2024届人教版高考化学一轮复习第六章第2讲原电池作业含答案

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第2讲　原电池

(40分钟)
选题表
知识点
题号
基础
能力
创新
原电池原理
1,2


原电池原理的应用
3,4
9

新型化学电源

5,6,7,8
10,11

1.(2022·湖南师大模拟)根据下图分析,下列说法中正确的是(　B　)

A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-Cl2↑
解析:由题给原电池装置可知,电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,O2在Fe电极发生还原反应O2+2H2O+4e-4OH-,烧杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高,A、C错误;烧杯b中,Zn发生氧化反应Zn-2e-Zn2+,D错误。
2.观察如图所示装置,可发现电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细。表中所列的M、N、P对应物质可构成该装置的是(　C　)

选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
解析:M极上放出氢气,M棒不会变粗,B项不符合题意;锌比银活泼,M极上有银析出,M棒变粗,锌逐渐溶解,N棒变细,C项符合题意。
3.(2022·四川南充三模)某实验小组设计了如图所示装置,可观察到与铜导线连接的灵敏电流计指针明显偏转,烧杯a中裸露线头周边溶液蓝色逐渐加深,下列说法错误的是(　D　)

A.b中导线与硫酸铜浓溶液构成正极区,发生还原反应
B.若向a中滴加几滴稀NaOH溶液,降低溶液中Cu2+浓度,则有利于电极反应进行
C.当两侧溶液中Cu2+浓度相等时,灵敏电流计指针停止偏转
D.盐桥中的阴离子向烧杯b移动
解析:根据图示装置,烧杯a中裸露线头周边溶液蓝色逐渐加深,说明烧杯a中生成了Cu2+,则该电极为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,右侧电极为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu。向烧杯a中滴加稀NaOH溶液消耗Cu2+,增加了两烧杯中Cu2+的浓度差,有利于电极反应进行,B项正确;当两侧溶液中Cu2+浓度相等时,即浓度差为0,此时不再产生电流,灵敏电流计指针停止偏转,C项正确;盐桥中的阴离子向负极区移动,烧杯a为负极区,所以向烧杯a移动,D项错误。
4.电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。
(1)锌银电池是一种常见化学电源,其工作示意图如图所示。

电池工作时,电子从　　　　电极经导线流向　　　　电极,负极的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)①甲烷—空气碱性(KOH为电解质)燃料电池的负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　;相同条件下甲烷燃料电池与氢气燃料电池的能量密度之比为　　　　(能量密度之比等于单位质量可燃物完全反应转移的电子数之比)。 
②若改以熔融K2CO3为电解质,其正极反应为　　　　　　　　　　。
(3)LiSOCl2电池可用于心脏起搏器,该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
①电池的负极材料为　　　 　　　。 
②电池的正极反应为　 。 
解析:(1)电池工作时,负极Zn失去电子生成Zn(OH)2,电子经导线流向正极,Ag2O得到电子转化为Ag。(2)①甲烷—空气碱性(KOH为电解质)燃料电池负极甲烷失电子发生氧化反应,电解质显碱性,所以生成碳酸盐,负极反应式为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O;设甲烷和氢气质量均为16 g,则根据电极反应计算电子转移总数可得到能量密度之比。②以熔融K2CO3为电解质,O2得电子生成CO32-。(3)①从电池反应4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑可以看出,Li由0价升高到+1价,所以电池的负极材料为锂。②SOCl2中的S元素显+4价,产物中S为0价,所以一部分SOCl2中的S元素得电子生成S,一部分SOCl2生成SO2,同时氯元素转化为Cl-,电池的正极反应为2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。
答案:(1)Zn　Ag2O　Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
(2)①CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O　1∶2　②O2+2CO2+4e-2CO32-　(3)①锂　②2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑

5.(2022·山东聊城二模)直接H2O2燃料电池(DPPFC)是一种新型液态电池,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　B　)

