(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练十九6.2原电池化学电源(含解析)

　原电池　化学电源

一、选择题

1.下列有关化学电池的说法中正确的是 (　　)

A.化学电池只能将化学能转化为电能

B.燃料电池能将全部化学能转化为电能

C.银锌电池比能量大,电压稳定,储存时间长

D.一次电池包括干电池和蓄电池

【解析】选C。蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电),也可以将电能转化为化学能(充电),燃料电池的能量转化率超过80%,但不可能100%转化。蓄电池可重复使用,属于二次电池。故选C。

2.如图所示进行实验,下列说法不正确的是 (　　)

A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生

B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能

C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转

D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-Zn2+

【解析】选B。装置甲为锌片与稀硫酸反应装置,可观察到锌片上有气泡;装置乙为铜锌原电池,锌片、铜片和硫酸形成的原电池中,铜片为原电池正极,该极上氢离子得电子生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,故装置乙的铜片上也可观察到有气泡产生,锌片为原电池负极,锌失电子,负极上的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,电子由负极经导线流向正极,整个电路形成回路,产生电流,化学能转变为电能,锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转。故A、C、D正确。甲装置不是原电池,没有产生电流,能量变化不是化学能转化为电能,而乙装置是原电池,原电池中的能量变化为化学能转化为电能,故B不正确。

3.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池,①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极,②④相连时,②有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)

A.①③④②  B.①②④③　  C.③④②①　  D.③①②④

【解析】选A。原电池中,一般来讲,负极材料的活泼性大于正极材料,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极,①②相连时,金属性①>②;①③相连时,金属性①>③;②④相连时,②有氢气逸出,说明氢离子在正极被还原,金属性②<④;③④相连时,③的质量减少,发生氧化反应,做负极,金属性③ >④;四种金属活泼性由大到小的顺序为①③④②,A正确。

4.(2019·兰州模拟)关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法:①微生物促进了电子的转移;②微生物所在电极区放电时发生还原反应;③放电过程中,H+从正极区移向负极区;④正极反应式为:MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O。正确的是(　　)

A.④　　　B.①③　　　C.①④　　　D.②③

【解析】选C。①在微生物作用下Cm(H2O)n转化为CO2促进电子的转移,正确;②微生物在右侧,右侧电极为电源的负极,所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应,错误;③根据电流的方向,放电过程中,H+从负极区移向正极区,错误;④电池左侧为电池的正极区,MnO2在酸性条件下发生得电子反应,所以正极反应式为:MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,④正确。

【加固训练】

电化学在日常生活中用途广泛,如图是镁-次氯酸钠燃料电池,电池总反应为: Mg+ClO-+H2OCl-+Mg(OH)2↓,下列说法不正确的是(　　)

A.惰性电极上发生氧化反应

B.镁电极是该电池的负极

C.正极反应式为:ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-

D.进料口加入NaClO溶液,出口流出的为NaCl溶液

【解析】选A。由总反应可知镁发生氧化反应,“负氧正还原”,镁为负极,惰性电极上发生还原反应,A项错误,B项正确;负极反应为:Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2↓,正极反应为:ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-,C、D项正确。

5.零排放车载燃料电池曾被美国《时代》杂志列为21世纪改变人类生活的十大新科技之首。质子交换膜燃料电池便是其中一种,其工作原理如图所示,则下列叙述不正确的是              (　　)

A.正极反应为:O2+4H++4e-2H2O

B.负极反应为:2H2-4e-4H+

C.导电离子为质子,且在电池内部由正极定向移动至负极

D.总反应式为:2H2+O22H2O

【解析】选C。该燃料电池为氢氧燃料电池,其总反应式为2H2+O22H2O,该燃料电池是通过质子(H+)来传递电荷的,H+分别参与了正、负电极的反应,但H+在电池的内部应由负极(产生H+)定向移动至正极(消耗H+),其在整个过程中,消耗量与生成量相等。

【加固训练】

某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为: 2H2+O22H2O,下列有关说法正确的是              (　　)

A.电子通过外电路从b极流向a极

B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-

C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2

D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极

【解析】选D。首先明确a为负极,这样电子应该是通过外电路由a极流向b;B选项电极反应为O2+4e-+4H+2H2O;C没有告知标准状况。

二、非选择题

6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

根据实验现象回答下列问题:

(1)装置甲中负极的电极反应式是______________________________。 

(2)装置乙中正极的电极反应式是______________________________。 

(3)装置丙中溶液的pH________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是__________________________。 

【解析】(1)二价金属A不断溶解,说明A是负极,所以负极的电极反应式是A-2e-A2+;

(2)乙装置中C的质量不断增加,说明C电极是正极,溶液中的铜离子放电生成铜,电极反应式为Cu2++2e-Cu;

