2022版高考化學一輪復習 課時分層提升練課時分層提升練19 原電池化學電源

原電池化學電源一、選擇題1.下列有關化學電池的說法中正確的是 ()A.化學電池只能將化學能轉化為電能B.燃料電池能將全部化學能轉化為電能C.銀鋅電池比能量大,電壓穩(wěn)定,儲存時間長D.一次電池包括干電池和蓄電池【解析】選C。蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電),也可以將電能轉化為化學能(充電),燃料電池的能量轉化率超過80%,但不可能100%轉化。蓄電池可重復使用,屬于二次電池。故選C。2.(2019·德州模擬)原電池裝置如圖所示,下列有關敘述正確的是 ()A.鋅電極上發(fā)生還原反應B.電池工作一段時間后,甲池的c(S)不變C.電池工作一段時間后,甲池溶液的總質(zhì)量增加D.該裝置將化學能轉化為電能,一段時間后,裝置內(nèi)的電子總量減少【解析】選B。鋅是負極,發(fā)生氧化反應,A錯誤;原電池工作時,陰離子由正極向負極運動,但陰離子不能通過陽離子交換膜,只出現(xiàn)鋅離子由甲池移向乙池,甲池的c(S)不變,B正確;根據(jù)B的分析,電池工作一段時間后,甲池溶液仍是硫酸鋅溶液,質(zhì)量不變,C錯誤;該裝置是原電池裝置,將化學能轉化為電能,電子的定向移動產(chǎn)生電流,但電子總量不變,D錯誤。3.依據(jù)Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反應原理,設計出韋斯頓標準電池,其簡易裝置如圖。下列有關該電池的說法正確的是 ()A.電池工作時Cd2+向電極B移動B.電極A上發(fā)生反應Hg2SO4+2e-2Hg+SC.電極B上發(fā)生反應Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+D.反應中每生成amolHg轉移3amol電子【解析】選B。根據(jù)電池總反應式可知,放電時Cd在負極失電子,故B為負極,電極反應式為Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A極,A、C錯誤;正極上Hg2SO4得電子生成Hg,電極反應式為Hg2SO4+2e-2Hg+S,當生成amolHg時,轉移amol電子,B正確,D錯誤。4.斯坦福大學、麻省理工學院和豐田研究所的科學家們發(fā)現(xiàn),利用大數(shù)據(jù)和人工智能可預測電池的使用壽命及儲電能力。硼化釩(VB2)-空氣電池是目前儲電能力最高的電池,電池示意圖如圖所示,該電池工作時發(fā)生反應4VB2+11O24B2O3+2V2O5。下列說法正確的是()A.電極a為電池負極B.圖中選擇性透過膜只能讓陽離子選擇性透過C.電子由VB2極經(jīng)KOH溶液流向電極aD.VB2極發(fā)生的電極反應為2VB2+22OH--22e-V2O5+2B2O3+11H2O【解析】選D。根據(jù)原電池反應和氧化還原反應原理知,電極a為正極,A項錯誤;題圖中選擇性透過膜只能讓陰離子選擇性透過,B項錯誤;電子由VB2極經(jīng)負載流向電極a,C項錯誤;根據(jù)總反應和電子轉移情況可知D項正確?！炯庸逃柧殹?2019·成都模擬)如圖所示的C-NaMO2電池是科學家正在研發(fā)的鈉離子電池,據(jù)悉該電池可以將傳統(tǒng)鋰電池的續(xù)航能力提升7倍。該電池反應式為NaMO2+nCNa(1-x)MO2+NaxCn,下列正確的是 ()A.充電時,左側電極為陽極B.電解質(zhì)可以選用無水乙醇C.放電時,負極電極反應式為NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+D.充電時,陽極電極反應式為nC+xNa+-xe-NaxCn【解析】選C。A、充電時,鈉離子移向左側,左側電極為陰極,故A錯誤;B、無水乙醇為非電解質(zhì),不能電離,不導電,故B錯誤;C、原電池中,負極發(fā)生失電子的氧化反應:放電時,負極電極反應式為NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+,故C正確;D、電解池中,陽極上發(fā)生失電子的氧化反應:電極反應式為NaxCn-xe-nC+xNa+,故D錯誤。5.垃圾的處理是制約環(huán)境保護的一大難題。最近報道的一種處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖如圖。裝置工作時下列說法錯誤的是 ()A.鹽橋中Cl-向Y極移動B.化學能轉變?yōu)殡娔蹸.電子由X極沿導線流向Y極D.Y極發(fā)生的反應為2N+10e-+12H+N2+6H2O,周圍pH增大【解析】選A。NH3→N2化合價升高失電子,發(fā)生氧化反應,作負極;N→N2化合價降低得電子,發(fā)生還原反應,作正極,鹽橋中Cl-向負極X極移動,故A錯;垃圾在微生物的作用下,發(fā)生氧化還原反應,形成了原電池,所以化學能轉變?yōu)殡娔?故B正確;根據(jù)A分析知X為負極,Y為正極,電子由負極X極沿導線流向正極Y極,故C正確;Y極為正極發(fā)生的反應為2N+10e-+12H+N2+6H2O,消耗H+,所以pH增大,故D正確,答案選A?！炯庸逃柧殹磕彻腆w酸燃料電池以CaHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H+,其基本結構見下圖,電池總反應可表示為:2H2+O22H2O,下列有關說法正確的是 ()A.電子通過外電路從b極流向a極B.b極上的電極反應式為:O2+2H2O+4e-4OH-C.每轉移0.1mol電子,消耗1.12L的H2D.H+由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極【解析】選D。首先明確a為負極,這樣電子應該是通過外電路由a極流向b;B選項電極反應為O2+4e-+4H+2H2O;C沒有告知標準狀況。二、非選擇題6.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗。裝置現(xiàn)象二價金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生根據(jù)實驗現(xiàn)象回答下列問題:(1)裝置甲中負極的電極反應式是______________________。

