高中化学第二节 化学电源精练

第一~二节综合拔高练

五年选考练

1.(2019天津理综,6,6分,★★☆)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池,其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)

A.放电时,a电极反应为I2Br-+2e- 2I-+Br-

B.放电时,溶液中离子的数目增大

C.充电时,b电极每增重0.65 g,溶液中有0.02 mol I-被氧化

D.充电时,a电极接外电源负极

2.(2019课标Ⅰ,12,6分,★★☆)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)

A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能

B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+ 2H++2MV+

C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

3.(2019课标Ⅲ,13,6分,★★☆)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是(　　)

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高

B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)

C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)

D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区

4.(2018课标Ⅱ,12,6分,★★☆)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(　　)

A.放电时,Cl向负极移动

B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2

C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+C

D.充电时,正极反应为:Na++e-Na

5.(2018课标Ⅲ,11,6分,★★☆)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是(　　)

A.放电时,多孔碳材料电极为负极

B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移

D.充电时,电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-)O2↑

6.(2017课标Ⅲ,11,6分,★★☆)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)

A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4

B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g

C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多

三年模拟练

1.(2020福建莆田一中高二月考,★★☆)利用反应NO2+NH3 N2+H2O(未配平)消除NO2的简易装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.a电极上发生的电极反应式是2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O

B.消耗标准状况下4.48 L NH3时,被消除的NO2的物质的量为0.15 mol

C.若离子交换膜是阳离子交换膜,装置右室中溶液的碱性增强

D.整个装置中NaOH的物质的量不断减少

2.(2019山西实验中学高三上质检,★★☆)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理如图所示,其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是(　　)

A.溶液中OH-向电极a移动

B.电极b上发生还原反应

C.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O

D.理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4

3.(2020浙江杭州西湖高中高二上期末,★★☆)新能源汽车的研制进入新时代,某厂家采用的电池以CO和H2为燃料,以空气为氧化剂,以熔融态K2CO3为电解质,其工作原理如图,下列叙述不正确的是　(　　)

A.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C

B.负极上H2发生反应的电极反应式为2H2-4e- 4H+

C.外电路中电子的流向是由电极a流向电极b

D.为了使电池的电解质组成保持稳定,可将a电极生成的CO2通入b电极

4.(2020广东佛山七校联考,★★☆)下图为一种利用原电池原理设计测定O2含量的气体传感器示意图,RbAg4I5是只能传导Ag+的固体电解质。O2可以通过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2,通过电池电位计的变化可以测得O2的含量。下列说法正确的是　(　　)

A.正极反应为3O2+12e-+4Al3+ 2Al2O3

B.传感器总反应为3O2+4AlI3+12Ag 2Al2O3+12AgI

C.外电路转移0.01 mol电子,消耗O2的体积为0.56 L

D.给传感器充电时,Ag+向多孔石墨电极移动

答案全解全析

五年选考练

1.D　由工作原理示意图中Zn2+迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正确;充电时,a极接外电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为Zn2++2e- Zn,每增重0.65 g,转移0.02 mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I-+Br--2e- I2Br-,转移0.02 mol电子,有0.02 mol I-被氧化,C项正确。

2.B　A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极区,在固氮酶催化作用下发生反应N2+6H++6MV+ 2NH3+6MV2+,错误;C项,由B项分析可知正极区N2被还原为NH3,正确;D项,原电池工作时,质子(H+)通过交换膜由负极区向正极区移动,正确。

3.D　A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH-由正极区向负极区迁移。

4.D　放电时,负极反应为4Na-4e-4Na+,正极反应为3CO2+4e-C+2C;Na+移向正极,C、Cl移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C+C-4e-3CO2↑,D错误。

5.D　A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1-)O2↑,正确。

6.D　电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电极a为正极,依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li-e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石墨烯可导电,可以提高电极a的导电性,C正确;电池充电时Li2S2不断转化为Li2S8,Li2S2的量越来越少,D错误。

三年模拟练

1.D　根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式:6NO2+8NH3 7N2+12H2O,反应中NO2中氮元素化合价由+4价变为0价、NH3中氮元素化合价由-3价变为0价,所以NO2发生还原反应、NH3发生氧化反应,则b电极是正极、a电极是负极,a电极上发生的电极反应为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,b电极上发生的电极反应为2NO2+8e-+4H2O 8OH-+N2。由上述分析可知,A正确;该原电池总反应为6NO2+8NH3 7N2+12H2O,消耗标准状况下4.48 L即0.2 mol NH3时,被消除的NO2的物质的量为×0.2 mol=0.15 mol,B正确;原电池工作时,右室中b电极为原电池的正极其电极反应为2NO2+8e-+4H2O 8OH-+N2,若离子交换膜是阳离子交换膜,装置右室中生成的OH-不能移向左室,故右室溶液的碱性增强,C正确;该原电池总反应为6NO2+8NH3 7N2+12H2O,由于不消耗NaOH也不生成NaOH,所以NaOH的物质的量不变,但浓度降低,D错误。

2.D　NH3被氧化为常见无毒物质即N2,则氨气在负极失去电子,电极反应式为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,在正极氧气得电子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,OH-在正极产生,在负极消耗,则溶液中OH-向电极a移动,A、C正确;电极b上发生还原反应,B正确;由得失电子守恒计算,理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3,D错误。

3.B　该原电池中,通入空气的电极b为原电池的正极,结合原子守恒、得失电子守恒得到电极反应式为O2+4e-+2CO2 2C,故A正确;该电池中,通入CO和H2的电极a为原电池的负极,发生失去电子的氧化反应,负极上H2发生反应的电极反应式为H2-2e-+C CO2+H2O,故B错误;电池工作时,电子的流向是由负极流向正极,故C正确;该电池中,正极电极反应式为O2+4e-+2CO2 2C,负极电极反应式为CO-2e-+C 2CO2,H2-2e-+C CO2+H2O,负极生成CO2、正极消耗CO2,所以可将负极生成的CO2通入正极,以保持电池的电解质组成的稳定,故D正确。

4.B　由题意知,O2与AlI3反应生成Al2O3和I2,I2参与正极反应,则该原电池正极的电极反应为I2+2Ag++2e- 2AgI,A错误;由题图可知,传感器总反应为3O2+4AlI3+12Ag 2Al2O3+12AgI,B正确;根据总反应3O2+4AlI3+12Ag 2Al2O3+12AgI可知,消耗3 mol O2转移电子12 mol,所以外电路转移0.01 mol电子,消耗O2的物质的量为0.002 5 mol,其在标准状况下的体积为0.056 L,C错误;给传感器充电时,Ag+向阴极移动,即向Ag电极移动,D错误。