练案[16]　第六章　第16讲　原电池　化学电源

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[练案16]第16讲　原电池　化学电源A组　基础必做题1．(2022·山东滨州高三检测)下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是(　A　)①铜离子在铜片表面被还原②盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液③电流从锌片经导线流向铜片④铜是正极，铜片上有气泡产生⑤正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①⑤⑦ B．①③④C．②⑤⑦ D．④⑥⑦[解析]　该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。2．(2022·河北衡水高三检测)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(　A　)A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B．干电池工作时，H＋向锌筒移动C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 gD．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－[解析]　干电池工作时，石墨为正极，锌筒为负极，电子从锌筒沿导线流向石墨，H＋在NH4Cl溶液中由锌筒一端流向石墨一端，B错误；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误；若电解质溶液为酸性溶液，则氢氧燃料电池的正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D错误。3．(2022·浙江高三检测)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　A　)A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降[解析]　甲为铜锌原电池，锌为负极，铜为正极，H＋在正极上得电子，所以铜电极附近溶液中H＋浓度减小，故A不正确；乙为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B正确；丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应，被消耗，所以锌筒会变薄，故C正确；丁为铅蓄电池，放电时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，使用一段时间后，电解质溶液酸性减弱，离子浓度减小，导电能力下降，故D正确。4．(2022·黑龙江哈尔滨月考)关于如图装置的说法中正确的是(　C　)A．该装置将锌置换铜反应中的化学能转变为电能，属于电解池B．盐桥的存在使内电路离子流动不畅，因此灯泡忽明忽暗C．相比于单池单液原电池，该装置电流更持续和稳定D．盐桥中K＋向左侧烧杯移动，因为左侧是负极区[解析]　Zn能置换出Cu，图示装置为原电池，A错误；盐桥内K＋和Cl－可自由移动，即盐桥的存在使内电路离子流动顺畅，灯泡不会出现忽明忽暗的现象，B错误；该装置使用了盐桥，能有效防止锌和硫酸铜直接接触反应，其电流更持续和稳定，C正确；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，即盐桥中K＋向右侧烧杯移动，D错误。5．如图所示，是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为__2H＋＋2e－===H2↑__；反应进行一段时间后溶液C的pH将__升高__(填“升高”“降低”或“基本不变”)。(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则A(负)极材料为__Cu__，B(正)极材料为__石墨__，溶液C为__FeCl3溶液__。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是__负__极，Cu极发生__还原__反应，电极反应为__Cu2＋＋2e－===Cu__。反应过程溶液中c(Cu2＋)__变小__(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图所示：电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是__负极__(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋__。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为__11.2__L。[解析]　(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A极材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液；(3)Zn比较活泼，在原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了还原反应，则c(Cu2＋)变小；(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L。6．(2022·山东德州期末)2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展做出巨大贡献的科学家，锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑等。(1)锂元素在元素周期表中的位置：__第二周期第ⅠA族__。(2)氧化锂(Li2O)是制备锂离子电池的重要原料，氧化锂的电子式为__Li＋[∶∶]2－Li＋__。(3)某公司利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出了石墨烯电池，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如图。①石墨烯的优点是提高电池的能量密度，石墨烯为层状结构，层与层之间存在的作用力是__范德华力(分子间作用力)__。②锂离子电池不能用水溶液作离子导体的原因是__2Li＋2H2O===2Li＋＋2OH－＋H2↑__(用离子方程式表示)。③锂离子电池放电时正极的电极反应式为__Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2__。④请指出使用锂离子电池的注意问题：__避免过充、过放、过电流、短路及热冲击或使用时保护元件等__(回答一条即可)。[解析]　(1)Li是3号元素，位于元素周期表第二周期第ⅠA族。(2)Li2O是离子化合物，Li＋与O2－之间通过离子键结合，其电子式为Li＋[∶∶]2－Li＋。(3)①石墨烯的优点是提高电池的能量密度，石墨烯为层状结构，在层内C原子之间以共价键结合，在层与层之间存在的作用力是范德华力，也叫分子间作用力。②Li是碱金属元素，单质比较活泼，容易和水反应产生氢气，反应的离子方程式为2Li＋2H2O===2Li＋＋2OH－＋H2↑，所以锂离子电池不能用水溶液作离子导体。③根据锂电池总反应式可知，锂离子电池在放电时，正极上Li1－xCoO2得电子变为LiCoO2，电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2。④锂电池在使用时应该注意的问题是避免过充、过放、过电流、短路及热冲击或使用时保护元件等。B组　能力提升题7．