新教材(广西专版)高考化学一轮复习课时规范练21原电池化学电源含答案

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1.已知:电流效率=电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ,装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同
B.Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同
C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
2.普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根石墨棒,石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2NH4++2MnO2[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法正确的是( )
干电池示意图
A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原
B.电池负极反应式为2MnO2+2NH4++2e-Mn2O3+2NH3+H2O
C.原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极
D.外电路中每通过0.1 ml电子,锌的质量理论上减小6.5 g
3.(2022全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示{KOH溶液中,Zn2+以[Zn(OH)4]2-存在}。电池放电时,下列叙述错误的是( )
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+[Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O
4.(2023江苏苏州模拟)纤维电池的发明为可穿戴电子设备的发展奠定了基础。一种纤维状钠离子电池放电时的总反应为Na0.44MnO2+NaTi2(PO4)3
Na0.44-xMnO2+Na1+xTi2(PO4)3,其结构简图如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时,SO42-向乙电极移动
B.放电时,乙电极的电极反应式为
NaTi2(PO4)3+xe-+xNa+Na1+xTi2(PO4)3
C.该电池充电时甲电极应该与电源负极相连
D.该电池充电过程中Mn元素的化合价降低
5.锌-空气燃料电池是一种低能耗电池,在生产生活中应用广泛,其装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A.充电时,a与电源正极相连
B.放电过程中,KOH溶液浓度不变
C.充电时,N极的电极反应为ZnO+2H++2e-Zn+H2O
D.放电时,M极每消耗16 g O2,理论上N极质量增加16 g
6.以Na3Ti2(PO4)3为负极材料的新型可充电钠离子电池的工作原理如图。下列说法错误的是( )
A.放电时,正极的反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6]
B.充电时,a端接电源正极
C.充电时,每生成1 ml Fe[Fe(CN)6]消耗2 ml NaTi2(PO4)3
D.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
7.镁-锂双离子二次电池的装置如图所示,下列说法错误的是( )
A.放电时,Mg为负极
B.充电时每转移1 ml电子,左侧电解质溶液质量减少5 g
C.充电时,阳极的电极反应式为xLi++Li1-xFePO4+xe-LiFePO4
D.电池工作时发挥了镁离子和锂离子电池的性能优势,并减少了锂资源的应用
8.(2023广西统考三模)高效储能电池——锂硫电池具有价格低廉、环境友好等特点,已经用于某些飞机,其原电池模型以及充、放电过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时,化学能转化为电能
B.碳添加剂是为了增强电极的导电性
C.充电时,阳极的总的电极反应式是8Li2S-16e-S8+16Li+
D.放电时,1 ml Li2S8转化为Li2S6得到2 ml电子
二、非选择题:本题共2小题。
9.(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图是高铁电池的模拟实验装置:
①该电池放电时正极的电极反应为 。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向 (填“左”或“右”)移动。
③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
(2)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示,电池正极的电极反应是 ;A是 。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度,其装置如图所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON内自由移动,工作时O2-的移动方向 (填“从a到b”或“从b到a”);负极发生的电极反应为 。
10.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用,如宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等,都离不开各式各样的电池,同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息,回答下列问题:
(1)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中电池反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。
①该电池的负极反应是 。
②在电池中,Na+不断移动到“水”电池的 (填“正”或“负”)极。
③外电路中每通过4 ml电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是 。
(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
①该电池工作时,b口通入的物质为 。
②该电池负极的电极反应为 。
③工作一段时间后,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,有 NA个电子转移(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
参考答案
课时规范练21 原电池 化学电源
1.C 解析 在电池Ⅰ中,金属铜发生氧化反应而被腐蚀,负极反应为Cu-2e-Cu2+,正极反应是Fe3++e-Fe2+,电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同,都是将化学能转化为电能的装置,采用了离子交换膜,可以减少能量损失。
Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同,A错误;电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同,都是将化学能转化为电能的装置,电池Ⅱ采用了离子交换膜,金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率,B错误、C正确;Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同,根据电极反应,放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都至少含有氯化铜和氯化亚铁两种溶质,D错误。
