2025版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量2原電池化學(xué)電源強(qiáng)化訓(xùn)練3含解析新人教版

PAGE7-原電池化學(xué)電源角度1一次電池1.(2024·銀川模擬)一般鋅錳干電池的簡(jiǎn)圖如圖所示,它是用鋅皮制成的鋅筒作電極,中心插一根碳棒,碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒四周填滿二氧化錳和炭黑的混合物,并用離子可以通過(guò)的長(zhǎng)纖維紙包袱作隔膜,隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。該電池工作時(shí)的總反應(yīng)為Zn+2NH4++2MnO2[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列關(guān)于鋅錳干電池的說(shuō)法中正確的是A.當(dāng)該電池電壓漸漸下降后,利用電解原理能重新充電復(fù)原B.電池負(fù)極反應(yīng)式為2MnO2+2NH4++2e-Mn2O3+2NH3+H2C.原電池工作時(shí),電子從負(fù)極通過(guò)外電路流向正極D.外電路中每通過(guò)0.1mol電子,鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g【解析】選C。一般鋅錳干電池是一次電池,不能充電復(fù)原,A項(xiàng)錯(cuò)誤;依據(jù)原電池工作原理,負(fù)極失電子,電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由負(fù)極的電極反應(yīng)式可知,每通過(guò)0.1mol電子,消耗鋅的質(zhì)量是65g·mol-1×0.1mol2=3.252.鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良,是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示,其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中,Li+通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列問(wèn)題:(1)外電路的電流方向是由________(填字母,下同)極流向________極。

(2)電池正極反應(yīng)式為________________________________。

(3)是否可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑?________(填“是”或“否”),緣由是_________________________________________________________。