(2)裝置乙中正極的電極反應式是______________________。

(3)裝置丙中溶液的pH________(選填“變大”“變小”或“不變”)。

(4)四種金屬活潑性由強到弱的順序是______________________。

【解析】(1)二價金屬A不斷溶解,說明A是負極,所以負極的電極反應式是A-2e-A2+;(2)乙裝置中C的質(zhì)量不斷增加,說明C電極是正極,溶液中的銅離子放電生成銅,電極反應式為Cu2++2e-Cu;(3)丙裝置中A電極上有氣體生成,所以A電極是正極,溶液中的氫離子放電生成氫氣,所以溶液的pH增大;(4)甲中A是負極,B是正極;乙中C是正極,B是負極;丙中A是正極,D是負極,所以四種金屬活潑性由強到弱的順序是D>A>B>C。答案:(1)A-2e-A2+(2)Cu2++2e-Cu(3)變大(4)D>A>B>C7.(1)氫氧燃料電池汽車作為上海世博園中的交通工具之一,下列有關說法不正確的是________(填選項字母)。

A.太陽光催化分解水制氫氣比電解水制氫氣更為科學B.氫氧燃料電池作為汽車動力更能保護環(huán)境C.以稀H2SO4、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的負極電極反應式相同D.以稀H2SO4、KOH為介質(zhì)的氫氧燃料電池的總反應式相同(2)純電動車采用了高效耐用的一種新型可充電電池,該電池的總反應式為:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH①該電池放電時負極反應式為______________________。

②放電時每轉移3mol電子,正極有________molK2FeO4被還原。

(3)錳酸鋰離子電池在混合動力車等大型蓄電池應用領域占據(jù)主導地位。電池反應式為Li1-xMnO4+LixLiMnO4,下列有關說法不正確的是________(填選項字母)。