A.气体c为O2
B.负极区溶液pH增大
C.电极b的反应式为H2O2+2e-+2H+2H2O
D.当电路中转移0.1 mol电子时,通过阴离子交换膜的SO42-为4.8 g
解析:石墨电极a为负极,电极反应式为H2O2-2e-+2OH-O2↑+2H2O,气体c为O2,负极区溶液pH减小,A正确,B错误;电极b为正极,电极反应式为H2O2+2e-+2H+2H2O,C正确;当电路中转移0.1 mol电子时,通过阴离子交换膜的SO42-为0.05 mol,质量为0.05 mol×96 g/mol=
4.8 g,D正确。
6.(2021·浙江选考)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示,电极A为非晶硅薄膜,充电时Li+得电子成为Li嵌入该薄膜材料中;电极B为 LiCoO2 薄膜;集流体起导电作用。下列说法不正确的是(　B　)

A.充电时,集流体A与外接电源的负极相连
B.放电时,外电路通过a mol电子时,LiPON薄膜电解质损失a mol Li+
C.放电时,电极B为正极,反应可表示为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2
D.电池总反应可表示为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2
解析:由题给信息知,放电时,电极A是电池的负极,Li失去电子发生氧化反应Li-e-Li+,电极B是电池的正极,Li1-xCoO2得到电子发生还原反应Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2;充电时,Li+在电极A得电子被还原成Li,作为电解池中的阴极与电源负极相连,电极B中LiCoO2的部分Li被氧化为Li+得到Li1-xCoO2,作为电解池中的阳极与电源正极相连。根据分析,充电时,电极A与外接电源的负极相连,是阴极,电极B与外接电源的正极相连,是阳极,则集流体A与外接电源的负极连接, A说法正确;放电时,LiPON薄膜电解质中的Li+转移至电极B的过程中,电极A中Li失去电子转化为Li+进入 LiPON 薄膜电解质中,即Li+的数目没有发生变化,B说法错误;根据分析,放电时,电极B为正极,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,C说法正确;调整电池正、负极反应,使得失电子守恒,得电池总反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+
LiCoO2,D说法正确。
7.(不定项)一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示,电解质为AlxCly离子液体,CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法正确的是(　AB　)

A.若CuS从电极表面脱落,则电池单位质量释放电量减少
B.该电池放电时,正极反应为6CuS+8Al2Cl7-+6e-3Cu2S+Al2S3+
14AlCl4-
C.为提高电池效率,可以向CuS@C电极附近加入适量Al2S3水溶液
D.充电时电池负极的反应为Al+7AlCl4--3e-4Al2Cl7-
解析:放电时,铝为负极,被氧化生成Al2Cl7-,电极反应式为2Al+
14AlCl4--6e-8Al2Cl7-,正极反应为6CuS+8Al2Cl7-+6e-3Cu2S+Al2S3+
14AlCl4-;充电时是电解池,阳极反应为14AlCl4-+3Cu2S+Al2S3-6e-6CuS+8Al2Cl7-;阴极反应为8Al2Cl7-+6e-2Al+14AlCl4-。化合价改变的只有Cu,故硫化铜从电极表面脱落,则电池单位质量释放电量减少,A项、B项正确;由分析可知,应加入Al2Cl7-,C项错误。
8.(不定项)磷酸铁锂锂离子电池是目前电动汽车动力电池的主要材料,其特点是放电容量大、价格低廉、无毒性。放电时的反应为xFePO4+(1-x)LiFePO4+LixC6C6+LiFePO4,放电时工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　A　)

A.充电时,Li+通过隔膜向左移动
B.放电时,铜箔所在电极是负极
C.充电时,阳极反应式为LiFePO4+xe-xFePO4+(1-x)LiFePO4+xLi+
D.放电时电子由正极经导线、用电器、导线到负极
解析:充电时为电解池,阳离子向阴极移动,故Li+向铝箔移动,即向左移动,A正确;放电时为原电池,铜箔作正极,B错误;充电时为电解池,阳极失去电子,发生氧化反应,电极反应式为LiFePO4-xe-xFePO4+
(1-x)LiFePO4+xLi+,C错误;放电时为原电池,电子由负极经过导线、用电器、导线到正极,D错误。
9.用原电池原理对污染物进行处理再利用的研究日益受到重视。
(1)氨气—氮氧化物燃料电池可用于处理氮氧化物,防止空气污染,其装置如图1所示。通入氨气的电极为　　　　(填“正极”或“负极”)。负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。 


