2021版高考化学一轮复习课时分层提升练十九原电池化学电源（含解析）新人教版

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.(2019·德州模拟) 原电池装置如图所示,下列有关叙述正确的是 (　　)

A.锌电极上发生还原反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)不变
C.电池工作一段时间后,甲池溶液的总质量增加
D.该装置将化学能转化为电能,一段时间后,装置内的电子总量减少
【解析】选B。锌是负极,发生氧化反应,A错误;原电池工作时,阴离子由正极向负极运动,但阴离子不能通过阳离子交换膜,只出现锌离子由甲池移向乙池,甲池的c(S)不变,B正确;根据B的分析,电池工作一段时间后,甲池溶液仍是硫酸锌溶液,质量不变,C错误;该装置是原电池装置,将化学能转化为电能,电子的定向移动产生电流,但电子总量不变,D错误。
3.依据Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图。下列有关该电池的说法正确的是 (　　)

A.电池工作时Cd2+向电极B移动
B.电极A上发生反应Hg2SO4+2e-2Hg+S
C.电极B上发生反应Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+
D.反应中每生成a mol Hg转移3a mol 电子
【解析】选B。根据电池总反应式可知,放电时Cd在负极失电子,故B为负极,电极反应式为Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A极,A、C错误;正极上Hg2SO4得电子生成Hg,电极反应式为Hg2SO4+2e-2Hg+S,当生成a mol Hg时,转移a mol 电子,B正确,D错误。
4.斯坦福大学、麻省理工学院和丰田研究所的科学家们发现,利用大数据和人工智能可预测电池的使用寿命及储电能力。硼化钒(VB2)-空气电池是目前储电能力最高的电池,电池示意图如图所示,该电池工作时发生反应4VB2+11O24B2O3
+2V2O5。下列说法正确的是(　　)

A.电极a为电池负极
B.图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过
C.电子由VB2极经KOH溶液流向电极a
D.VB2极发生的电极反应为2VB2+22OH--22e-V2O5+2B2O3+11H2O
【解析】选D。根据原电池反应和氧化还原反应原理知,电极a为正极,A项错误;题图中选择性透过膜只能让阴离子选择性透过,B项错误;电子由VB2极经负载流向电极a,C项错误;根据总反应和电子转移情况可知D项正确。
【加固训练】
　　(2019·成都模拟)如图所示的C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池,据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池反应式为NaMO2+nCNa(1-x)MO2+NaxCn,下列正确的是 (　　)

A.充电时,左侧电极为阳极
B.电解质可以选用无水乙醇
C.放电时,负极电极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+
D.充电时,阳极电极反应式为nC+xNa+-xe-NaxCn
【解析】选C。A、充电时,钠离子移向左侧,左侧电极为阴极,故A错误;B、无水乙醇为非电解质,不能电离,不导电,故B错误;C、原电池中,负极发生失电子的氧化反应:放电时,负极电极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+,故C正确;D、电解池中,阳极上发生失电子的氧化反应:电极反应式为NaxCn-xe-nC+xNa+,故D错误。
5.垃圾的处理是制约环境保护的一大难题。最近报道的一种处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图如图。装置工作时下列说法错误的是 (　　)

A.盐桥中Cl-向Y极移动
B.化学能转变为电能
C.电子由X极沿导线流向Y极
D.Y极发生的反应为2N+10e-+12H+N2+6H2O,周围pH增大
【解析】选A。NH3→N2化合价升高失电子,发生氧化反应,作负极;N→N2化合价降低得电子,发生还原反应,作正极,盐桥中Cl-向负极X 极移动,故A错;垃圾在微生物的作用下,发生氧化还原反应,形成了原电池,所以化学能转变为电能,故B正确;根据A分析知X为负极,Y为正极,电子由负极X 极沿导线流向正极Y 极,故C正确;Y 极为正极发生的反应为2N+10e-+12H+N2+6H2O,消耗H+,所以pH 增大,故D正确,答案选A。
【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。
装
置



现
象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
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
1.2019年诺贝尔化学奖授予对锂离子电池研究方面做出贡献的三位科学家。锂空气充电电池,工作原理示意图如下,下列叙述正确的是 (　　)

