關(guān)敘述正確的是 (　　) A.b處通入H2 B.該裝置將化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為電能 C.通入H2的電極發(fā)生反應(yīng):2H2-4e-4H+ D.a處為電池負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng) 【解析】選D。由電子流向可知a為負(fù)極通入H2, b為正極通入O2,發(fā)生還原反應(yīng),A錯(cuò)誤、D正確;該裝置將化學(xué)能最終轉(zhuǎn)化為光能,B錯(cuò)誤;電解質(zhì)為KOH溶液,電極反應(yīng)式中不能含有H+,C錯(cuò)誤。 【加固訓(xùn)

2、練】 　　各式各樣電池的迅速發(fā)展是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的 敘述正確的是 (　　) A.手機(jī)上用的鋰離子電池可以用KOH溶液作電解液 B.鋅錳干電池中,鋅電極是負(fù)極 C.氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極上被還原 D.太陽(yáng)能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 【解析】選B。鋰能與水反應(yīng),不能用水溶液作電解液,A錯(cuò)誤;鋅錳干電池中鋅失去電子生成Zn2+為負(fù)極,B正確;氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化,C錯(cuò)誤;太陽(yáng)能電池的主要材料為硅,D錯(cuò)誤。 2.(2018·銅陵模擬)如圖是以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。關(guān)于該電池的敘述不正確的是 (　　) A.該電池

3、不能在高溫下工作 B.電池的負(fù)極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+ C.放電過(guò)程中,電子從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)每轉(zhuǎn)移1 mol,便有1 mol H+從陽(yáng)極室進(jìn)入陰極室 D.微生物燃料電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率、原料廣泛、操作條件溫和、有生物相容性等優(yōu)點(diǎn),值得研究與推廣 【解析】選C。高溫條件下微生物會(huì)死亡,該電池不能正常工作,A選項(xiàng)正確;電池的負(fù)極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),即葡萄糖失電子生成二氧化碳?xì)怏w,B選項(xiàng)正確;放電過(guò)程中,電子從負(fù)極區(qū)向正極區(qū)轉(zhuǎn)移,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;結(jié)合題給條件分析,D選項(xiàng)正確。 3.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知氧化性:Cr2>Fe3+,設(shè)計(jì)了鹽橋式的原

4、電池,如圖,鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是 (　　) A.甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng) B.乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+ C.外電路的電流方向是從b到a D.電池工作時(shí),鹽橋中的S移向乙燒杯 【解析】選C。因?yàn)檠趸?Cr2>Fe3+,所以該原電池反應(yīng)是Cr2將Fe2+氧化為Fe3+,所以甲燒杯發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;乙燒杯發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O,B錯(cuò)誤;根據(jù)以上分析,a是負(fù)極,b是正極,則電流方向是從正極向負(fù)極流動(dòng),C正確;原電池中的陰離子向負(fù)極移動(dòng),所以S向甲燒杯移

5、動(dòng),D錯(cuò)誤。 4.大功率的鎳氫電池使用在油電混合動(dòng)力車輛中。鎳氫電池(NiMH電池)正極板材料為NiOOH,負(fù)極板材料為吸氫合金,下列關(guān)于該電池的說(shuō)法中正確的是 (　　) A.放電電池內(nèi)部H+向負(fù)極移動(dòng) B.充電時(shí),將電池的負(fù)極與外接電源的正極相連 C.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O D.放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為MHn-ne-M+nH+ 【解析】選C。A項(xiàng),根據(jù)原電池工作原理,陽(yáng)離子向正極移動(dòng),錯(cuò)誤;B項(xiàng),充電時(shí)電池的負(fù)極要接電源的負(fù)極,電池的正極要接電源的正極,錯(cuò)誤;C項(xiàng),根據(jù)電池工作原理圖,電池正極的電極反應(yīng)式:NiOOH+H2O+e-