【解析】(1)結(jié)合所給裝置圖以及原電池反應(yīng)原理,可知Li作負(fù)極材料,MnO2作正極材料,所以電子流向是從a→b,那么電流方向則是b→a。(2)依據(jù)題目中的信息“電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中,Li+通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中,生成LiMnO2”,所以正極的電極反應(yīng)式為MnO2+e-+Li+LiMnO2。(3)因?yàn)樨?fù)極的電極材料Li是活潑的金屬,能夠與水發(fā)生反應(yīng),故不能用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑。答案:(1)ba(2)MnO2+e-+Li+LiMnO2(3)否電極Li是活潑金屬,能與水反應(yīng)角度2燃料電池3.(2024·莆田模擬)一種以引火性高的聯(lián)氨(N2H4)為燃料的環(huán)保電池,工作時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定無(wú)污染的物質(zhì),原理如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ()A.N極為電源負(fù)極,聯(lián)氨從c口通入B.負(fù)極上每消耗1molN2H4,轉(zhuǎn)移6mol電子C.正極的電極反應(yīng)式為:O2+2H2O+4e-4OH-D.可將聯(lián)氨改進(jìn)為引火性低、穩(wěn)定性好的N2H4·H2O【解析】選D。A.H+移向N極,則N極為電源正極,聯(lián)氨應(yīng)從b口通入,故A錯(cuò)誤;B.原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極反應(yīng)為:N2H4-4e-4H++N2↑,負(fù)極上每消耗1molN2H4,轉(zhuǎn)移4mol電子,故B錯(cuò)誤;C.電解質(zhì)溶液呈酸性,正極反應(yīng)有氫離子參與,正確的電極反應(yīng)式為:O2+4H++4e-2H2O,故C錯(cuò)誤;D.可將聯(lián)氨改進(jìn)為引火性低、穩(wěn)定性好的N2H4·H2O,故D正確。4.(2024·全國(guó)卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理探討室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫柔,同時(shí)還可供應(yīng)電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過(guò)交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)【解析】選B。相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法選用酶作催化劑,條件溫柔,同時(shí)利用MV+和MV2+的相互轉(zhuǎn)化,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故可供應(yīng)電能,故A正確;左室為負(fù)極區(qū),MV+在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MV2+,電極反應(yīng)式為MV+-e-MV2+,放電生成的MV2+在氫化酶的作用下與H2反應(yīng)生成H+和MV+,反應(yīng)的方程式為H2+2MV2+2H++2MV+,故B錯(cuò)誤;右室為正極區(qū),MV2+在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成MV+,電極反應(yīng)式為MV2++e-MV+,放電生成的MV+與N2在固氮酶的作用下反應(yīng)生成NH3和MV2+,故C正確;電池工作時(shí),氫離子(即質(zhì)子)通過(guò)交換膜由負(fù)極向正極移動(dòng),故D正確。角度3可充電電池5.(2024·全國(guó)卷Ⅲ)一種可充電鋰-空氣電池如圖所示。當(dāng)電池放電時(shí),O2與Li+在多孔碳材料電極處生成Li2O2-x(x=0或A.放電時(shí),多孔碳材料電極為負(fù)極B.放電時(shí),外電路電子由多孔碳材料電極流向鋰電極C.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中Li+向多孔碳材料區(qū)遷移D.充電時(shí),電池總反應(yīng)為:Li2O2-x2Li+(1-x【解析】選D。結(jié)合題中所給信息及裝置圖,可知放電時(shí)Li作負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)為:2Li-2e-2Li+,多孔碳材料作正極,正極反應(yīng)為:(1-x2)O2+2Li++2e-Li2O2-x,故A錯(cuò)誤;B項(xiàng)放電時(shí)外電路電子從Li電極流向多孔碳材料,故B錯(cuò)誤;C項(xiàng)充電時(shí)多孔碳材料作陽(yáng)極,Li+應(yīng)移向鋰電極,故C錯(cuò)誤;D項(xiàng)結(jié)合放電時(shí)的正負(fù)極反應(yīng)式可知正確。6.(2024·全國(guó)卷Ⅲ)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學(xué)家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了采納強(qiáng)堿性電解質(zhì)的3D-Zn-NiOOH二次電池,結(jié)構(gòu)如圖所示。電池反應(yīng)為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放電過(guò)程中OH-通過(guò)隔膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)【解析】選D。Zn作負(fù)極被氧化生成ZnO,三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,沉積的ZnO分散度高,A正確。充電時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),依據(jù)電池反應(yīng)的充電過(guò)程可知,陽(yáng)極反應(yīng)為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B正確。