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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第2课时课后作业题
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第2课时课后作业题，共14页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
十七 化 学 电 源
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分)
1.电动汽车(标志为“”)在改善城市交通、保护环境等方面的作用至关重要。下列说法不正确的是( )
A.电动汽车的使用有助于减少氮氧化物的排放
B.燃油汽车也可以悬挂该标志
C.电动汽车使用时涉及化学能与电能的转换
D.电动汽车充电、放电过程均有电子转移
【解析】选B。A项,电动汽车的使用是化学能先转化为电能,电能再转化为机械能,不产生氮氧化合物,所以有助于减少氮氧化物的排放,正确;B项,燃油汽车使用时是化石燃料的化学能转化为热能,热能再转化为机械能,所以不可以悬挂该标志,错误;C项,电动汽车使用时化学能转化为电能,电能转化为机械能,充电时电能转化为化学能,所以涉及化学能与电能的转换,正确;D项,电动汽车充电、放电过程有电能与化学能的转化过程,所以均有电子转移,正确。
2.铅蓄电池是最常用的二次电池,其反应方程式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,则充电时PbSO4( )
A.在阳极生成 B.在阴极生成
C.在两个电板上生成D.在两个电板上除去
【解析】选D。由题中化学方程式,充电时反应向左进行。阳极PbSO4失电子生成PbO2,阴极PbSO4得电子生成Pb,PbSO4在两个电板上被消耗。
3.(2020·北京高二检测)镉镍可充电电池的充、放电反应如下:Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,则该电池放电时的负极是( )
A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2
C.CdD.NiO(OH)
【解析】选C。由电池总反应Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2可知,放电时为原电池,充电时为电解池。Cd(OH)2为阴极得到电子,A项错误;Ni(OH)2为阳极失去电子,B项错误;Cd为负极失去电子,C项正确;NiO(OH)为正极得到电子,D项错误。
4.(2020·合肥高二检测)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.放电时,溶液中OH-移向负极
B.放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
C.充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O
【解析】选C。A项,根据原电池放电时阴离子向负极移动,故放电时OH-移向负极,正确;B项,根据放电时总反应,负极上Fe发生氧化反应转化为Fe(OH)2,电极反应为:Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2,正确;C项,充电的阴极反应与放电时负极反应互逆,故充电时阴极反应为Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,阴极附近c(OH-)增大,pH增大,错误;D项,充电时阳极上发生氧化反应,Ni(OH)2转化为Ni2O3,正确。
【补偿训练】
(2019·大同高二检测)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
【解析】选C。a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀H2SO4为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O2
2H2O,CH4+2O2CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多。
5.(2020·贺州高二检测)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,电池反应方程式为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,下列有关说法正确的是( )
A.外电路的电子由正极向负极移动
B.若电路中有0.4 ml电子转移,消耗2.24 L的氧气
C.电池正极的反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.电池负极的反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+
【解析】选D。根据原电池工作原理,电子从负极经外电路流向正极,故A错误;若电路中有0.4 ml电子转移,消耗O2物质的量为0.1 ml,没有指明是否是标准状况,无法直接用22.4 L·ml-1计算氧气的体积,故B错误;根据电池总反应,生成醋酸,因此正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,故C错误;根据电池总反应,负极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,故D正确。
【补偿训练】
通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.a为电池的正极,发生还原反应
B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+
C.传感器工作过程中,电解质溶液中硫酸的浓度不变
D.当电路中转移2×10-4 ml电子时,传感器内参加反应的HCHO为1.5 mg
【解析】选C。HCHO失电子被氧化,在负极反应,所以b为负极,a为正极,发生还原反应,故A正确;b为负极,HCHO失电子发生氧化反应,反应为HCHO+H2O-4e-
CO2+4H+,故B正确;电池放电的总反应为HCHO+O2CO2+H2O,反应后溶液的体积增大,所以硫酸的浓度减小,故C错误;负极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+,当电路中转移2×10-4 ml电子时,消耗HCHO的物质的量为0.5×10-4 ml,则HCHO质量为1.5 mg,故D正确。
6.(2020·玉溪高二检测)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.Mg为负极
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
