2019版高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 第6章 化學(xué)反應(yīng)與能量 第2節(jié) 原電池 化學(xué)電源模擬預(yù)測通關(guān) 新人教版.doc

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第2節(jié) 原電池 化學(xué)電源 一、選擇題 1．課堂學(xué)習(xí)中，同學(xué)們利用鋁條、鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流計(jì)、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論錯(cuò)誤的是(　　) A．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 B．原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成 C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時(shí)，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流 D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時(shí)，電子由銅片通過導(dǎo)線流向鋅片 解析：選D。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，A正確；原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成，B正確；圖中a極為鋁條、b極為鋅片時(shí)，構(gòu)成原電池，導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流，C正確；圖中a極為鋅片、b極為銅片時(shí)，鋅片作負(fù)極，電子由鋅片通過導(dǎo)線流向銅片，D錯(cuò)誤。 2.如圖，在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是(　　) A．外電路的電流方向?yàn)閄→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(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) D．若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性強(qiáng)弱為X＞Y 解析：選D。外電路電子流向?yàn)閄→外電路→Y，電流方向與其相反，X極失電子，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Y極得電子，作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。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(yīng)式為Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．電池工作時(shí)，鋅失去電子，電解液內(nèi)部OH－向負(fù)極移動(dòng) B．電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq) C．電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極 D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g 解析：選C。 A．鋅的化合價(jià)升高，失去電子，電解液內(nèi)部OH－向負(fù)極移動(dòng)，A正確；B．負(fù)極失去電子，正極得到電子，則根據(jù)總反應(yīng)式可判斷正極是二氧化錳得到電子，電極反應(yīng)式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)，B正確；C．電池工作時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，C錯(cuò)誤；D．由總的反應(yīng)式可知消耗0.2 mol電子時(shí)負(fù)極消耗0.1 mol鋅，則消耗鋅的質(zhì)量0.1 mol65 g/mol＝6.5 g，D正確。 4．根據(jù)下圖，判斷下列說法正確的是(　　) 　 A．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－===Fe2＋ B．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)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(cè)燒杯移動(dòng) D．放電過程中，裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)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(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正極，電極反應(yīng)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，F(xiàn)e作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正極，電極反應(yīng)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(jù)此可知A、B均錯(cuò)誤，D正確。在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，所以C錯(cuò)誤。 5．如圖為某原電池的結(jié)構(gòu)示意圖，下列說法中不正確的是(　　) A．原電池工作時(shí)的總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，該反應(yīng)一定為放熱反應(yīng) B．原電池工作時(shí)，Zn電極流出電子，發(fā)生氧化反應(yīng) C．原電池工作時(shí)，Cu電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，CuSO4溶液藍(lán)色變深 D．如果將Cu電極改為Fe電極，Zn電極依然作負(fù)極 解析：選C。由圖可知：原電池總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，自發(fā)進(jìn)行且放熱的反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池，A正確；Zn比Cu活潑，故作負(fù)極，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；Cu作正極，Cu2＋得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，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(fù)極，D正確。 6．鋰電池的構(gòu)造如圖所示，電池內(nèi)部“→”表示放電時(shí)Li＋的遷移方向，電池總反應(yīng)可表示為Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．該電池的負(fù)極為LiCoO2 B．電池中的固體電解質(zhì)可以是熔融的氯化鈉、干冰等 C．充電時(shí)的陰極反應(yīng)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 D．外電路上的“→”表示放電時(shí)的電子流向 解析：選B。根據(jù)鋰離子的移動(dòng)方向，確定LiCoO2是負(fù)極，碳電極是正極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路移向正極，充電時(shí)為電解池，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，故A、C、D正確。干冰是固體二氧化碳，屬于非電解質(zhì)，故B錯(cuò)誤。 7．乙烯催化氧化成乙醛可設(shè)計(jì)成如圖所示的燃料電池，能在制備乙醛的同時(shí)獲得電能，其總反應(yīng)為2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．a(chǎn)電極發(fā)生還原反應(yīng) B．放電時(shí)，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，理論上需要消耗28 g乙烯 C．b電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．電子移動(dòng)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(fù)極，放電時(shí)乙烯發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙醛，A項(xiàng)錯(cuò)誤；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合價(jià)發(fā)生變化，可以看出每轉(zhuǎn)移2 mol電子有1 mol乙烯被氧化，B項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液顯酸性，b極通入氧氣，放電后生成水，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)電子從負(fù)極通過外電路向正極移動(dòng)，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 8.一種用于驅(qū)動(dòng)潛艇的液氨液氧燃料電池原理示意如圖，下列有關(guān)該電池說法正確的是(　　) A．該電池工作時(shí)，每消耗22.4 L NH3轉(zhuǎn)移3 mol電子 B．電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B C．電池工作時(shí)，OH－向電極B移動(dòng) D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋ 4H＋＋ 4e－===2H2O 解析：選B。A項(xiàng)，溫度、壓強(qiáng)未知，不能計(jì)算22.4 L NH3的物質(zhì)的量，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該電池中通入氧氣的電極B為正極，電極A為負(fù)極，電子由電極A經(jīng)外電路流向電極B，正確；C項(xiàng)，電池工作時(shí)，OH－向負(fù)極移動(dòng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，該電池電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯(cuò)誤。 9．目前科學(xué)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(shí)，氧氣發(fā)生氧化反應(yīng) B．電池負(fù)極的電極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電池負(fù)極的電極反應(yīng)：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O D．若消耗的O2為11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則電池中有1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移 解析：選C。該電池工作時(shí)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極上燃料辛烷失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L氧氣的物質(zhì)的量為0.5 mol，根據(jù)O2＋4e－===2O2－，當(dāng)消耗0.5 mol氧氣轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為氧氣的4倍，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2 mol，D項(xiàng)錯(cuò)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(shí)酒精濃度越大，則電流強(qiáng)度越大 B．