課時跟蹤檢測（十七） 原電池 化學電源

PAGE第11頁共11頁課時跟蹤檢測（十七）原電池化學電源1．一種突破傳統(tǒng)電池設計理念的鎂-銻液態(tài)金屬儲能電池的工作原理如圖所示，該電池所用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成及濃度不變。下列說法不正確的是()A．放電時，Mg(液)層的質(zhì)量減小B．放電時，正極反應式為Mg2＋＋2e－=MgC．該電池充電時，Mg-Sb(液)層發(fā)生還原反應D．該電池充電時，Cl－向下移動解析：選C根據(jù)電流方向可知上為負極，下為正極。放電時負極為Mg－2e－=Mg2＋，正極：Mg2＋＋2e－=Mg。充電時下為陽極，上為陰極，故Mg-Sb(液)作陽極發(fā)生氧化反應。2．根據(jù)甲醇在酸性電解質(zhì)溶液中與氧氣生成二氧化碳和水的反應，設計一種燃料電池。該燃料電池工作時，負極上發(fā)生的反應為()A．CH3OH＋O2－2e－=H2O＋CO2＋2H＋B．O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋D．4OH－－4e－=O2↑＋2H2O答案：C3．鋰-空氣電池是一種可充放電電池，電池反應為2Li＋O2=Li2O2，某鋰-空氣電池的構造原理如圖。下列說法正確的是()A．可選用有機電解液或水性電解液B．含催化劑的多孔材料為電池的負極C．放電時正極的電極反應式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2D．充電時鋰電極應連接外接電源的正極解析：選C在鋰-空氣電池中，鋰失電子作負極，反應式為Li－e－=Li＋，以空氣中的氧氣作為正極反應物，氧氣得電子生成Li2O2，正極反應為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，總反應為2Li＋O2=Li2O2。選項A，可選用有機電解液，水性電解液會與Li直接反應，錯誤；選項B，含催化劑的多孔材料為電池的正極，錯誤；選項C，放電時正極的電極反應式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，正確；選項D，充電時鋰電極應連接外接電源的負極，電極反應式為Li＋＋e－=Li，錯誤。4.CO2輔助的Na-CO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池的總反應為3CO2＋4Naeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Na2CO3＋C。下列有關說法不正確的是()A．放電時，ClOeq\o\al(－,4)向b極移動B．放電時，正極反應為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CC．充電時，陰極反應為Na＋＋e－=NaD．充電時，電路中每轉移4mol電子，可釋放67.2LCO2解析：選D放電時，鈉電極是負極，陰離子ClOeq\o\al(－,4)向b極移動，A正確；放電時，正極上CO2得電子轉化為C，電極反應式為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C，B正確；充電時，該裝置是電解池，與電源的負極相連的是陰極，電極反應式為Na＋＋e－=Na，C正確；充電時，陽極的電極反應式為2COeq\o\al(2－,3)＋C－4e－=3CO2↑，轉移4mol電子時生成3molCO2，題目未指明CO2是否處于標準狀況，故無法判斷其體積是否為67.2L，D錯誤。5．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·福建卷)一種新型鎂硫電池的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．使用堿性電解質(zhì)水溶液B．放電時，正極反應包括3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C．使用的隔膜是陽離子交換膜D．充電時，電子從Mg電極流出解析：選C堿性電解質(zhì)水溶液中負極生成的Mg2＋會生成Mg(OH)2沉淀，降低電池效率，A錯誤；放電時為原電池，原電池正極發(fā)生得電子的還原反應，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B錯誤；據(jù)圖可知Mg2＋通過隔膜移向正極參與電極反應，所以使用的隔膜是陽離子交換膜，C正確；放電時Mg電極發(fā)生氧化反應，充電時Mg電極得電子發(fā)生還原反應，即電子流入Mg電極，D錯誤。6．(2021·湖南師范附中月考)中科院科學家設計出一套利用SO2和太陽能綜合制氫方案，其基本工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是()A．該電化學裝置中，Pt電極作正極B．BiVO4電極上的反應式為SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2OC．電子流向：Pt電極→導線→BiVO4電極→電解質(zhì)溶液→Pt電極D．Pt電極的電勢高于BiVO4電極的電勢解析：選C該原電池裝置的Pt極為正極，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，BiVO4為負極，SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O。電子流向應為BiVO4電極→導線→Pt電極，C項錯誤。7．鋰/氟化碳電池穩(wěn)定性很高。