【解析】选B。活泼金属镁作负极,失电子发生氧化反应,反应式为Mg-2e-Mg2+,选项A正确;AgCl是难溶物,其电极反应式为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,选项B错误;原电池放电时,阴离子向负极移动,则Cl-在正极产生,由正极向负极迁移,选项C正确;镁是活泼金属与水反应,即会发生反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,选项D正确。
【补偿训练】
(2020·宿迁高二检测)大功率Al-H2O2动力电池(如图),下列说法不正确的是
( )
A.H2O2在碳电极上发生还原反应
B.碳电极附近溶液的pH增大
C.溶液中OH-向负极移动
D.负极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3↓
【解析】选D。该原电池中H2O2得电子发生还原反应,故A正确;碳电极附近溶液的H2O2+2e-2OH-,生成OH-,故pH增大,故B正确;Al是负极,放电时电解质中阴离子向负极移动,所以OH-从碳电极透过离子交换膜移向Al电极,故C正确;负极反应式为Al-3e-+4OH-2H2O+Al,故D错误。
7.(2020·遵义高二检测)某锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.放电时电子由B极经导线向A极移动
B.电池放电时B电极的反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.当A电极消耗14 g金属锂时,B电极有标准状况下22.4 L氧气参与反应
【解析】选B。在原电池中,A是负极,B是正极,电子由A极经导线向B极移动,故A错误;原电池放电时B电极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,故B正确;根据图示,LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜,故C错误;14 g金属锂物质的量为2 ml,转移电子为2 ml,B电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,标准状况下0.5×22.4=11.2 L氧气参与反应,故D错误。
【补偿训练】
科学家研发了一种新型锂空气电池,结构如图所示。已知:
①电解质由离子液体(离子能够自由移动,非溶液)和二甲基亚砜[(CH3)2SO]混合制成,可促进过氧化锂生成;②碳酸锂薄层的作用是让锂离子进入电解质,并阻止其他化合物进入该电极;③二硫化钼起催化作用。该装置工作时,下列叙述不正确的是( )
A.放电时,a极发生氧化反应
B.放电时的总反应为2Li+O2Li2O2
C.充电时,Li+在电解质中由b极移向a极
D.充电时,b极的反应式:Li2O2+2e-2Li+
【解析】选D。放电时a极(锂电极)为负极,发生氧化反应,A项正确;该电池放电时的总反应为锂和氧气的反应:2Li+O2Li2O2,B项正确;充电时a极为阴极,b极为阳极,根据充电时阳离子向阴极移动,故Li+在电解质中由b极移向a极,C项正确;充电时,b极为阳极,发生氧化反应:Li2O2-2e-2Li++O2,D项错误。
8.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是
( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每流过4 ml电子,在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应,有1 ml H+经质子膜进入正极区
【解析】选C。电极a上H2S转化为S2,发生氧化反应,则电极a为电池的负极,A项正确;电极b上O2转化为H2O,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项正确;负极反应式为2H2S-4e-S2+4H+,电路中每流过4 ml电子,在负极消耗2 ml H2S,而不是正极,且题中未指明H2S所处的状态,C项错误;根据2H2S-4e-S2+4H+知,
17 g(0.5 ml)H2S参与反应,生成1 ml H+经质子膜进入正极区,D项正确。
【补偿训练】
1.(2020·福州高二检测)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。以下表述不正确的是( )
A.a点电势比b点电势低
B.混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代
C.电池工作时负极反应为Li-e-Li+
D.外电路未接通时,电解质溶液中离子不会定向移动
【解析】选B。根据Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,则b为正极,a为负极,故a点电势比b点电势低,A项正确;混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代,因为负极金属Li能与水反应,B项错误;a为负极,电池工作时负极上Li发生氧化反应:Li-e-Li+,C项正确;外电路未接通时,电解质溶液中离子自由移动,不会定向移动,D项正确。
2.(2020·滁州高二检测)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池(如图所示)是新能源汽车的动力电池之一。M电极是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池的总反应为LixC6+Li1-xFePO4LiFePO4+6C。下列说法正确的是( )
A.放电时,Li+向M电极移动
B.充电时电路中每通过0.5 ml电子,就有36 g碳和金属锂复合在一起
C.放电时,M电极的电极反应为-xe-6C
D.充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4
【解析】选D。A项,放电时,原电池内部阳离子向正极移动,即Li+向N极移动,错误;B项,充电时电路中每通过0.5 ml电子,则有0.5 ml Li生成,就有 g碳和金属锂复合在一起,错误;C项,放电时,C的化合价未变,Li失电子生成锂离子,M电极的电极反应为LixC6-xe-xLi++6C,错误;D项,充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4,正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共22分)
9.(10分)(2020·天津高二检测)如图为氢氧燃料电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。回答下列问题:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是____________;导线中电子流动方向为____________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为_________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因___________________________。
