2022高考化学一轮复习专练31原电池原理及应用一含解析

专练31　原电池原理及应用一

一、单项选择题

1．[2020·天津，11]熔融钠­硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na＋xSNa2Sx(x＝5～3，难溶于熔融硫)。下列说法错误的是(　　)

A．Na2S4的电子式为Na＋[：：：：：]2－Na＋

B．放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx

C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极

D．该电池是以Na­β­Al2O3为隔膜的二次电池

2．将金属a放入b(NO3)2溶液中发生如下反应：a＋b2＋===a2＋＋b，则下列说法正确的是(　　)

A．常温下，a或b可以与水发生反应

B．a与b用导线连接插入稀H2SO4中，则形成原电池且b极上有H2放出

C．a与b用导线连接插入b(NO3)2溶液中一定构成原电池

D．用惰性电极电解a(NO3)2与b(NO3)2的混合液，在阳极先析出b

3．[2021·试题调研]某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则(　　)

A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ

B．电极Ⅰ的质量减少2.7g时，电极Ⅳ的质量减少9.6g

C．c烧杯溶液的pH减小

D．电极Ⅲ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu

4．观察下列几个装置示意图，则有关叙述正确的是(　　)

A．装置甲中阳极上析出红色固体

B．装置乙中铜片应与电源负极相连

C．装置丙中外电路电流方向：b极→a极

D．装置丁中阴极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

5．上海人张霞昌在芬兰发明了“纸电池”，这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液，电池总反应式为：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法正确的是(　　)

A．该电池的正极材料为锌

B．该电池反应中二氧化锰发生了氧化反应

C．电池的正极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－

D．当有0.1mol锌溶解时，流经电解质溶液的电子数为1.204×1023

6．[素材创新]手持技术的氧电化学传感器可用于测定O2含量，如图为某种氧电化学传感器的原理示意图。已知在测定O2含量过程中，电解质溶液的质量保持不变。一定时间内，通过传感器的待测气体为aL(标准状况)，某电极质量增加了bg。下列说法正确的是(　　)

A．Pt电极为负极

B．反应过程中转移OH－的物质的量为0.125bmol

C．Pb电极上发生的电极反应为Pb－2e－＋2OH－===Pb(OH)2

D．待测气体中氧气的体积分数为

二、不定项选择题

7．某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．Y的电极反应：Pb－2e－===Pb2＋

B．铅蓄电池工作时SO向X极移动

C．电解池的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑

D．每消耗103.5gPb，理论上电解池阴极上有0.5molH2生成

8．某同学按下图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是(　　)

A．溶液中c(A2＋)增大

B．B极的电极反应：B－2e－===B2＋

C．Y电极上有Cl2产生，发生还原反应

D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀

9．[情境创新]常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是(　　)

A．t1s前，Al片的电极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋

B．t1s时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应

C．t1s之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变

D．t1s之后，左边烧杯中发生反应的离子方程式为：2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O

10．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的PH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极上发生氧化反应

B．根据图示，物质A为CO2

C．为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇

D．甲烷燃料电池中CO向空气一极移动

11．如图是利用一种微生物将废水中的有机物(如淀粉)和废气NO的化学能直接转化为电能，下列说法中一定正确的是(　　)

A．质子透过阳离子交换膜由左向右移动

B．与X相连接是用电器标有“＋”的接线柱

C．M电极反应式：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋

D．当M电极微生物将废水中16.2g淀粉转化掉时，N电极产生134.4LN2(标况下)

三、非选择题

12．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。

请回答下列问题：

(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH一极的电极反应式为____________________________________。

(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为__________________________________。

(3)当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为__________mL(标准状况)，丙池中________极析出________g铜。

(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲池中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙池中溶液的pH将________，若要将丙池中溶液复原，需加入________。

13．[2021·云南玉溪通海二中高三月考]为探究原电池和电解池的工作原理，某研究性小组分别用如图所示装置进行实验。

(1)甲装置中，a电极的反应式为________________。

(2)乙装置中，阴极区产物为________。

(3)丙装置是一种家用环保型消毒液发生器。外接电源a为________(填“正”或“负”)极，该装置内发生反应的化学方程式为_____________________________________________。

(4)若甲装置作为乙装置的电源，一段时间后，甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为________(不考虑气体的溶解)。

14．某小组同学利用如图1所示装置对电解氯化铜实验进行了研究。

(1)甲认为电解过程中阳极产生的________是溶液变绿的原因，写出产生该物质的电极反应式：________。

(2)乙查阅资料，CuCl2溶液中存在平衡Cu2＋＋4Cl－[CuCl4]2－(黄色)　ΔH>0。据此乙认为：电解过程中，[CuCl4]2－(黄色)浓度增大，与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。乙依据平衡移动原理推测在电解过程中[CuCl4]2－浓度增大的原因是________________。