該電池的電解質(zhì)溶液為LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，總反應為xLi＋CFx=xLiF＋C，放電產(chǎn)物LiF沉積在正極，工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極的電極反應式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋CB．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解質(zhì)溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替D．a(chǎn)極電勢高于b極電勢解析：選A根據(jù)總反應可知，Li為負極，石墨棒為正極，正極上CFx轉化為C，電極反應式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋C，A項正確；根據(jù)正極的電極反應式可知，負極區(qū)的Li＋通過離子交換膜進入正極區(qū)，則離子交換膜為陽離子交換膜，B項錯誤；Li能與乙醇發(fā)生反應，因此電解質(zhì)溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C項錯誤；b極為正極，a極為負極，故b極電勢高于a極電勢，D項錯誤。8．利用微生物處理有機廢水并脫鹽的裝置如圖所示，下列說法不正確的是()A．X、Y分別為陰離子交換膜、陽離子交換膜B．M極上發(fā)生的反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．微生物電極為負極D．處理后的廢水的pH比有機廢水的pH大解析：選DHCOO－在微生物電極上發(fā)生氧化反應生成CO2，微生物電極為原電池的負極，原電池中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，要達到脫鹽的目的，Cl－向負極(微生物電極)移動，Na＋向正極(M極)移動，所以X為陰離子交換膜，Y為陽離子交換膜，A、C正確；M極上發(fā)生的反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B正確；負極區(qū)反應后氫離子濃度增大，pH變小，D不正確。9．可利用電化學原理處理含鉻廢水和含甲醇廢水，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．a(chǎn)極為該電池的負極B．微生物能加快甲醇的反應速率C．a(chǎn)極的電極反應為CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2OD．放電過程中，b極附近溶液pH升高解析：選Ca極為該電池的負極，A項正確；在微生物作用下，甲醇的反應速率加快，B項正確；a極發(fā)生氧化反應，其電極反應式為CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，C項錯誤；放電過程中，正極反應消耗H＋，則b極附近溶液pH升高，D項正確。10．[雙選](2021·衡水中學月考)一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要反應如圖所示。下列說法錯誤的是()A．電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔?，X為電池的正極B．鍍鉑導電玻璃上發(fā)生氧化反應生成I－C．電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)D．電池工作時，電解質(zhì)溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的濃度基本不變解析：選AB電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔埽蓤D中電子的移動方向可知，電極X為原電池的負極，故A錯誤；鍍鉑導電玻璃上，Ieq\o\al(－,3)得電子被還原為I－，故B錯誤；電池工作時，負極反應為2Ru2＋－2e－=2Ru3＋，正極反應為Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，電解質(zhì)溶液中又發(fā)生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)，故C正確；由電池中發(fā)生的反應可知，Ieq\o\al(－,3)在正極上得電子被還原為I－，后又被氧化為Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\al(－,3)和I－相互轉化，反應的實質(zhì)是光敏有機物在激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉化，電解質(zhì)溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的濃度基本不變，故D正確。11．我國在太陽能光電催化—化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關裝置如圖所示。下列說法中正確的是()A．該制氫工藝中光能最終轉化為化學能B．該裝置工作時，H＋由b極區(qū)流向a極區(qū)C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應為Fe3＋＋e－=Fe2＋D．