(4)KOH溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】(1)氢氧电池的工作原理属于原电池原理,是将化学能转化为电能的装置,在原电池中,电子从负极流向正极,而通入氢气的电极是负极,通氧气的电极是正极,所以电子从a到b。(2)a为负极,在KOH作电解质溶液的条件下,H2在负极失去电子,电极方程式为H2-2e-+2OH-2H2O。(3)根据题目信息:“电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定”,可知电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率,保证气体充分参与电极反应。(4)由于反应中,不断生成水,相当于将KOH溶液稀释,c(OH-)减小,pH变小。
答案:(1)由化学能转变为电能 由a到b (2)H2-2e-+OH-2H2O (3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率 (4)变小
10.(12分)“神舟九号”飞船的电源系统共有3种,分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时,太阳能电池帆板将_________能转化为____________能,除供给飞船使用外,多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。充电时,阳极的电极反应式为___;
当飞船运行到阴影区时,镉镍蓄电池开始为飞船供电,此时负极附近溶液的碱性____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)紧急状况下,应急电池会自动启动,工作原理为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2,其负极的电极反应式为___________________________。
【解析】(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极,Ni(OH)2为阳极;放电时负极反应为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,溶液的碱性减小。(2)负极上Zn发生氧化反应,转化为Zn(OH)2。
答案(1)太阳 电 Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O 减小 (2)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
11.(2020·嘉兴高二检测)最近,科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.右边吸附层中发生了还原反应
B.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O
C.电池的总反应是2H2+O22H2O
D.电解质溶液中Na+向右移动,Cl向左移动
【解析】选C。由电子的流动方向可以得知左边为负极,发生氧化反应,右边为正极,发生还原反应,故选项A、B正确;电池的总反应没有O2参与,总反应方程式不存在氧气,故C选项不正确;在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故D选项正确。
12.(2020·成都高二检测)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 ml电子,有2 ml 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项,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+,正确;B项,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,错误;C项,夜间,电池放电,a极的电极反应式为V2+-e-V3+,错误;D项,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,错误。
【补偿训练】
(2020·荆门高二检测)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电,尿素燃料电池结构如图所示,下列有关描述正确的是( )
A.电池工作时H+移向负极
B.该电池用的电解质溶液是KOH溶液
C.甲电极反应式:CO(NH2)2+H2O+6e-CO2+N2+6H+
D.电池工作时,理论上每净化1 ml CO(NH2)2,消耗标准状况下氧气33.6 L O2
【解析】选D。A项,原电池中阳离子向正极移动,则电池工作时H+移向正极,错误;B项,该原电池是酸性电解质,质子交换膜只允许氢离子通过,错误;C项,负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气,则负极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-
CO2+N2+6H+,错误;D项,电池的总反应式为2CO(NH2)2+3O22CO2+2N2+4H2O,每净化1 ml CO(NH2)2,消耗1.5 ml O2,则在标准状况下氧气为33.6 L,正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共18分)
13.燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为 _____________,
正极电极反应式为______________________________________,
放电过程中溶液的pH_________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)CO无色无味有毒,世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示,该装置中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高,请回答:
①a极电极反应式为_______________________________。
②工作时,O2-由电极____________向电极____________移动(填“a”或“b”,下同),电子由电极____________通过传感器流向电极____________。
【解析】(1)负极为CH4失电子被氧化,在碱性条件下转化为C,故负极电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O;正极O2得电子在碱性条件下生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,电池总反应式为CH4+2O2+2OH-C+3H2O。随着放电反应的进行,OH-不断消耗,pH减小。
(2)①根据元素价态变化可知,a电极为负极,电极反应式为CO+O2--2e-CO2,b电极为正极,电极反应式为O2+4e-2O2-,总反应为2CO+O22CO2。②工作时电子由电极a通过传感器流向电极b,O2-由电极b向电极a移动。
答案:(1)CH4+10OH--8e-C+7H2O