放電時(shí)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),依據(jù)電池反應(yīng)的放電過(guò)程可知,負(fù)極反應(yīng)為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l),C正確。放電時(shí),電池內(nèi)部陽(yáng)離子由負(fù)極移向正極,陰離子由正極移向負(fù)極,D錯(cuò)誤。角度4新型化學(xué)電源7.鎳鈷錳三元材料是近年來(lái)開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料,具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點(diǎn)。鎳鈷錳三元材料中Ni為主要活潑元素,通?？梢员硎緸?LiNiaCobMncO2,其中a+b+c=1,可簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)iAO2。放電時(shí)總反應(yīng)為L(zhǎng)iAO2+nCLi1-xAO2+LixCn(0<x<1),工作原理如圖所示,則以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.放電時(shí)Ni最先失去電子B.放電時(shí)電子從a電極由導(dǎo)線移向b電極C.充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)式為L(zhǎng)iAO2-xe-Li1-xAO2+xLi+D.充電時(shí)轉(zhuǎn)移1mol電子,理論上陰極材料質(zhì)量增加7g【解析】選C。依據(jù)Li+的移動(dòng)方向可知,a為負(fù)極,b為正極。A.鎳鈷錳三元材料中Ni為主要活潑元素,放電時(shí)鎳元素最先失去電子,故A正確;B.放電時(shí)電子從負(fù)極,即a電極由導(dǎo)線移向正極,即b電極,故B正確;C.充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)式是放電時(shí)的正極反應(yīng)式的逆反應(yīng),LixCn-xe-nC+xLi+,故C錯(cuò)誤;D.充電時(shí),陰極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1-xAO2+xLi++xe-LiAO2,轉(zhuǎn)移1mol電子,理論上陰極材料質(zhì)量增加1mol鋰離子,質(zhì)量為7g,故D正確。8.(2024·天津高考)我國(guó)科學(xué)家研制了一種新型的高比能量鋅-碘溴液流電池,其工作原理示意圖如下。圖中貯液器可儲(chǔ)存電解質(zhì)溶液,提高電池的容量。下列敘述不正確的是 ()A.放電時(shí),a電極反應(yīng)為I2Br-+2e-2I-+Br-B.放電時(shí),溶液中離子的數(shù)目增大C.充電時(shí),b電極每增重0.65g,溶液中有0.02molI-被氧化D.充電時(shí),a電極接外電源負(fù)極【解析】選D。Zn2+移向左側(cè),a極是正極,充電時(shí),接外電源的正極,放電時(shí)電極反應(yīng)式為I2Br-+2e-2I-+Br-,A正確、D錯(cuò)誤;放電時(shí),負(fù)極Zn-2e-Zn2+,負(fù)極、正極的離子數(shù)目都增多,B正確;充電時(shí),b極的電極反應(yīng)式為Zn2++2e-Zn,每增重0.65g,轉(zhuǎn)移電子0.02mol,則有0.02molI-被氧化,C正確。【加固訓(xùn)練】1.某汽車尾氣分析儀以燃料電池為工作原理測(cè)定CO的濃度,其裝置如圖所示,該電池中電解質(zhì)為氧化釔-氧化鈉,其中O2-可以在固體介質(zhì)NASICON中自由移動(dòng)。下列說(shuō)法不正確的是 ()A.工作時(shí)電極b作正極,O2-由電極b流向電極aB.負(fù)極的電極反應(yīng)式為:CO-2e-+O2-CO2C.傳感器中測(cè)得有2×10-3mol電子通過(guò)時(shí),說(shuō)明通過(guò)的尾氣中含有2.24mLCOD.傳感器中通過(guò)的電流越大,尾氣中CO的含量越高【解析】選C。該電池為燃料電池,燃料為負(fù)極,空氣為正極。A.b為正極,陰離子向負(fù)極移動(dòng),正確;B.負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正確;C.通過(guò)2×10-3mol電子時(shí),CO反應(yīng)0.001mol,在標(biāo)準(zhǔn)狀況下,體積為22.4mL,錯(cuò)誤;D.CO含量高,轉(zhuǎn)移電子多,電流大,正確。2.某學(xué)生利用如圖試驗(yàn)裝置探究鹽橋式原電池的工作原理(銅元素的相對(duì)原子質(zhì)量為64)。依據(jù)試驗(yàn)步驟依次回答下列問(wèn)題:(1)導(dǎo)線中電子流向?yàn)開_______(用a、b表示)。

(2)若裝置中銅電極的質(zhì)量增加0.64g,則導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為________(用“NA”表示)。

(3)裝置中鹽橋中除添加瓊脂外,還要添加KCl的飽和溶液,電池工作時(shí),對(duì)鹽橋中的K+、Cl-的移動(dòng)方向的表述正確的是________(填字母)。

A.鹽橋中的K+向左側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl-向右側(cè)燒杯移動(dòng)B.鹽橋中的K+向右側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl-向左側(cè)燒杯移動(dòng)C.鹽橋中的K+、Cl-幾乎都不移動(dòng)(4)若將反應(yīng)2Fe3++CuCu2++2Fe2+設(shè)計(jì)成原電池,其正極反應(yīng)為____________。

【解析】(1)鋅銅原電池中,鋅比銅活潑,故鋅為負(fù)極,銅為正極。原電池中,電子由負(fù)極流向正極,故電子的流向?yàn)閍→b。(2)0.64g銅的物質(zhì)的量為0.01mol,由電極反應(yīng)式Cu2++2e-Cu可知,生成1mol銅,轉(zhuǎn)移2mol電子,故生成0.01mol銅,導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移0.02mol電子,電子數(shù)目為0.02NA。(3)左