2019版高考化學總復習 第6章 化學反應與能量 第2節(jié) 原電池 化學電源模擬預測通關 新人教版.doc

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第2節(jié) 原電池 化學電源 一、選擇題 1．課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、電流計、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結論錯誤的是(　　) A．原電池是將化學能轉化成電能的裝置 B．原電池由電極、電解質溶液和導線等組成 C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導線中會產生電流 D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片 解析：選D。原電池是將化學能轉化成電能的裝置，A正確；原電池由電極、電解質溶液和導線等組成，B正確；圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，構成原電池，導線中會產生電流，C正確；圖中a極為鋅片、b極為銅片時，鋅片作負極，電子由鋅片通過導線流向銅片，D錯誤。 2.如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關于該裝置的下列說法正確的是(　　) A．外電路的電流方向為X→外電路→Y B．若兩電極分別為鐵和碳棒，則X為碳棒，Y為鐵 C．X極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應 D．若兩電極都是金屬，則它們的活動性強弱為X＞Y 解析：選D。外電路電子流向為X→外電路→Y，電流方向與其相反，X極失電子，作負極，發(fā)生氧化反應，Y極得電子，作正極，發(fā)生還原反應。若兩電極分別為鐵和碳棒，則Y為碳棒，X為鐵。 3．鋅－錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，鋅失去電子，電解液內部OH－向負極移動 B．電池正極的電極反應式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq) C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g 解析：選C。 A．鋅的化合價升高，失去電子，電解液內部OH－向負極移動，A正確；B．負極失去電子，正極得到電子，則根據總反應式可判斷正極是二氧化錳得到電子，電極反應式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)，B正確；C．電池工作時，電子從負極經外電路流向正極，C錯誤；D．由總的反應式可知消耗0.2 mol電子時負極消耗0.1 mol鋅，則消耗鋅的質量0.1 mol65 g/mol＝6.5 g，D正確。 4．根據下圖，判斷下列說法正確的是(　　) 　 A．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負極反應均是Fe－2e－===Fe2＋ B．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中鹽橋中的陽離子均向右側燒杯移動 D．放電過程中，裝置Ⅰ左側燒杯和裝置Ⅱ右側燒杯中溶液的pH均增大 解析：選D。裝置Ⅰ中，由于Zn比Fe活潑，所以Zn作原電池的負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于正極有OH－生成，因此溶液的pH增大。裝置Ⅱ中，Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，正極由于不斷消耗H＋，所以溶液的pH逐漸增大，據此可知A、B均錯誤，D正確。在原電池的電解質溶液中，陽離子移向正極，所以C錯誤。 5．如圖為某原電池的結構示意圖，下列說法中不正確的是(　　) A．原電池工作時的總反應為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，該反應一定為放熱反應 B．原電池工作時，Zn電極流出電子，發(fā)生氧化反應 C．原電池工作時，Cu電極上發(fā)生氧化反應，CuSO4溶液藍色變深 D．如果將Cu電極改為Fe電極，Zn電極依然作負極 解析：選C。由圖可知：原電池總反應為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，自發(fā)進行且放熱的反應才能設計成原電池，A正確；Zn比Cu活潑，故作負極，失電子，發(fā)生氧化反應，B正確；Cu作正極，Cu2＋得電子，發(fā)生還原反應，CuSO4溶液顏色變淺，C不正確；Fe也不如Zn活潑，故Zn電極依然作負極，D正確。 6．鋰電池的構造如圖所示，電池內部“→”表示放電時Li＋的遷移方向，電池總反應可表示為Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，下列說法錯誤的是(　　) A．該電池的負極為LiCoO2 B．電池中的固體電解質可以是熔融的氯化鈉、干冰等 C．充電時的陰極反應：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 D．外電路上的“→”表示放電時的電子流向 解析：選B。根據鋰離子的移動方向，確定LiCoO2是負極，碳電極是正極，電子從負極經外電路移向正極，充電時為電解池，陰極發(fā)生得電子的還原反應，故A、C、D正確。干冰是固體二氧化碳，屬于非電解質，故B錯誤。 7．乙烯催化氧化成乙醛可設計成如圖所示的燃料電池，能在制備乙醛的同時獲得電能，其總反應為2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有關說法正確的是(　　) A．a電極發(fā)生還原反應 B．放電時，每轉移2 mol電子，理論上需要消耗28 g乙烯 C．b電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．電子移動方向：電極a→磷酸溶液→電極b 解析：選B。由題圖可以看出a極通入乙烯，作負極，放電時乙烯發(fā)生氧化反應生成乙醛，A項錯誤；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合價發(fā)生變化，可以看出每轉移2 mol電子有1 mol乙烯被氧化，B項正確；電解質溶液顯酸性，b極通入氧氣，放電后生成水，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C項錯誤；放電時電子從負極通過外電路向正極移動，電解質溶液中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，D項錯誤。 8.一種用于驅動潛艇的液氨液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關該電池說法正確的是(　　) A．該電池工作時，每消耗22.4 L NH3轉移3 mol電子 B．電子由電極A經外電路流向電極B C．電池工作時，OH－向電極B移動 D．