O2+2H2O+4e-4OH- 减小
(2)①CO+O2--2e-CO2
②b a a b
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十七 化 学 电 源
(40分钟 70分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分)
1.电动汽车(标志为“”)在改善城市交通、保护环境等方面的作用至关重要。下列说法不正确的是( )
A.电动汽车的使用有助于减少氮氧化物的排放
B.燃油汽车也可以悬挂该标志
C.电动汽车使用时涉及化学能与电能的转换
D.电动汽车充电、放电过程均有电子转移
【解析】选B。A项,电动汽车的使用是化学能先转化为电能,电能再转化为机械能,不产生氮氧化合物,所以有助于减少氮氧化物的排放,正确;B项,燃油汽车使用时是化石燃料的化学能转化为热能,热能再转化为机械能,所以不可以悬挂该标志,错误;C项,电动汽车使用时化学能转化为电能,电能转化为机械能,充电时电能转化为化学能,所以涉及化学能与电能的转换,正确;D项,电动汽车充电、放电过程有电能与化学能的转化过程,所以均有电子转移,正确。
2.铅蓄电池是最常用的二次电池,其反应方程式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,则充电时PbSO4( )
A.在阳极生成 B.在阴极生成
C.在两个电板上生成D.在两个电板上除去
【解析】选D。由题中化学方程式,充电时反应向左进行。阳极PbSO4失电子生成PbO2,阴极PbSO4得电子生成Pb,PbSO4在两个电板上被消耗。
3.(2020·北京高二检测)镉镍可充电电池的充、放电反应如下:Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2,则该电池放电时的负极是( )
A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2
C.CdD.NiO(OH)
【解析】选C。由电池总反应Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2可知,放电时为原电池,充电时为电解池。Cd(OH)2为阴极得到电子,A项错误;Ni(OH)2为阳极失去电子,B项错误;Cd为负极失去电子,C项正确;NiO(OH)为正极得到电子,D项错误。
4.(2020·合肥高二检测)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.放电时,溶液中OH-移向负极
B.放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2
C.充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-Ni2O3+3H2O
【解析】选C。A项,根据原电池放电时阴离子向负极移动,故放电时OH-移向负极,正确;B项,根据放电时总反应,负极上Fe发生氧化反应转化为Fe(OH)2,电极反应为:Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2,正确;C项,充电的阴极反应与放电时负极反应互逆,故充电时阴极反应为Fe(OH)2+2e-Fe+2OH-,阴极附近c(OH-)增大,pH增大,错误;D项,充电时阳极上发生氧化反应,Ni(OH)2转化为Ni2O3,正确。
【补偿训练】
(2019·大同高二检测)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
【解析】选C。a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀H2SO4为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O2
2H2O,CH4+2O2CO2+2H2O,可知等物质的量的CH4消耗O2较多。
5.(2020·贺州高二检测)一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,电池反应方程式为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,下列有关说法正确的是( )
A.外电路的电子由正极向负极移动
B.若电路中有0.4 ml电子转移,消耗2.24 L的氧气
C.电池正极的反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.电池负极的反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+
【解析】选D。根据原电池工作原理,电子从负极经外电路流向正极,故A错误;若电路中有0.4 ml电子转移,消耗O2物质的量为0.1 ml,没有指明是否是标准状况,无法直接用22.4 L·ml-1计算氧气的体积,故B错误;根据电池总反应,生成醋酸,因此正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,故C错误;根据电池总反应,负极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,故D正确。
【补偿训练】
通过传感器可以监测空气中甲醛的含量。一种燃料电池型甲醛气体传感器的原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.a为电池的正极,发生还原反应
B.b极的电极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+
C.传感器工作过程中,电解质溶液中硫酸的浓度不变
D.当电路中转移2×10-4 ml电子时,传感器内参加反应的HCHO为1.5 mg
【解析】选C。HCHO失电子被氧化,在负极反应,所以b为负极,a为正极,发生还原反应,故A正确;b为负极,HCHO失电子发生氧化反应,反应为HCHO+H2O-4e-
CO2+4H+,故B正确;电池放电的总反应为HCHO+O2CO2+H2O,反应后溶液的体积增大,所以硫酸的浓度减小,故C错误;负极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+,当电路中转移2×10-4 ml电子时,消耗HCHO的物质的量为0.5×10-4 ml,则HCHO质量为1.5 mg,故D正确。
6.(2020·玉溪高二检测)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.Mg为负极
B.正极反应式为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
【解析】选B。活泼金属镁作负极,失电子发生氧化反应,反应式为Mg-2e-Mg2+,选项A正确;AgCl是难溶物,其电极反应式为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,选项B错误;原电池放电时,阴离子向负极移动,则Cl-在正极产生,由正极向负极迁移,选项C正确;镁是活泼金属与水反应,即会发生反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,选项D正确。