(2)对H2S废气进行利用的一种途径是将其设计成质子膜-H2S燃料电池,反应原理为2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l)。电池结构示意图如图2。电极a上发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。设NA为阿伏加德罗常数的值,当电路中通过3 mol电子时,通过质子膜进入　　　　　(填“正极区”或“负极区”)的H+数目为　　　　。 
解析:(1)由题图可知,NH3在左侧电极发生氧化反应生成N2,氮氧化物在右侧电极被还原生成N2,故NH3通入负极,电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+。(2)据图可知,H2S在电极a失去电子发生氧化反应生成S2,则电极a为原电池负极,电极反应为2H2S-4e-S2+4H+;原电池中阳离子向正极移动,根据串联电路中电流处处相等可知,当电路中通过3 mol电子时,有3 mol H+通过质子膜进入正极区,数目为3NA。
答案:(1)负极　2NH3-6e-N2+6H+
(2)2H2S-4e-S2+4H+　正极区　3NA

10.磷酸亚铁锂晶体由FeO6八面体和PO4四面体构成空间骨架,为新开发的锂离子电池电极材料,主要用于动力锂离子电池,作为正极活性物质使用。如图是研发的CaLiFePO4可充电电池的工作示意图,锂离子导体膜只允许Li+通过,下列说法错误的是(　B　)


A.磷酸亚铁锂晶体中有d轨道参与杂化的原子
B.放电时,负极反应为LiFePO4-xe-Li1-xFePO4+xLi+
C.充电时,当转移0.2 mol电子时,理论上左室中电解质的质量减轻2.6 g
D.LiPF6LiAsF6为非水电解质,其与Li2SO4溶液的主要作用都是传递离子
解析:晶体中FeO6为八面体,因此Fe有d轨道参与杂化,A正确;放电时,负极反应为Ca-2e-Ca2+,B错误;充电时,阳极发生反应 LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4,电极发生Li+脱嵌,阴极发生反应Ca2++2e-Ca,转移 0.2 mol 电子时,有0.2 mol Li+从右室通过锂离子导体膜移入左室,左室电解质中有0.1 mol Ca2+得电子生成Ca沉积在钙电极上,故左室中电解质的质量减轻40×0.1 g-7×0.2 g=2.6 g,
C正确;钙与水能够剧烈反应,所以,左室中的LiPF6LiAsF6电解质一定为非水电解质,Li2SO4溶液为右室中的电解质溶液,它们的主要作用都是传递离子,形成电流,构成闭合回路,D正确。
11.酸性水系锌锰电池在放电时电极上的MnO2部分脱落,会造成电池效率“损失”。研究表明,向体系中加入少量KI固体能使电池持续大电流放电,提高电池的工作效率,原理如图所示。下列说法错误的是(　C　)

A.加入KI降低了正极反应的活化能
B.I-与剥落的MnO2反应生成的I3-能恢复“损失”的能量
C.放电时,正极区溶液的pH减小
D.放电时,若消耗1 mol Zn,正极区电解质溶液理论上增重89 g
解析:由题图可知,Zn所在石墨电极为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,MnO2所在的石墨电极为正极,电极反应为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,加入KI后的反应机理为MnO2+3I-+4H+Mn2++I3-+2H2O、I3-+
2e-3I-,据此分析。KI参与正极电极反应,且加入少量KI固体后能使电池持续大电流放电,说明反应速率加快,故降低了正极反应的活化能,A正确;I-与剥落的MnO2反应生成I3-,然后I3-能继续从正极得到电子转化为I-,故能恢复“损失”的能量,B正确;放电时,正极反应式为MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O,故正极区溶液的pH增大,C错误;根据得失电子总数相等,结合正极反应式MnO2+2e-+4H+Mn2++2H2O可知,放电时,若消耗1 mol Zn,正极区电解质溶液增重1 mol MnO2,同时向正极移动2 mol H+,故增重87 g+2 g=89 g,D正确。