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫－空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　D　)A．该电池放电时质子从电极b移向电极aB．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1[解析]　A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，错误；B项，电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，错误；D项，由总反应式2SO2＋O2＋2H2O===2SO＋4H＋可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，正确。8．某学习小组的同学查阅相关资料得到氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了如图所示的盐桥原电池。盐桥中装有含琼脂的饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　B　)A．甲烧杯的溶液中发生还原反应B．外电路的电流方向是从b极到a极C．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯D．乙烧杯中的电极反应式为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋[解析]　Fe2＋失电子被氧化，即甲烧杯的溶液中发生氧化反应，A不正确；外电路中电流由正极流向负极，即由b极流向a极，B正确；原电池中，阴离子移向负极，则SO移向甲烧杯，C不正确；乙烧杯中Cr2O得电子被还原，则电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，D不正确。9．(2021·湖南，10,3分)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所：下列说法错误的是(　B　)A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－===ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过[解析]　A项，放电时，Zn失电子，Br2得电子，N为正极，正确；B项，放电时，总反应为Zn与Br2反应生成ZnBr2，因此左侧ZnBr2的浓度不断增大，错误；C项，充电时，M极得电子，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，正确；D项，由双极性碳和塑料电极上沉积了锌，可知Zn2＋通过隔膜后得电子生成了Zn，再结合题图可知，Br2得电子生成的Br－从隔膜中迁移出来进入循环回路，正确。10．(2021·浙江1月选考，22,2分)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。下列说法不正确的是(　C　)A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变D．镍镉二次电池的总反应式：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2[解析]　A项，断开K2，合上K1，镍镉电池放电，化学能转化为电能，正确；B项，断开K1，合上K2，给镍镉电池充电，电极A与电源负极相连，为阴极，发生还原反应：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，正确；C项，电极B发生的氧化反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O，导致溶液中OH－浓度减小，错误；D项，将图中电极A和电极B上的反应相加即得总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，正确。11．(2022·辽宁营口月考)依据原电池原理，回答下列问题：(1)图1是依据氧化还原反应：Cu(s)＋2Fe3＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Fe2＋(aq)设计的原电池装置。①电极X的材料是__铜__(填化学名称)；电极Y的材料是__石墨、金、铂、银等__(填化学名称)。②Y电极发生的电极反应式为__2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋__。(2)图2是使用固体电解质的燃料电池，装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－离子(O2＋4e－―→2O2－)。①c电极为__正__(填“正”或“负”)极。②d电极上的电极反应式为__CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O__。③如果消耗甲烷160 g，假设化学能完全转化为电能，则转移电子的数目为__80NA__(用NA表示)，需要消耗标准状况下氧气的体积为__448__L。[解析]　(1)①由Cu(s)＋2Fe3＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Fe2＋(aq)可知，Cu失去电子，为原电池的负极，即电极X的材料是铜，电极Y是原电池的正极，Fe3＋发生还原反应，可选择活泼性比铜差的导体，可以为石墨、金、铂、银等。②正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(2)①根据图2电流方向可知，c电极是燃料电池电子流入的一极，为正极。②d电极为电子流出的一极，即燃料电池的负极，CH4在负极发生氧化反应，电极反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。③160 g CH4的物质的量为10 mol，根据电极反应式可知反应中转移80 mol电子，则正极消耗O2应为20 mol，在标准状况下的体积为20 mol×22.4 L/mol＝448 L。12．(1)锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：①外电路的电流方向是由__b__(填“a”或“b”，下同)极流向__a__极。②电池的正极反应为__MnO2＋Li＋＋e－===LiMnO2__。(2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如右：①该电池中外电路电子的流动方向为__从A到B__(填“从A到B”或“从B到A”)。②工作结束后，B电极室溶液的pH与工作前相比将__不变__(填“增大”“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计)。③A电极附近甲醇发生的电极反应为__CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑__。[解析]　(1)①结合所给装置图以及原电池反应原理可知，Li为负极，MnO2为正极，所以电子流向是a→b，电流方向则是b→a。②根据题给信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移进入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应为MnO2＋Li＋＋e－===LiMnO2。(2)①甲醇失去电子，A电极为电池的负极，所以该电池外电路电子的流动方向为从A到B。②B电极上O2得电子并消耗H＋，同时溶液中的H＋移向B电极室，所以B电极室溶液的pH与工作前相比未发生变化。③CH3OH失电子生成CO2和H＋，根据化合价变化和元素守恒配平方程式即可得电极反应为CH3OH＋H2O－6e－===6H＋＋CO2↑。