【补偿训练】
(2020·宿迁高二检测)大功率Al-H2O2动力电池(如图),下列说法不正确的是
( )
A.H2O2在碳电极上发生还原反应
B.碳电极附近溶液的pH增大
C.溶液中OH-向负极移动
D.负极反应式为Al-3e-+3OH-Al(OH)3↓
【解析】选D。该原电池中H2O2得电子发生还原反应,故A正确;碳电极附近溶液的H2O2+2e-2OH-,生成OH-,故pH增大,故B正确;Al是负极,放电时电解质中阴离子向负极移动,所以OH-从碳电极透过离子交换膜移向Al电极,故C正确;负极反应式为Al-3e-+4OH-2H2O+Al,故D错误。
7.(2020·遵义高二检测)某锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.放电时电子由B极经导线向A极移动
B.电池放电时B电极的反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.当A电极消耗14 g金属锂时,B电极有标准状况下22.4 L氧气参与反应
【解析】选B。在原电池中,A是负极,B是正极,电子由A极经导线向B极移动,故A错误;原电池放电时B电极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,故B正确;根据图示,LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜,故C错误;14 g金属锂物质的量为2 ml,转移电子为2 ml,B电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,标准状况下0.5×22.4=11.2 L氧气参与反应,故D错误。
【补偿训练】
科学家研发了一种新型锂空气电池,结构如图所示。已知:
①电解质由离子液体(离子能够自由移动,非溶液)和二甲基亚砜[(CH3)2SO]混合制成,可促进过氧化锂生成;②碳酸锂薄层的作用是让锂离子进入电解质,并阻止其他化合物进入该电极;③二硫化钼起催化作用。该装置工作时,下列叙述不正确的是( )
A.放电时,a极发生氧化反应
B.放电时的总反应为2Li+O2Li2O2
C.充电时,Li+在电解质中由b极移向a极
D.充电时,b极的反应式:Li2O2+2e-2Li+
【解析】选D。放电时a极(锂电极)为负极,发生氧化反应,A项正确;该电池放电时的总反应为锂和氧气的反应:2Li+O2Li2O2,B项正确;充电时a极为阴极,b极为阳极,根据充电时阳离子向阴极移动,故Li+在电解质中由b极移向a极,C项正确;充电时,b极为阳极,发生氧化反应:Li2O2-2e-2Li++O2,D项错误。
8.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是
( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每流过4 ml电子,在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应,有1 ml H+经质子膜进入正极区
【解析】选C。电极a上H2S转化为S2,发生氧化反应,则电极a为电池的负极,A项正确;电极b上O2转化为H2O,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项正确;负极反应式为2H2S-4e-S2+4H+,电路中每流过4 ml电子,在负极消耗2 ml H2S,而不是正极,且题中未指明H2S所处的状态,C项错误;根据2H2S-4e-S2+4H+知,
17 g(0.5 ml)H2S参与反应,生成1 ml H+经质子膜进入正极区,D项正确。
【补偿训练】
1.(2020·福州高二检测)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。以下表述不正确的是( )
A.a点电势比b点电势低
B.混合有机溶剂可用浓NaOH溶液替代
C.电池工作时负极反应为Li-e-Li+
D.外电路未接通时,电解质溶液中离子不会定向移动
【解析】选B。根据Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,则b为正极,a为负极,故a点电势比b点电势低,A项正确;混合有机溶剂不能用浓NaOH溶液替代,因为负极金属Li能与水反应,B项错误;a为负极,电池工作时负极上Li发生氧化反应:Li-e-Li+,C项正确;外电路未接通时,电解质溶液中离子自由移动,不会定向移动,D项正确。
2.(2020·滁州高二检测)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池(如图所示)是新能源汽车的动力电池之一。M电极是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体),电解质为一种能传导Li+的高分子材料,隔膜只允许Li+通过,电池的总反应为LixC6+Li1-xFePO4LiFePO4+6C。下列说法正确的是( )
A.放电时,Li+向M电极移动
B.充电时电路中每通过0.5 ml电子,就有36 g碳和金属锂复合在一起
C.放电时,M电极的电极反应为-xe-6C
D.充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4
【解析】选D。A项,放电时,原电池内部阳离子向正极移动,即Li+向N极移动,错误;B项,充电时电路中每通过0.5 ml电子,则有0.5 ml Li生成,就有 g碳和金属锂复合在一起,错误;C项,放电时,C的化合价未变,Li失电子生成锂离子,M电极的电极反应为LixC6-xe-xLi++6C,错误;D项,充电时,N电极的电极反应为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4,正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共22分)
9.(10分)(2020·天津高二检测)如图为氢氧燃料电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。回答下列问题:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是____________;导线中电子流动方向为____________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为_________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因___________________________。
(4)KOH溶液pH的变化____________(填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】(1)氢氧电池的工作原理属于原电池原理,是将化学能转化为电能的装置,在原电池中,电子从负极流向正极,而通入氢气的电极是负极,通氧气的电极是正极,所以电子从a到b。(2)a为负极,在KOH作电解质溶液的条件下,H2在负极失去电子,电极方程式为H2-2e-+2OH-2H2O。(3)根据题目信息:“电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定”,可知电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率,保证气体充分参与电极反应。(4)由于反应中,不断生成水,相当于将KOH溶液稀释,c(OH-)减小,pH变小。