A.该电池工作时Li+向负极移动
B.Li2SO4溶液可作该电池电解质溶液
C.电池充电时间越长,电池中Li2O含量越多
D.电池工作时,正极可发生:2Li++O2+2e-Li2O2
【解析】选D。原电池中,阳离子应该向正极移动,选项A错误。单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气,所以电解质溶液不能使用任何水溶液,选项B错误。电池充电的时候应该将放电的反应倒过来,所以将正极反应逆向进行,正极上的Li应该逐渐减少,所以电池充电时间越长,Li2O含量应该越少,选项C错误。题目给出正极反应为:xLi++O2+xe-LixO2,所以当x=2的时候反应为:2Li++O2+2e- Li2O2,所以选项D正确。
【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.电致变色玻璃以其优异的性能将成为市场的新宠。如图所示为五层膜的玻璃电致变色系统,其工作原理是:在外接电源下,通过在膜材料内部发生氧化还原反应,实现对器件的光透过率进行多级可逆性调节。(已知:WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色)下列有关说法正确的是 (　　)

A.当B外接电源负极时,膜由无色变为蓝色
B.当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e- Li4Fe4[Fe(CN)6]3
C.当A接电源的负极时,此时Li+得到电子被还原
D.当A接电源正极时,膜的透射率降低,可以有效阻挡阳光
【解析】选B。根据题意及图示信息,结合电解原理可知,当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4ēLi4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由蓝色变为无色,当A接电源负极时,WO3得电子被还原,发生的电极反应为:WO3+Li++e- LiWO3,膜由无色变为蓝色。 当B外接电源负极时,Fe4[Fe(CN)6]3转化为Li4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由蓝色变为无色,A项错误;当B外接电源负极时,根据电解原理可知,离子储存层Fe4[Fe(CN)6]3得电子转化为
Li4Fe4[Fe(CN)6]3,发生反应为:
Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3,B项正确;当A接电源的负极时,WO3得电子被还原为LiWO3,Li+只是作为电解质溶液导电,未发生氧化还原反应,C项错误;当A接电源正极时,LiWO3失电子发生氧化反应得到WO3,膜由蓝色变为无色,透射率增强,不能有效阻拦阳光,D项错误。
【加固训练】
　　(2020·成都模拟)某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.光照时,b极的电极反应式为VO2+-e-+H2OV+2H+
B.光照时,每转移2 mol电子,有2 mol H+由a极区经质子交换膜向b极区迁移
C.夜间,a极的电极反应式为V3++e-V2+
D.硅太阳能电池供电原理与该电池相同
【解析】选A。A.光照时,b极失去电子,发生氧化反应,b极为负极,电极反应式为VO2+-e-+H2OV+ 2H+,A项正确;B.光照时,b极失去电子,为了维持电荷平衡,H+必须由b极区经质子交换膜向a极区迁移,B项错误;C.夜间,电池放电,a极的电极反应式为V2+-e-V3+,C项错误;D.该电池工作时,发生了氧化还原反应,化学能转化为电能,而硅太阳能电池直接将光能转化成电能,二者供电原理不相同,D项错误。
3.中科院院士董绍俊开辟了电解法分离稀土的新途径,而后她所在的科研小组采用电聚合过程中的掺杂反应研制成电化学传感器,获得同行承认并列入国际上有代表性的“4个研究小组之一”。近日该课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池(如图所示),该电池可将可乐(pH=2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是 (　　)

A.a极为正极
B.随着反应不断进行,负极区的pH不断增大
C.b极的电极反应为MnO2+2H2O+2e-Mn2++4OH-
D.若消耗0.01 mol 葡萄糖,电路中转移0.02 mol 电子
【解析】选D。由已知结合图示,葡萄糖(C6H12O6)发生氧化反应生成葡萄糖内酯(C6H10O6),所以a极为负极,故A项错误;电解质溶液显酸性,所以负极反应为C6H12O6-2e-C6H10O6+2H+,随着反应不断进行,负极区的pH不断减小,故B项错误;b极为正极,电极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,故C项错误;由负极反应C6H12O6- 2e-C6H10O6+2H+可得,1 mol 葡萄糖失去2 mol 电子,所以若消耗0.01 mol 葡萄糖,电路中转移0.02 mol 电子,故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