6、Ni(OH)2+OH-,充電是電解池,發(fā)生的電極反應(yīng)式與原電池的電極反應(yīng)式是相反的,即陽(yáng)極電極反應(yīng)式: Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,正確;D項(xiàng),該電池的環(huán)境是堿性環(huán)境,不能有大量H+存在,電極反應(yīng)式:MHn+nOH--ne-M+nH2O,錯(cuò)誤。 5.(2017·浙江4月選考真題)銀鋅電池是一種常見(jiàn)化學(xué)電源,其反應(yīng)原理:Zn+ Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,其工作示意圖如下。下列說(shuō)法不正確的是 (　　) A.Zn電極是負(fù)極 B.Ag2O電極發(fā)生還原反應(yīng) C.Zn電極的電極反應(yīng)式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 D.放電前后電解質(zhì)溶液的p

7、H保持不變 【解析】選D。A.反應(yīng)中鋅失去電子,Zn電極是負(fù)極,A正確;B.Ag2O得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),B正確;C.電解質(zhì)溶液顯堿性,Zn電極的電極反應(yīng)式:Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2,C正確;D.根據(jù)方程式可知消耗水,且產(chǎn)生氫氧化鋅,氫氧根濃度增大,放電前后電解質(zhì)溶液的pH升高,D錯(cuò)誤。 6.(能力挑戰(zhàn)題)用氟硼酸(HBF4,屬于強(qiáng)酸)代替硫酸作鉛蓄電池的電解質(zhì)溶液,可使鉛蓄電池在低溫下工作時(shí)的性能更優(yōu)良,反應(yīng)方程式為Pb+PbO2+4HBF4 2Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2為可溶于水的強(qiáng)電解質(zhì),下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為

8、PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O B.充電時(shí),當(dāng)陽(yáng)極質(zhì)量增加23.9 g時(shí),溶液中有0.2 mol電子通過(guò) C.放電時(shí),正極區(qū)pH增大 D.充電時(shí),Pb電極與電源的正極相連 【解析】選C。放電時(shí),負(fù)極上應(yīng)該是金屬鉛發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;電子只能經(jīng)過(guò)導(dǎo)線,不能經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液,B錯(cuò)誤;放電時(shí)正極上發(fā)生還原反應(yīng),PbO2 +4H++2e-Pb2++2H2O,氫離子濃度減小,所以pH增大,C正確;充電時(shí),Pb電極和電源的負(fù)極相連,D錯(cuò)誤。 【互動(dòng)探究】 (1)充電時(shí)的陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________。? 提示:Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+。充電時(shí)

9、的陽(yáng)極的電極反應(yīng)式和放電時(shí)的正極的電極反應(yīng)式相反。 (2)該電池在放電過(guò)程中,負(fù)極質(zhì)量________,正極質(zhì)量________(填“減少”“增加”或“不變”)。? 提示:減少　減少。因Pb(BF4)2為可溶于水的強(qiáng)電解質(zhì),該電池在放電過(guò)程中,正極、負(fù)極質(zhì)量都減少。 (3)放電時(shí),電解液中氟硼酸的濃度將________(填“減少”“增加”或“不變”)。? 提示:減少。放電時(shí)消耗氟硼酸生成水,氟硼酸的濃度將變小。 二、非選擇題(本題包括3小題,共58分) 7.(18分)(2018·廣州模擬)某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)對(duì)電化學(xué)原理進(jìn)行了一系列探究活動(dòng)。 (1)如圖為某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)的氧化還原反應(yīng):

10、(用離子方程式表示)____________ ___________________________________________________________。? 設(shè)計(jì)的原電池裝置,反應(yīng)前,電極質(zhì)量相等,一段時(shí)間后,兩電極質(zhì)量相差12 g,導(dǎo)線中通過(guò)________mol電子。? (2)其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,石墨電極反應(yīng)式為_(kāi)_____ ______________________,這是由于NH4Cl溶液顯________(填“酸性”“堿性”或“中性”),用離子方程式表示溶液顯此性的原因_____________________ _______

11、_________,用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中,向其中滴加少量新制飽和氯水,寫(xiě)出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式____________________________,然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液,溶液變紅,繼續(xù)滴加過(guò)量新制飽和氯水,顏色褪去,同學(xué)們對(duì)此做了多種假設(shè),某同學(xué)的假設(shè)是:“溶液中的+3價(jià)鐵被氧化為更高的價(jià)態(tài)。”如果+3價(jià)鐵被氧化為Fe,試寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式_________。? (3)其他條件不變,若將鹽橋換成彎銅絲與石墨相連成n形,如圖所示, 一段時(shí)間后,在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液,現(xiàn)象是____________________,電極反應(yīng)為_(kāi)___________;乙裝