A.放電時電池的正極反應式:Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4B.放電過程中,石墨沒有得失電子C.該電池也能在KOH溶液的環(huán)境中正常工作D.充電時電池上標有“-”的電極應與外接電源的負極相連【解析】(1)A項,電解獲得H2消耗較多的能量,而在催化劑作用下利用太陽能來分解H2O獲得H2更為科學;B項,氫氧燃料電池中生成物為H2O,對環(huán)境無污染;C項,以稀H2SO4為介質(zhì)的電池負極反應式為H2-2e-2H+,以KOH為介質(zhì)的電池負極反應式為H2+2OH--2e-2H2O;D項,氫氧燃料電池的總反應式均為2H2+O22H2O。(2)①放電時,在堿性條件下,負極反應式為Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。②根據(jù)電池總反應式可知,2molK2FeO4被還原時有6mol電子轉移,所以放電時每轉移3mol電子,有1molK2FeO4被還原。(3)A項,根據(jù)總反應式可知Li失去電子,電池負極反應式為xLi-xe-xLi+,由總反應式減去負極反應式可得放電時電池的正極反應式為Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4;B項,根據(jù)總反應式可判斷石墨沒有得失電子;C項,Li能與KOH溶液中的H2O反應,導致電池無法正常工作;D項,充電過程是放電的逆向過程,外接電源的負極提供的電子使原電池負極獲得電子發(fā)生還原反應,所以標有“-”的電極應與外接電源的負極相連。答案:(1)C(2)①Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2②1(3)C一、選擇題1.2019年諾貝爾化學獎授予對鋰離子電池研究方面做出貢獻的三位科學家。鋰空氣充電電池,工作原理示意圖如下,下列敘述正確的是 ()A.該電池工作時Li+向負極移動B.Li2SO4溶液可作該電池電解質(zhì)溶液C.電池充電時間越長,電池中Li2O含量越多D.電池工作時,正極可發(fā)生:2Li++O2+2e-Li2O2【解析】選D。原電池中,陽離子應該向正極移動,選項A錯誤。單質(zhì)鋰會與水反應生成氫氧化鋰和氫氣,所以電解質(zhì)溶液不能使用任何水溶液,選項B錯誤。電池充電的時候應該將放電的反應倒過來,所以將正極反應逆向進行,正極上的Li應該逐漸減少,所以電池充電時間越長,Li2O含量應該越少,選項C錯誤。題目給出正極反應為:xLi++O2+xe-LixO2,所以當x=2的時候反應為:2Li++O2+2e-Li2O2,所以選項D正確?！炯庸逃柧殹靠刂七m合的條件,將反應2Fe3++2I-2Fe2++I2,設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 ()A.反應開始時,乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應B.反應開始時,甲中石墨電極上Fe3+被還原C.電流計讀數(shù)為零時,反應達到化學平衡狀態(tài)D.電流計讀數(shù)為零后,在甲中溶入FeCl2固體,乙中石墨電極為負極【解析】選D。由反應2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,反應開始時,甲中Fe3+發(fā)生還原反應,乙中I-發(fā)生氧化反應;當電流計讀數(shù)為零時,則反應達到了平衡狀態(tài),此時在甲中溶入FeCl2固體,平衡向逆反應方向移動,乙中I2發(fā)生還原反應,則乙中石墨電極為正極。2.電致變色玻璃以其優(yōu)異的性能將成為市場的新寵。如圖所示為五層膜的玻璃電致變色系統(tǒng),其工作原理是:在外接電源下,通過在膜材料內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應,實現(xiàn)對器件的光透過率進行多級可逆性調(diào)節(jié)。(已知:WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均為無色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均為藍色)下列有關說法正確的是 ()A.當B外接電源負極時,膜由無色變?yōu)樗{色B.當B外接電源負極時,離子儲存層發(fā)生反應為:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3C.當A接電源的負極時,此時Li+得到電子被還原D.當A接電源正極時,膜的透射率降低,可以有效阻擋陽光【解析】選B。根據(jù)題意及圖示信息,結合電解原理可知,當B外接電源負極時,離子儲存層發(fā)生反應為:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e?Li4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由藍色變?yōu)闊o色,當A接電源負極時,WO3得電子被還原,發(fā)生的電極反應為:WO3+Li++e-LiWO3,膜由無色變?yōu)樗{色。當B外接電源負極時,Fe4[Fe(CN)6]3轉化為Li4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由藍色變?yōu)闊o色,A項錯誤;當B外接電源負極時,根據(jù)電解原理可知,離子儲存層Fe4[Fe(CN)6]3得電子轉化為Li4Fe4[Fe(CN)6]3,發(fā)生反應為:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3,B項正確;當A接電源的負極時,WO3得電子被還原為LiWO3,Li+只是作為電解質(zhì)溶液導電,未發(fā)生氧化還原反應,C項錯誤;當A接電源正極時,LiWO3失電子發(fā)生氧化反應得到WO3,膜由藍色變?yōu)闊o色,透射率增強,不能有效阻攔陽光,D項錯誤。【加固訓練】(2020·成都模擬)某太陽能電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是 ()A.光照時,b極的電極反應式為VO2+-e-+H2OV+2H+B.光照時,每轉移2mol電子,有2molH+由a極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向b極區(qū)遷移C.夜間,a極的電極反應式為V3++e-V2+D.硅太陽能電池供電原理與該電池相同【解析】選A。A.光照時,b極失去電子,發(fā)生氧化反應,b極為負極,電極反應式為VO2+-e-+H2OV+2H+,A項正確;B.光照時,b極失去電子,為了維持電荷平衡,H+必須由b極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向a極區(qū)遷移,B項錯誤;C.夜間,電池放電,a極的電極反應式為V2+-e-V3+,C項錯誤;D.該電池工作時,發(fā)生了氧化還原反應,化學能轉化為電能,而硅太陽能電池直接將光能轉化成電能,二者供電原理不相同,D項錯誤。3.中科院院士董紹俊開辟了電解法分離稀土的新途徑,而后她所在的科研小組采用電聚合過程中的摻雜反應研制成電化學傳感器,獲得同行承認并列入國際上有代表性的“4個研究小組之一”。近日該課題組將二氧化錳和生物質(zhì)置于一個由濾紙制成的折紙通道內(nèi)形成電池(如圖所示),該電池可將可樂(pH=2.5)中的葡萄糖作為燃料獲得能量。下列說法正確的是 ()A.a極為正極B.隨著反應不斷進行,負極區(qū)的pH不斷增大C.b極的電極反應為MnO2+2H2O+2e-Mn2++4OH-D.若消耗0.01mol葡萄糖,電路中轉移0.02mol電子【解析】選D。由已知結合圖示,葡萄糖(C6H12O6)發(fā)生氧化反應生成葡萄糖內(nèi)酯(C6H10O6),所以a極為負極,故A項錯誤;電解質(zhì)溶液顯酸性,所以負極反應為C6H12O6-2e-C6H10O6+2H+,隨著反應不斷進行,負極區(qū)的pH不斷減小,故B項錯誤;b極為正極,電極反應為MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,故C項錯誤;由負極反應C6H12O6-2e-C6H10O6+2H+可得,1mol葡萄糖失去2mol電子,所以若消耗0.01mol葡萄糖,電路中轉移0.02mol電子,故D項正確。【加固訓練】法國格勒諾布爾約瑟夫·傅立葉大學的研究小組發(fā)明了第一塊可植入人體為人造器官提供電能的葡萄糖生物燃料電池,其基本原理是葡萄糖和氧氣在人體中酶的作用下發(fā)生反應:C6H12O6+6O26CO2+6H2O(酸性環(huán)境)。下列有關該電池的說法不正確的是 ()A.該生物燃料電池不可以在高溫下工作B.電池的負極反應為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+C.消耗1mol氧氣時轉移4mole-,H+向負極移動D.今后的研究方向是設法提高葡萄糖生物燃料電池的效率,從而使其在將來可以為任何可植入醫(yī)療設備提供電能【解析】選C。酶在高溫下會變性,失去催化活性,所以該生物燃料電池不可以在高溫下工作,A項說法正確;電池中C6H12O6在負極發(fā)生氧化反應,電極反應為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,B項說法正確;電解質(zhì)溶液中的陽離子移向原電池的正極,所以H+向正極移動,C項說法錯誤;D項說法正確。二、非選擇題4.(2019·深圳模擬)如圖所示,是原電池的裝置圖。請回答:(1)若C為稀硫酸,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C溶液的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。