答案:(1)由化学能转变为电能 由a到b (2)H2-2e-+OH-2H2O (3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数,加快电极反应速率 (4)变小
10.(12分)“神舟九号”飞船的电源系统共有3种,分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。
(1)飞船在光照区运行时,太阳能电池帆板将_________能转化为____________能,除供给飞船使用外,多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。充电时,阳极的电极反应式为___;
当飞船运行到阴影区时,镉镍蓄电池开始为飞船供电,此时负极附近溶液的碱性____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)紧急状况下,应急电池会自动启动,工作原理为Zn+Ag2O+H2O2Ag+Zn(OH)2,其负极的电极反应式为___________________________。
【解析】(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极,Ni(OH)2为阳极;放电时负极反应为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,溶液的碱性减小。(2)负极上Zn发生氧化反应,转化为Zn(OH)2。
答案(1)太阳 电 Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O 减小 (2)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2
(20分钟 30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)
11.(2020·嘉兴高二检测)最近,科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.右边吸附层中发生了还原反应
B.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O
C.电池的总反应是2H2+O22H2O
D.电解质溶液中Na+向右移动,Cl向左移动
【解析】选C。由电子的流动方向可以得知左边为负极,发生氧化反应,右边为正极,发生还原反应,故选项A、B正确;电池的总反应没有O2参与,总反应方程式不存在氧气,故C选项不正确;在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故D选项正确。
12.(2020·成都高二检测)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 ml电子,有2 ml 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项,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+,正确;B项,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,错误;C项,夜间,电池放电,a极的电极反应式为V2+-e-V3+,错误;D项,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,错误。
【补偿训练】
(2020·荆门高二检测)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电,尿素燃料电池结构如图所示,下列有关描述正确的是( )
A.电池工作时H+移向负极
B.该电池用的电解质溶液是KOH溶液
C.甲电极反应式:CO(NH2)2+H2O+6e-CO2+N2+6H+
D.电池工作时,理论上每净化1 ml CO(NH2)2,消耗标准状况下氧气33.6 L O2
【解析】选D。A项,原电池中阳离子向正极移动,则电池工作时H+移向正极,错误;B项,该原电池是酸性电解质,质子交换膜只允许氢离子通过,错误;C项,负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气,则负极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-
CO2+N2+6H+,错误;D项,电池的总反应式为2CO(NH2)2+3O22CO2+2N2+4H2O,每净化1 ml CO(NH2)2,消耗1.5 ml O2,则在标准状况下氧气为33.6 L,正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共18分)
13.燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为 _____________,
正极电极反应式为______________________________________,
放电过程中溶液的pH_________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)CO无色无味有毒,世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示,该装置中电解质为氧化钇-氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越高,请回答:
①a极电极反应式为_______________________________。
②工作时,O2-由电极____________向电极____________移动(填“a”或“b”,下同),电子由电极____________通过传感器流向电极____________。
【解析】(1)负极为CH4失电子被氧化,在碱性条件下转化为C,故负极电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O;正极O2得电子在碱性条件下生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,电池总反应式为CH4+2O2+2OH-C+3H2O。随着放电反应的进行,OH-不断消耗,pH减小。
(2)①根据元素价态变化可知,a电极为负极,电极反应式为CO+O2--2e-CO2,b电极为正极,电极反应式为O2+4e-2O2-,总反应为2CO+O22CO2。②工作时电子由电极a通过传感器流向电极b,O2-由电极b向电极a移动。
答案:(1)CH4+10OH--8e-C+7H2O
O2+2H2O+4e-4OH- 减小
(2)①CO+O2--2e-CO2
②b a a b
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