12、置中石墨(1)為_(kāi)___________極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽(yáng)”),乙裝置中與銅絲相連石墨(2)電極上發(fā)生的反應(yīng)式為_(kāi)____,? 產(chǎn)物常用__________檢驗(yàn),反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_________________。? 【解析】(1)若一段時(shí)間后,兩電極質(zhì)量相差12 g,消耗負(fù)極0.1 mol Fe,同時(shí)正極生成0.1 mol Cu,導(dǎo)線中通過(guò)0.2 mol電子。(2)其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,由于N水解,N+H2ONH3·H2O+H+,所以NH4Cl溶液顯酸性,石墨電極上H+得到電子,電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑;鐵電極反應(yīng)式為Fe-2e-F,

13、用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中,向其中滴加少量新制飽和氯水,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2F+Cl22F+2Cl-,然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液,由于存在F,所以溶液變紅,繼續(xù)滴加過(guò)量新制飽和氯水,顏色褪去,如果原因是+3價(jià)鐵被氧化為Fe,則該反應(yīng)的離子方程式為2F+3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+。(3)如圖其他條件不變,若將鹽橋換成彎銅絲與石墨相連成n形,則甲池為原電池,鐵電極反應(yīng)為Fe-2e-F,銅電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-4OH-;乙池為電解池,石墨(2)電極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)為2Cl--2e-Cl2↑,石墨(1)電極為陰極,電極反應(yīng)為C+2e-Cu;所以一段時(shí)間后,在甲裝

14、置銅絲附近滴加酚酞試液,溶液變紅,乙裝置中石墨(2)電極產(chǎn)物可以用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn),反應(yīng)的離子方程式為Cl2+2I-2Cl-+I2,反應(yīng)后試紙變藍(lán)。 答案:(1)Fe+CF+Cu　0.2 (2)2H++2e-H2↑　酸性 N+H2ONH3·H2O+H+ 2F+Cl22F+2Cl- 2F+3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+ (3)溶液變紅　O2+2H2O+4e-4OH-　陰 2Cl--2e-Cl2↑　濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙 Cl2+2I-2Cl-+I2 8.(20分)(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑,而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1是高

15、鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置: ①該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為? __;? 若維持電流強(qiáng)度為1 A,電池工作十分鐘,理論消耗Zn________g(已知F= 96 500 C·mol-1)。? ②鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向____(填“左”或“右”)移動(dòng);若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動(dòng)。? ③圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有? __。? (2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物,以溶有A的稀

16、鹽酸為電解質(zhì)溶液,可制造出既能提供電能,又能固氮的新型燃料電池,裝置如圖所示,電池正極的電極反應(yīng)式是________________,A是________。? (3)利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度,其裝置如下圖所示。該電池中O2-可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng),工作時(shí)O2-的移動(dòng)方向__________________(填“從a到b”或“從b到a”),負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)__________________________。? 【解析】(1)①放電時(shí)高鐵酸鉀為正極,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-;若維持電

17、流強(qiáng)度為1 A,電池工作十分鐘,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1×10×60÷96 500=0.006 217 6(mol)。理論消耗Zn的質(zhì)量為0.006 217 6 mol÷2×65≈0.2(g)。 ②電池工作時(shí),陰離子移向負(fù)極,陽(yáng)離子移向正極,所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng);若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動(dòng)。 ③圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線,由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定。 (2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng),電池中氫氣失去電子,在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng),則正極反應(yīng)式為N2+8H++6e-2N,氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨,則電解

18、質(zhì)溶液為氯化銨溶液。 (3)工作時(shí)電極b作正極,O2-由電極b移向電極a;該裝置是原電池,通入一氧化碳的電極a是負(fù)極,負(fù)極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為CO+O2--2e-CO2。 答案:(1)①Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-　0.2 ②右　左 ③使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2+8H++6e-2N　氯化銨 (3)從b到a　CO+O2--2e-CO2 9.(20分)(能力挑戰(zhàn)題)(1)某研究性學(xué)習(xí)小組為探究Fe3+與Ag反應(yīng),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng))。 ①K閉合時(shí),指針向左偏轉(zhuǎn),石墨作_______