(2)若需將反應:Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+設計成如圖所示的原電池裝置,則A(負極)極材料為________,B(正極)極材料為________,C為________。

(3)若C為CuCl2,Zn是______極,Cu極發(fā)生________反應,電極反應為______________________________。反應過程溶液中c(Cu2+)________(填“變大”“變小”或“不變”)。

【解析】(1)鐵作負極,則該原電池反應是鐵與稀硫酸置換氫氣的反應,所以正極反應是氫離子得電子生成氫氣,電極反應式為:2H++2e-H2↑;溶液中氫離子放電,導致溶液中氫離子濃度減小,pH升高;(2)Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+設計成如題圖所示的原電池裝置,根據(jù)方程式中物質(zhì)發(fā)生的反應類型判斷,Cu發(fā)生氧化反應,作原電池的負極,所以A材料是Cu,B極材料是比Cu不活潑的導電物質(zhì)如石墨、Ag等。C溶液中含有Fe3+,可以是FeCl3溶液;(3)Zn比較活潑,在原電池中作負極,Cu作正極,正極發(fā)生還原反應,Cu2+在正極得到電子變成Cu,電極反應為:Cu2++2e-Cu,Cu2+發(fā)生了還原反應,則c(Cu2+)變小。答案:(1)2H++2e-H2↑升高(2)Cu石墨(或Ag)(合理即可)FeCl3(3)負還原Cu2++2e-Cu變小5.(2019·鄭州模擬)某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。(1)如圖為某實驗小組依據(jù)的氧化還原反應:(用離子方程式表示)______。

設計的原電池裝置,反應前,電極質(zhì)量相等,一段時間后,兩電極質(zhì)量相差12g,導線中通過__________mol電子。

(2)其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,石墨電極反應式為_____________________________,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__

______________________,

用吸管吸出鐵片附近溶液少許于試管中,向其中滴加少量新制飽和氯水,寫出反應的離子方程式:

__________________________________________________,

然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液,溶液變紅,繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水,顏色褪去,同學們對此做了多種假設,某同學的假設是“溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)。”如果+3價鐵被氧化為Fe,試寫出該反應的離子方程式:

__________。

(3)如圖其他條件不變,若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n形,如圖所示,一段時間后,在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液,現(xiàn)象是__________________________,電極反應為__

__________________________________________;

乙裝置中石墨(1)為________極(填“正”“負”“陰”