2.C 解析 普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A错误;根据原电池工作原理,负极失电子,B错误;由负极的电极反应式可知,每通过0.1 ml电子,消耗锌的质量是65 g·ml-1×0.1ml2=3.25 g,D错误。
3.A 解析 根据电池装置图可知,Zn电极为负极,MnO2电极为正极。根据原电池电解质溶液中阴、阳离子的移动方向(阴离子向负极定向移动,阳离子向正极定向移动)的规律可知,A项叙述错误,B项叙述正确;电池放电时的正极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,C项叙述正确;放电时的负极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,由此可知,放电时的电池总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+[Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O,D项叙述正确。
4.A 解析 离子电池放电时的总反应为Na0.44MnO2+NaTi2(PO4)3Na0.44-xMnO2+Na1+xTi2(PO4)3,Na0.44MnO2发生氧化反应,所以甲作负极,乙作正极,阴离子向负极移动,所以SO42-向甲电极移动,A错误;放电时乙电极作正极,电极反应式为NaTi2(PO4)3+xe-+xNa+Na1+xTi2(PO4)3,B正确;甲作负极,充电时甲电极应该与电源负极相连,C正确;充电时化学方程式为放电时的逆反应,所以充电过程中Mn元素的化合价降低,D正确。
5.C 解析 锌-空气燃料电池中Zn为活泼金属,放电时被氧化,所以N为负极,M为正极,正极上氧气被还原。放电时M为正极,则充电时M为阳极,a与电源正极相连,A正确;放电过程中N极的电极反应为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,M极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,总反应为2Zn+O22ZnO,所以KOH溶液浓度不变,B正确;电解质溶液为碱性溶液,充电时N极的电极反应为ZnO+H2O+2e-Zn+2OH-,C错误;16 g O2的物质的量为0.5 ml,根据电极反应可知转移2 ml电子,有1 ml Zn转化为1 ml ZnO,增加的质量为1 ml氧原子的质量,为16 g,D正确。
6.C 解析 Na3Ti2(PO4)3为负极材料,所以放电时Na3Ti2(PO4)3被氧化为NaTi2(PO4)3,M箔为正极,Fe[Fe(CN)6]被还原为Na2Fe[Fe(CN)6],电极反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6],A正确;放电时M箔为正极,则充电时M箔为阳极,a端连接电源正极,B正确;充电时右侧为阴极,电极反应为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+Na3Ti2(PO4)3,阳极的电极反应为Na2Fe[Fe(CN)6]-2e-Fe[Fe(CN)6]+2Na+,根据电极反应可知每生成1 ml Fe[Fe(CN)6]转移2 ml电子,消耗1 ml NaTi2(PO4)3,C错误;充电时为电解池,电解池中阳离子由阳极流向阴极,即Na+通过离子交换膜从左室移向右室,D正确。
7.C 解析 放电时Mg为原电池的负极,故A项正确;充电时,导线上每通过1 ml e-,左室发生还原反应,反应式为Mg2++2e-Mg,反应减少0.5 ml Mg2+,但右侧将有1 ml Li+移向左室,所以溶液质量减少12 g-7 g=5 g,故B项正确;充电时,阳极的电极反应式为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4,故C项错误;电池工作时可发挥镁离子和锂离子电池的性能优势,能减少锂资源的应用,故D项正确。
8.D 解析 放电时,该电池是化学能转化为电能,A正确;碳有很强的导电性,因此碳添加剂是为了增强电极的导电性,B正确;充电时,阳极Li2S中-2价硫变为0价S8,其总的电极反应式是8Li2S-16e-S8+16Li+,C正确;放电时,3Li2S8+2e-+2Li+4Li2S6,则3 ml Li2S8转化为Li2S6得到2 ml电子,D错误。
9.答案 (1)①FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH- ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)N2+6H++6e-2NH3 氯化铵(或NH4Cl)
(3)从b到a CO+O2--2e-CO2
解析 (1)①根据电池装置,锌为负极,石墨棒为正极,高铁酸钾的氧化性很强,正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁,电极反应为FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-。②盐桥中阴离子向负极移动;盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路,使两溶液保持电中性,起到平衡电荷、构成闭合回路的作用,放电时盐桥中氯离子向右移动,若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动。③由图可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)该电池的本质反应是合成氨的反应,电池中氢气失去电子,在负极上发生氧化反应,氮气得到电子在正极上发生还原反应,则正极反应为N2+6H++6e-2NH3,氨气和氯化氢反应生成氯化铵,则A为氯化铵。
(3)根据题图可知,一氧化碳和空气形成燃料电池,一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳,发生氧化反应,电极反应为CO+O2--2e-CO2,所以多孔电极a为负极,原电池放电时阴离子向负极移动,所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。
10.答案 (1)①Ag-e-+Cl-AgCl ②正 ③2 ml
(2)①CH3OH ②CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+ ③1.2
解析 (1)①根据电池总反应:5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,可判断出Ag应为原电池的负极,负极的电极反应为Ag+Cl--e-AgCl。②在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。③根据电池总反应可知,每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子,则外电路中每通过4 ml电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2 ml。
(2)①据氢离子移动方向可知,右侧电极为正极,左侧电极为负极,负极上通入燃料甲醇。②负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应为CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+。③根据负极的电极反应可知,当6.4 g即0.2 ml甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量为1.2 ml,则转移电子的个数为1.2NA。