a(chǎn)極區(qū)需不斷補充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液解析：選A該制氫工藝中光能轉化為電能，最終轉化為化學能，A項正確；該裝置工作時，H＋由a極區(qū)流向b極區(qū)，B項錯誤；a極上發(fā)生氧化反應，失電子，所以a極上發(fā)生的電極反應為Fe2＋－e－=Fe3＋，C項錯誤；由題圖可知a極區(qū)Fe2＋和Fe3＋可相互轉化，故不需補充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液，D項錯誤。12．在環(huán)境和能源備受關注的今天，開發(fā)清潔、可再生新能源已成為世界各國政府的國家戰(zhàn)略，科學家發(fā)現(xiàn)產(chǎn)電細菌后，微生物燃料電池(MFC)為可再生能源的開發(fā)和難降解廢物的處理提供了一條新途徑。微生物燃料電池(MFC)示意圖如下所示(假設有機物為乙酸鹽)。下列說法錯誤的是()A．A室菌為厭氧菌，B室菌為好氧菌B．A室的電極反應式為CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2＋8H＋C．微生物燃料電池(MFC)電流的流向為b→aD．電池總反應式為CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O解析：選B根據(jù)裝置圖可知B室中氧氣參與反應，應為好氧菌，選項A正確；方程式中電荷和氫原子不守恒，選項B錯誤；MFC電池中氫離子向得電子的正極移動，即向b極移動，b為正極，電流方向是由正極流向負極，即b→a，選項C正確；電池的總反應是醋酸根離子在酸性條件下被氧化成CO2、H2O，即CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O，選項D正確。13．[雙選](2021·衡陽調(diào)研)一種全天候太陽能電池光照時的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．硅太陽能電池供電原理與該電池相同B．光照時，b極的電極反應式為VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋C．光照時，每轉移1mol電子，有2molH＋由b極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向a極區(qū)遷移D．夜間時，該電池相當于蓄電池放電，a極發(fā)生氧化反應解析：選AC硅太陽能電池是用半導體原理將光能轉化為電能，是物理變化，而該電池是化學能轉化為電能，兩者原理不同，故A錯誤；原電池中氫離子向正極移動，所以氫離子由b極室通過質(zhì)子膜進入a極室，而每轉移1mol電子，有1mol氫離子由b極區(qū)經(jīng)質(zhì)子膜向a極區(qū)遷移，故C錯誤。14．(2021·清遠質(zhì)檢)我國研究鋰硫電池獲得突破，電池的總反應是16Li＋S8eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))8Li2S，充放電曲線如圖所示，下列說法不正確的是()A．充電時，電能轉化為化學能B．放電時，鋰離子向正極移動C．放電時，1molLi2S6轉化為Li2S4得到2mole－D．充電時，陽極總電極反應式是8S2－－16e－=S8解析：選C充電時電能轉化為化學能，故A正確；放電時，是原電池，在原電池中，陽離子向正極移動，因此鋰離子向正極移動，故B正確；根據(jù)圖示，放電時，1molLi2S6轉化為Li2S4的反應為2Li2S6＋2Li=3Li2S4，反應中2molLi2S6得到2mole－，即1molLi2S6得到1mole－，故C錯誤；根據(jù)16Li＋S8eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))8Li2S，充電時，陽極總電極反應式是8S2－－16e－=S8，故D正確。15．[雙選]垃圾假單胞菌株能夠在分解有機物的同時分泌物質(zhì)產(chǎn)生電能，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A．電流由左側電極經(jīng)過負載后流向右側電極B．放電過程中，正極附近pH變大C．若1molO2參與電極反應，有4molH＋穿過質(zhì)子交換膜進入右室D．負極電極反應為H2PCA＋2e－=PCA＋2H＋解析：選BC右側氧氣得電子產(chǎn)生水，作為正極，故電流由右側正極經(jīng)過負載后流向左側負極，選項A錯誤；放電過程中，正極氧氣得電子與氫離子結合產(chǎn)生水，氫離子濃度減小，pH變大，選項B正確；若1molO2參與電極反應，有4molH＋穿過質(zhì)子交換膜進入右室，生成2mol水，選項C正確；原電池負極失電子，選項D錯誤。16．電化學在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。(1)甲醇燃料電池能量轉化率高、對環(huán)境無污染，具有很高的應用前景。其工作原理如圖所示。①A處的電極反應式為__________________________________________，電池工作一段時間后，電解質(zhì)溶液的pH______(填“增大”“不變”或“減小”)。②利用該電池及惰性電極電解4L飽和KCl溶液，產(chǎn)生448mL(標準狀況)Cl2時(假設全部逸出并收集，忽略溶液體積的變化)，所得溶液(25℃(2)利用微生物燃料電池處理某廢水的工作原理如圖所示。①該電池的正極為__________(填“a”或“b”)，a電極反應式為____________________。