工作時(shí)外電路電子流向?yàn)閄→Y C．檢測結(jié)束后，X極區(qū)的pH增大 D．電池總反應(yīng)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(shí)酒精濃度越大，則單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移電子數(shù)越多，電流強(qiáng)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(yīng)作原電池的負(fù)極，所以X是負(fù)極，Y是正極，電子從外電路的負(fù)極流向正極，正確；C．酒精發(fā)生氧化反應(yīng)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(cuò)誤；D．燃料電池的反應(yīng)實(shí)質(zhì)就是乙醇與氧氣反應(yīng)生成乙醛和水，所以電池總反應(yīng)為2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O，正確。 二、非選擇題 11．根據(jù)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(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為__________________________；反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)若需將反應(yīng)：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設(shè)計(jì)成如上圖所示的原電池裝置，則負(fù)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(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如下： ①則電極d是____(填“正極”或“負(fù)極”)，電極c的反應(yīng)方程式為_______________。 ②若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子，則上述燃料電池消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)，B電極材料為Fe且作負(fù)極，電極反應(yīng)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(yīng)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(yīng)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設(shè)計(jì)成如題圖所示的原電池裝置，Cu元素的化合價(jià)由0價(jià)升高到＋2價(jià)，失電子作原電池的負(fù)極，則負(fù)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，F(xiàn)e3＋在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，溶液C用可溶性鐵鹽，即含F(xiàn)e3＋的溶液。(3)①根據(jù)甲烷燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖可知，電子流出的電極為負(fù)極，c為負(fù)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(yīng)，甲烷在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電極c的反應(yīng)方程式為CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。②根據(jù)正極電極反應(yīng)式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，可知線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時(shí)，消耗的O2為0.5 mol，在標(biāo)準(zhǔn)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F(xiàn)e3＋的溶液 (3)①正極　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ ②11.2 12．化學(xué)在能源開發(fā)與利用中起著十分關(guān)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(zhuǎn)化率高，具有廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)用氫氧燃料電池進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)(圖中所用電極均為惰性電極)： (1)對(duì)于氫氧燃料電池，下列敘述不正確的是________。 A．a(chǎn)電極是負(fù)極，OH－移向負(fù)極 B．b電極的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電池總反應(yīng)式為2H2＋O22H2O D．電解質(zhì)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(chǔ)藏在電池內(nèi)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(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)，此時(shí)AgNO3溶液的pH＝______(溶液體積變化忽略不計(jì))。 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(chǎn)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(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比)。 解析：Ⅰ.(1)C項(xiàng)電池反應(yīng)不需要反應(yīng)條件，故C錯(cuò)；隨著燃料電池的不斷反應(yīng)，水越來越多，KOH溶液濃度逐漸減小，pH逐漸降低，故D錯(cuò)。 (2)右池為電解池，其電極反應(yīng)為陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，陰極：4Ag＋＋4e－===4Ag，當(dāng)氫氧燃料電池中消耗氫氣112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)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(yīng)可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。 (1)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_______________________________。 (2)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________________________，反應(yīng)的化學(xué)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(zhì)，以丁烷為燃料，以空氣為氧化劑，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬材料為電極。 (3)該燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)式為____________________________________________。 (4)該燃料電池正極電極反應(yīng)式為____________________________________________。 解析：(1)原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，則正極的電極反應(yīng)式用總反應(yīng)方程式減去負(fù)極反應(yīng)得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，說明反應(yīng)過程中S元素的化合價(jià)仍是＋4價(jià)，未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以SOCl2與水反應(yīng)的產(chǎn)物是二氧化硫與氯化氫，氯化氫與水結(jié)合形成白霧，則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是出現(xiàn)白霧，有刺激性氣味氣體生成；化學(xué)方程式為SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(3)燃料電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以丁烷在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，因?yàn)槿廴诘腒2CO3為電解質(zhì)，所以生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O。(4)正極是氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，并與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O2＋2CO2＋4e－===2CO。 答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2 (2)出現(xiàn)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(jìn)行中。如圖1是高鐵電池的模擬實(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 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(dòng)；若用陽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(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__________________________。 解析：(1)①放電時(shí)石墨為正極，高鐵酸鉀在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1106096 500＝0.006 2(mol)。理論消耗Zn的質(zhì)量為0.006 2 mol265 gmol－1≈0.2 g。 ②電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng)；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)。 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(diǎn)有使用時(shí)間長、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－===2NH，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(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)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2?、谟摇∽蟆、凼褂脮r(shí)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