電極B上發(fā)生的電極反應為O2＋ 4H＋＋ 4e－===2H2O 解析：選B。A項，溫度、壓強未知，不能計算22.4 L NH3的物質的量，錯誤；B項，該電池中通入氧氣的電極B為正極，電極A為負極，電子由電極A經外電路流向電極B，正確；C項，電池工作時，OH－向負極移動，錯誤；D項，該電池電解質溶液為NaOH溶液，電極B上發(fā)生的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯誤。 9．目前科學家已開發(fā)出一種新型燃料電池——固體氧化物電池，該電池用辛烷(C8H18)作燃料，電池中間部分的固體氧化物陶瓷可傳遞氧離子，下列說法正確的是(　　) A．電池工作時，氧氣發(fā)生氧化反應 B．電池負極的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電池負極的電極反應：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O D．若消耗的O2為11.2 L(標準狀況)，則電池中有1 mol電子發(fā)生轉移 解析：選C。該電池工作時，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，A項錯誤；負極上燃料辛烷失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B項錯誤，C項正確；標準狀況下11.2 L氧氣的物質的量為0.5 mol，根據O2＋4e－===2O2－，當消耗0.5 mol氧氣轉移電子的物質的量為氧氣的4倍，所以轉移電子的物質的量為2 mol，D項錯誤。 10．下圖是一種燃料型電池檢測儀的工作原理示意圖。下列說法不正確的是(　　) A．該儀器工作時酒精濃度越大，則電流強度越大 B．工作時外電路電子流向為X→Y C．檢測結束后，X極區(qū)的pH增大 D．電池總反應為2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O 解析：選C。A．該圖為酒精燃料電池，該儀器工作時酒精濃度越大，則單位時間內轉移電子數越多，電流強度越大，正確；B．燃料電池中通入燃料的一極發(fā)生氧化反應作原電池的負極，所以X是負極，Y是正極，電子從外電路的負極流向正極，正確；C．酒精發(fā)生氧化反應生成乙醛和氫離子，所以X極區(qū)的氫離子濃度增大，pH減小，錯誤；D．燃料電池的反應實質就是乙醇與氧氣反應生成乙醛和水，所以電池總反應為2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O，正確。 二、非選擇題 11．根據下列原電池的裝置圖，回答問題： (1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉，B電極材料為Fe且作負極，則A電極上發(fā)生的電極反應式為__________________________；反應進行一段時間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)若需將反應：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如上圖所示的原電池裝置，則負極A極材料為____________，正極B極材料為____________，溶液C為____________。 (3)用CH4和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖如下： ①則電極d是____(填“正極”或“負極”)，電極c的反應方程式為_______________。 ②若線路中轉移2 mol電子，則上述燃料電池消耗的O2在標準狀況下的體積為____L。 解析：(1)若C為稀H2SO4溶液，電流表指針發(fā)生偏轉，B電極材料為Fe且作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，A電極為正極，溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑；氫離子濃度減小，氫氧根離子濃度增大，溶液pH升高。(2)將反應Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如題圖所示的原電池裝置，Cu元素的化合價由0價升高到＋2價，失電子作原電池的負極，則負極A極材料為Cu，正極B極材料為石墨或比銅活潑性弱的金屬，Fe3＋在正極得電子發(fā)生還原反應，溶液C用可溶性鐵鹽，即含Fe3＋的溶液。(3)①根據甲烷燃料電池的結構示意圖可知，電子流出的電極為負極，c為負極，d為正極，在燃料電池中，氧氣在正極得電子發(fā)生還原反應，甲烷在負極失電子發(fā)生氧化反應，所以電極c的反應方程式為CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。②根據正極電極反應式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，可知線路中轉移2 mol電子時，消耗的O2為0.5 mol，在標準狀況下的體積為0.5 mol22.4 L/mol＝11.2 L。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高　(2)Cu　石墨(或比銅活潑性弱的金屬)　含Fe3＋的溶液 (3)①正極　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ②11.2 12．化學在能源開發(fā)與利用中起著十分關鍵的作用。氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料。 Ⅰ.氫氧燃料電池能量轉化率高，具有廣闊的發(fā)展前景?，F用氫氧燃料電池進行如圖所示的實驗(圖中所用電極均為惰性電極)： (1)對于氫氧燃料電池，下列敘述不正確的是________。 A．a電極是負極，OH－移向負極 B．b電極的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電池總反應式為2H2＋O22H2O D．電解質溶液的pH保持不變 E．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內的新型發(fā)電裝置 (2)上圖右邊裝置中盛有100 mL 0.1 molL－1 AgNO3 溶液，當氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標準狀況下)時，此時AgNO3溶液的pH＝______(溶液體積變化忽略不計)。 Ⅱ.已知甲醇的燃燒熱ΔH＝－726.5 kJmol－1，在直接以甲醇為燃料的電池中，理想狀態(tài)下，消耗1 mol甲醇所能產生的最大電能為702.1 kJ，則該燃料電池的理論效率為________(燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比)。 解析：Ⅰ.(1)C項電池反應不需要反應條件，故C錯；隨著燃料電池的不斷反應，水越來越多，KOH溶液濃度逐漸減小，pH逐漸降低，故D錯。 (2)右池為電解池，其電極反應為陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，陰極：4Ag＋＋4e－===4Ag，當氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標準狀況下)時，轉移電子數為0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 molL－1，pH＝1。 Ⅱ.該燃料電池的理論效率＝100%≈96.6%。 答案：Ⅰ.(1)CD　(2)1　Ⅱ.96.6% 13．Ⅰ.Li－SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 (1)電池正極發(fā)生的電極反應為_______________________________。 (2)SOCl2易揮發(fā)，實驗室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。 如果把少量水滴到SOCl2中，實驗現象是________________________________________，反應的化學方程式為_____________________________________________________。 Ⅱ.熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視。某燃料電池以熔融的K2CO3為電解質，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬材料為電極。 (3)該燃料電池負極電極反應式為____________________________________________。 (4)該燃料電池正極電極反應式為____________________________________________。 解析：(1)原電池的負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，則正極的電極反應式用總反應方程式減去負極反應得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，說明反應過程中S元素的化合價仍是＋4價，未發(fā)生氧化還原反應，所以SOCl2與水反應的產物是二氧化硫與氯化氫，氯化氫與水結合形成白霧，則實驗現象是出現白霧，有刺激性氣味氣體生成；化學方程式為SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(3)燃料電池的負極發(fā)生氧化反應，所以丁烷在負極發(fā)生氧化反應，失去電子，因為熔融的K2CO3為電解質，所以生成二氧化碳和水，電極反應式為C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O。(4)正極是氧氣發(fā)生還原反應，并與二氧化碳結合生成碳酸根離子，電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO。 答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 (2)出現白霧，有刺激性氣體生成　SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑ (3)C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O (4)O2＋2CO2＋4e－===2CO 14．(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行中。如圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置： ①該電池放電時正極的電極反應式為_______________________________________；若維持電流強度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn________g(已知F＝96 500 Cmol－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；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動。 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)點有 ________________________________________________________________________。 (2)有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質溶液，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式是_______________，A是________。 (3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2－可以在固體介質NASICON (固溶體)內自由移動，工作時O2－的移動方向________(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發(fā)生的電極反應式為__________________________。 解析：(1)①放電時石墨為正極，高鐵酸鉀在正極上發(fā)生還原反應，電極反應式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若維持電流強度為1 A，電池工作十分鐘，轉移電子的物質的量為1106096 500＝0.006 2(mol)。理論消耗Zn的質量為0.006 2 mol265 gmol－1≈0.2 g。 ②電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動。 ③由題圖中高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，可知高鐵電池的優(yōu)點有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定。 (2)該電池的本質反應是合成氨反應，電池中氫氣失電子在負極發(fā)生氧化反應，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應，則正極反應式為N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為氯化銨溶液。 (3)工作時電極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是負極，負極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CO＋O2－－2e－===CO2。 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2?、谟摇∽蟆、凼褂脮r間長、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化銨 (3)從b到a　CO＋O2－－2e－===CO2