(3)丙装置中A电极上有气体生成,所以A电极是正极,溶液中的氢离子放电生成氢气,所以溶液的pH增大;

(4)甲中A是负极,B是正极;乙中C是正极,B是负极;丙中A是正极,D是负极,所以四种金属活泼性由强到弱的顺序是D>A>B>C。

答案: (1)A-2e-A2+

(2)Cu2++2e-Cu　　

(3)变大

(4)D>A>B>C

7.(1)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一,下列有关说法不正确的是________(填选项字母)。 

A.太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学

B.氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境

C.以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同

D.以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同

(2)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池,该电池的总反应式为:3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH

①该电池放电时负极反应式为__________________________________。 

②放电时每转移3 mol电子,正极有________mol K2FeO4被还原。 

(3)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为Li1-xMnO4+LixLiMnO4,下列有关说法不正确的是________(填选项字母)。 

A.放电时电池的正极反应式:

Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4

B.放电过程中,石墨没有得失电子

C.该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作

D.充电时电池上标有“-”的电极应与外接电源的负极相连

【解析】(1)A项,电解获得H2消耗较多的能量,而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学;B项,氢氧燃料电池中生成物为H2O,对环境无污染;C项,以稀H2SO4为介质的电池负极反应式为H2-2e-2H+,以KOH为介质的电池负极反应式为H2+2OH--2e-2H2O;D项,氢氧燃料电池的总反应式均为2H2+O22H2O。(2)①放电时,在碱性条件下,负极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。②根据电池总反应式可知,2 mol K2FeO4被还原时有6 mol电子转移,所以放电时每转移3 mol电子,有1 mol K2FeO4被还原。(3)A项,根据总反应式可知Li失去电子,电池负极反应式为xLi-xe-xLi+,由总反应式减去负极反应式可得放电时电池的正极反应式为Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4;B项,根据总反应式可判断石墨没有得失电子;C项,Li能与KOH溶液中的H2O反应,导致电池无法正常工作;D项,充电过程是放电的逆向过程,外接电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应,所以标有“-”的电极应与外接电源的负极相连。

答案:(1)C

(2)①Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2　②1

(3)C

一、选择题

1.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述正确的是 (　　)

A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应

B.电极Ⅱ上发生还原反应,作原电池的正极

C.该原电池的总反应式为:2Fe3++CuCu2++2Fe2+

D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,K+移向负极区

【解析】选C。A.该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行,因此氧化剂和还原剂没有直接接触,错误;B.Cu电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为:Cu-2e-Cu2+,错误;D.正极发生反应:2Fe3++2e-2Fe2+,正电荷减小,K+移向正极补充正电荷,错误。

【加固训练】

控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2,设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是              (　　)

A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应

B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原

C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态

D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极

【解析】选D。由反应2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,反应开始时,甲中Fe3+发生还原反应,乙中I-发生氧化反应;当电流计读数为零时,则反应达到了平衡状态,此时在甲中溶入FeCl2固体,平衡向逆反应方向移动,乙中I2发生还原反应,则乙中石墨电极为正极。

2.(新题预测)据报道,以硼氢化合物NaBH4(硼元素的化合价为+3价)和H2O2作原料的燃料电池,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,可用作空军通信卫星的电源,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.电极a采用Pt/C,电极b采用MnO2

B.电池放电时Na+从b极区移向a极区

C.负极电极反应式为:B+8OH--8e-B+6H2O

D.反应中每消耗3 mol H2O2,转移6 mol电子

【解析】选B。A.原电池中,正极上发生得电子的还原反应,负极发生失电子的氧化反应,所以由图可得:电极b是正极,电极a是负极,又因为负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,所以A正确;B.原电池放电时,阳离子移向正极,故电池放电时Na+通过钠离子交换膜从a极区移向b极区,B错误;C.由图可得,a极(负极)入口是B和OH-,出口是B,结合反应原理,电极反应式为:B+8OH--8e-B+6H2O,C正确;D.H2O2中-1价O降为-2价,故每消耗3 mol H2O2,转移6 mol电子,D正确。

【加固训练】

一种新型乙醇电池用磺酸类质子作溶质,比甲醇电池效率高出32倍。电池总反应为:C2H5OH+3O22CO2+ 3H2O,电池示意图如图所示。下列对这种电池的说法正确的是              (　　)

A.b极为电池的负极

B.电池工作时电子由b极沿导线经灯泡再到a极

C.电池正极的电极反应式为:4H++O2+4e-2H2O

D.设每个电子所带电量为q,则1 mol乙醇被氧化产生6NA q的电量

【解析】选C。由图示知,负极反应为C2H5OH-12e-+3H2O2CO2↑+12H+,正极反应为3O2+12e-+12H+6H2O,b为正极;电子经外电路由a到b;l mol乙醇被氧化转移12 mol e-,故产生12NA q的电量。