19、_(填“正極”或“負(fù)極”)。? ②當(dāng)指針歸零后,向左側(cè)U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液,發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉(zhuǎn),寫(xiě)出此時(shí)銀電極的反應(yīng)式:___________________________。? ③結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)分析,寫(xiě)出Fe3+和Ag反應(yīng)的離子方程式:____________。? ④丙同學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證其結(jié)論:當(dāng)指針歸零后,向右側(cè)U形管中滴加數(shù)滴飽和NaCl溶液,可觀察到的現(xiàn)象是____________________________。? (2)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示: ①HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為S的反應(yīng)式是__

20、____________。? ②若維持該微生物電池中兩種細(xì)菌的存在,則電池可以持續(xù)供電,原因是___ _______________________________。? (3)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。基本結(jié)構(gòu)如圖所示,其中作為電解質(zhì)的無(wú)水LiCl-KCl混合物受熱熔融后,電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。 ①放電過(guò)程中,Li+向________(填“負(fù)極”或“正極”)移動(dòng)。? ②負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_________________。? ③電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,理論上生成________g

21、 Pb。? (4)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池工作原理如下圖所示。 ①a電極的電極反應(yīng)式是__________________;? ②一段時(shí)間后,需向裝置中補(bǔ)充KOH,請(qǐng)依據(jù)反應(yīng)原理解釋原因是__________。? 【解析】(1)①K閉合時(shí),指針向左偏轉(zhuǎn),石墨作正極。②當(dāng)指針歸零后,向左側(cè)U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液,發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉(zhuǎn),說(shuō)明銀棒作正極,此時(shí)銀電極的反應(yīng)式Ag++e-Ag。③結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)分析,Fe3+和Ag反應(yīng)為可逆反應(yīng),離子方程式為Ag+Fe3+Ag++Fe2+。④丙同學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證其結(jié)論:當(dāng)指針歸零后,向右側(cè)U形管中滴加數(shù)滴飽和NaCl溶液,可

22、觀察到的現(xiàn)象是出現(xiàn)白色沉淀,溶液中Ag+濃度減小,Ag+Fe3+Ag++Fe2+平衡正向移動(dòng),Ag發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極,電流表指針向左偏轉(zhuǎn)。 (2)①酸性環(huán)境中反應(yīng)物為HS-,產(chǎn)物為S,利用質(zhì)量守恒和電荷守恒進(jìn)行配平,電極反應(yīng)式:HS-+4H2O-8e-S+9H+;②從質(zhì)量守恒角度來(lái)說(shuō),HS-、S濃度不會(huì)發(fā)生變化,只要有兩種細(xì)菌存在,就會(huì)循環(huán)把有機(jī)物氧化成CO2放出電子。 (3)根據(jù)方程式,電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g。 (4)①a電極是通入NH3的電極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),所以該電極作負(fù)極,電極反應(yīng)式是2NH3-6e-+6OH-N2+6H2

23、O;②一段時(shí)間后,需向裝置中補(bǔ)充KOH,是由于發(fā)生4NH3+3O22N2+6H2O反應(yīng),有水生成,使得溶液逐漸變稀,為了維持堿的濃度不變,所以要補(bǔ)充KOH。 答案:(1)①正極?、贏g++e-Ag ③Ag+Fe3+Ag++Fe2+?、艹霈F(xiàn)白色沉淀,電流表指針向左偏轉(zhuǎn) (2)①HS-+4H2O-8e-S+9H+ ②HS-、S濃度不會(huì)發(fā)生變化,只要有兩種細(xì)菌存在,就會(huì)循環(huán)把有機(jī)物氧化成CO2放出電子 (3)①正極?、贑a+2Cl--2e-CaCl2 ③20.7 (4)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O ②由于發(fā)生4NH3+3O22N2+6H2O反應(yīng),有水生成,使得溶液逐漸變稀,所以要補(bǔ)充KOH