②當電路中有0.6mole－轉移時，通過質(zhì)子交接膜的H＋數(shù)目為________。(3)綠色環(huán)保的全釩液流電池工作原理如圖所示。①電池放電時電極A為正極。充電時，A電極反應式為__________________________，H＋移動方向為________(填“A→B”或“B→A”)。②電極A與電極B之間質(zhì)子交換膜的作用_____________________________________。答案：(1)①CH3OH＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O減?、?2(2)①bH2S＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋10H＋②0.6NA或3.612×1023(3)①VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋A→B②避免氧化劑與還原劑直接接觸(其他合理答案也可)17.(1)Fe3O4中含有二價鐵、三價鐵，分別表示為Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，以Fe3O4/Pd為催化材料，可實現(xiàn)用H2消除酸性廢水中的致癌物NOeq\o\al(－,2)，其反應過程示意圖如圖所示，則在Pd上發(fā)生的電極反應為__________________________。用該法處理后水體的pH________(填“升高”“降低”或“不變”)。(2)催化劑協(xié)同零價鐵(Fe)可將地下水體中NOeq\o\al(－,3)轉化為N2，不同初始pH下零價鐵催化還原脫除地下水體中NOeq\o\al(－,3)的實驗數(shù)據(jù)和反應的過程如圖所示。為有效降低水體中氮元素的含量，宜調(diào)整水體pH為4.2，解釋當水體pH<4.2時，隨pH減小，N2生成率逐漸降低的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由圖中可看出在Pd上發(fā)生的電極反應為H2－2e－=2H＋；H2消除NOeq\o\al(－,2)的總反應為2NOeq\o\al(－,2)＋2H＋＋3H2=N2＋4H2O，故用該法處理后水體的pH升高。(2)水體pH減小，H＋濃度增大，會生成更多的H，使NOeq\o\al(－,3)被還原的中間產(chǎn)物NH繼續(xù)與H、H＋反應生成NHeq\o\al(＋,4)，減少N2的生成。答案：(1)H2－2e－=2H＋升高(2)pH減小，c(H＋)增大，生成H越多，使生成NH與H、H＋反應生成的NHeq\o\al(＋,4)增多，減少了N2的生成18．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·河北卷)我國科學家最近發(fā)明了一種Zn-PbO2電池，電解質(zhì)為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開，形成A、B、C三個電解質(zhì)溶液區(qū)域，結構示意圖如下：回答下列問題：(1)電池中，Zn為_____________極，B區(qū)域的電解質(zhì)為_________(填“K2SO4”“H2SO4(2)電池反應的離子方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)陽離子交換膜為圖中的________膜(填“a”或“b”)。(4)此電池中，消耗6.5gZn，理論上可產(chǎn)生的容量(電量)為_________________毫安時(mAh)(1mol電子的電量為1F，F(xiàn)＝96500C·mol－1(5)已知E為電池電動勢(電池電動勢即電池的理論電壓，是兩個電極電位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG為電池反應的自由能變，則該電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，Eeq\a\vs4\al(Zn-PbO2)_________Eeq\a\vs4\al(Pb-PbO2)；ΔGeq\a\vs4\al(Zn-PbO2)________ΔGeq\a\vs4\al(Pb-PbO2)(填“>”或“<”)。(6)Zn是一種重要的金屬材料，工業(yè)上一般先將ZnS氧化，再采用熱還原或者電解法制備。利用H2還原ZnS也可得到Zn，其反應式如下：ZnS(s)＋H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(高溫))Zn(s)＋H2S(g)727℃時，上述反應的平衡常數(shù)Kp＝2.24×10－6。此溫度下，在盛有ZnS的剛性容器內(nèi)通入壓強為1.01×105Pa的H2，達平衡時H2解析：(1)根據(jù)圖示可知Zn電極失去電子Zn2＋與溶液中的OH－結合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn電極為負極；在A區(qū)域電解質(zhì)為KOH，在B區(qū)域電解質(zhì)為K2SO4溶液，C區(qū)域電解質(zhì)為H2SO4；PbO2電極為正極，得到電子發(fā)生還原反應；(2)負極電極反應式為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，正極的電極反應式為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，總反應的方程式為PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)；(3)A