3.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+ 2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是

A.电池的电解质溶液呈碱性,正极为Ni2O3、负极为Fe

B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2

C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低

D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O

【解析】选C。在铁镍蓄电池中,Fe作负极,Ni2O3作正极,由于生成Fe(OH)2,则电解质溶液呈碱性,A项正确;电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,B项正确;电池充电时,阴极反应为Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,阴极附近溶液的pH升高,C项错误;由充电时的总反应减去阴极反应,可得阳极反应,D项正确。

【加固训练】

法国格勒诺布尔约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明了第一块可植入人体为人造器官提供电能的葡萄糖生物燃料电池,其基本原理是葡萄糖和氧气在人体中酶的作用下发生反应:C6H12O6+6O26CO2+6H2O(酸性环境)。下列有关该电池的说法不正确的是              (　　)

A.该生物燃料电池不可以在高温下工作

B.电池的负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+

C.消耗1 mol氧气时转移4 mol e-,H+向负极移动

D.今后的研究方向是设法提高葡萄糖生物燃料电池的效率,从而使其在将来可以为任何可植入医疗设备提供电能

【解析】选C。酶在高温下会变性,失去催化活性,所以该生物燃料电池不可以在高温下工作,A项说法正确;电池中C6H12O6在负极发生氧化反应,电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,B项说法正确;电解质溶液中的阳离子移向原电池的正极,所以H+向正极移动,C项说法错误;D项说法正确。

二、非选择题

4.(2019·深圳模拟)如图所示,是原电池的装置图。请回答:

(1)若C为稀硫酸,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:______________________;反应进行一段时间后C溶液的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。 

(2)若需将反应:Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+设计成如图所示的原电池装置,则A(负极)极材料为________,B(正极)极材料为________,C为________。 

(3)若C为CuCl2,Zn是______极,Cu极发生________反应,电极反应为:_____ _________________________。反应过程溶液中c(Cu2+)________(填“变大”“变小”或“不变”)。 

【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材料是Cu,B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。C溶液中含有Fe3+,可以是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。

答案:(1)2H++2e-H2↑　升高

(2)Cu　石墨(或Ag)(合理即可)　FeCl3

(3)负　还原　Cu2++2e-Cu　变小

5.(2019·郑州模拟)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。

(1)如图为某实验小组依据的氧化还原反应:(用离子方程式表示)_______。 

设计的原电池装置,反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12 g,导线中通过__________mol电子。 

(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,石墨电极反应式为:______ ________________________,这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”),用离子方程式表示溶液显此性的原因__ _________________, 

用吸管吸出铁片附近溶液少许于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,写出反应的离子方程式:________________________,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,同学们对此做了多种假设,某同学的假设是“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态。”如果+3价铁被氧化为Fe,试写出该反应的离子方程式:__ ___________________________。 

(3)如图其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形,如图所示,

一段时间后,在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液,现象是____________________ ______,电极反应为:__ __________________________________________; 

乙装置中石墨(1)为________极(填“正”“负”“阴”或“阳”),乙装置中与铜丝相连石墨(2)电极上发生的反应式为:________________________,产物常用__________________检验,反应的离子方程式为:__ __________________。 

【解析】(1)若一段时间后,两电极质量相差12 g,消耗负极0.1 mol Fe,同时正极生成0.1 mol Cu,导线中通过0.2 mol电子。

(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,由于N水解,N+H2O NH3·H2O+H+,所以NH4Cl溶液显酸性,石墨电极上H+得到电子,电极反应式为: 2H++2e-H2↑;铁电极反应式为:Fe-2e-Fe2+,用吸管吸出少许铁片附近溶液置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,反应的离子方程式为:2Fe2++Cl2 2Fe3++2Cl-,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,由于存在Fe3+,所以溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,如果原因是+3价铁被氧化为Fe,则该反应的离子方程式为:2Fe3++3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+。

(3)如题图其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形,则甲池为原电池,铁电极反应为:Fe-2e-Fe2+,铜电极反应为:O2+2H2O+4e-4OH-;乙池为电解池,石墨(2)电极为阳极,电极反应为:2Cl--2e-Cl2↑,石墨(1)电极为阴极,电极反应为:Cu2++2e-Cu;所以一段时间后,在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液,溶液变红,乙装置中石墨(2)电极产物可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验,反应的离子方程式为:Cl2+2I-2Cl-+I2。

答案:(1)Fe+Cu2+Fe2++Cu　0.2

(2)2H++2e-H2↑　酸性

N+H2ONH3·H2O+H+

2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-

2Fe3++3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+

(3)溶液变红　O2+2H2O+4e-4OH-　阴

2Cl--2e-Cl2↑　湿润的淀粉碘化钾试纸　Cl2+2I-2Cl-+I2