(3)丙改用图2装置，在相同条件下电解CuCl2溶液，对溶液变色现象继续探究。

丙通过对现象分析证实了甲和乙的观点均不是溶液变绿的主要原因。丙否定甲的依据是______________________，否定乙的依据是__________________。

(4)丙通过查阅资料：

ⅰ.电解CuCl2溶液时可能产生[CuCl2]－，[CuCl2]－掺杂Cu2＋后呈黄色；

ⅱ.稀释含[CuCl2]－的溶液生成CuCl白色沉淀，据此丙认为：电解过程中，产生[CuCl2]－掺杂Cu2＋后呈黄色，与CuCl2蓝色溶液混合呈绿色。

继续进行如下实验：

a．取电解后绿色溶液2mL，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。

b．另取少量氯化铜晶体和铜粉，向其中加2mL浓盐酸，加热获得含[CuCl2]－的黄色溶液。

c．冷却后向上述溶液……

d．取c中2mL溶液，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀。

①a的目的是________________。

②写出b中生成[CuCl2]－的离子方程式：__________________。

③补充c中必要的操作及现象：____________________________。

丙据此得出结论：电解时阴极附近生成[CuCl2]－是溶液变绿的原因。

专练31　原电池原理及应用一

1．C　A项，Na2S4中有类似Na2O2中O原子间形成的非极性键，正确；B项，由电池的总反应方程式可知，x个S原子得到2个电子，故放电时正极反应为xS＋2Na＋＋2e－===Na2Sx(因Na2Sx难溶于熔融硫，故不拆)，正确；C项，由电池的总反应方程式可知，放电时，钠失去电子是负极反应物，硫得到电子是正极反应物，故Na和S分别作电池的负极和正极，错误；D项，由题图可知Na­β­Al2O3是隔膜，且电池可以充电，属于二次电池，正确。

2．C　A、金属Fe放入盐Cu(NO3)2的溶液中，发生铁置换铜的反应：a＋b2＋===a2＋＋b，但是金属铁和金属铜和水都不反应，故A错误；B、a与b用导线连接插入H2SO4中，不一定能发生自发的氧化还原反应，故B错误；C、a与b用导线连接插入b(NO3)2中，符合构成原电池的条件，故C正确；D、用惰性电极电解a(NO3)2与b(NO3)2的混合液，在阴极先析出b，故D错误。

3．A　根据图示可知电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，电极Ⅲ为阳极，电极Ⅳ为阴极。电流方向与电子流动方向相反，所以电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅳ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电极Ⅰ的质量减少2.7g时，电极Ⅳ的质量增重9.6g，B错误；c烧杯相当于电镀装置，溶液的pH不变，C错误；电极Ⅲ的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。

4．C　甲图中阳极上生成Cl2，A项错误；乙图中铜片应作阳极，与电源正极相连，B项错误；丁图中阴极反应式应为2H＋＋2e－===H2↑，D项错误。

5．C　锌为活泼金属，失去电子作负极，A项错误；二氧化锰得到电子，发生还原反应，B项错误；因电池的负极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用总反应式减去负极反应式得出正极反应式为：MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C项正确；电子只能经外电路流动，而不能在电解质溶液中流动，电解质溶液中应为阴、阳离子的定向移动，D项错误。

6．B　结合图示及电解质溶液的质量保持不变进行如下分析：

则该传感器工作时发生的总反应为2Pb＋O2===2PbO，Pb电极质量增加。Pt电极通入O2，发生还原反应，该电极为正极，Pb电极为负极，A项错误；根据上述分析可知，质量增加的电极应是Pb电极，且增加的为O元素的质量，由电极反应式可知Pb电极每增加16g，溶液中转移OH－的物质的量为2mol，则Pb电极质量增加bg时，转移OH－的物质的量为0.125bmol，B项正确；Pb电极发生的电极反应为2Pb＋4OH－－4e－===2PbO＋2H2O，C项错误；Pb电极质量增加bg，消耗的n(O2)＝mol，其在标准状况下的体积为0.7bL，则氧气的体积分数为，D项错误。

7．BD　A、根据实验的原理，电絮凝净水，让Al转化成氢氧化铝胶体，即Al失电子，根据电解原理，Al为阳极，Y为PbO2，则X为Pb，Y电极反应为：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，故A错误；B、根据原电池的工作原理，SO向负极移动，即SO移向X电极，故B正确；C、电解过程中实际上发生两个反应，分别为2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑和2H2O2H2↑＋O2↑，故C错误；D、消耗103.5gPb，转移电子物质的量为×2mol＝1mol，阴极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，通过电量相等，即产生氢气的物质的量为1/2mol＝0.5mol，故D正确。

8．AD　根据Y极有黄绿色气体生成，Y极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，即Y为电解池的阳极，B为原电池的正极，A为原电池的负极。故A极的电极反应为A－2e－===A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A正确；B极为正极，发生还原反应，B错误；Y电极上有Cl2产生，发生氧化反应，C错误；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H＋放电，c(H＋)减小，c(OH－)增大，且Al3＋移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。

9．D　t1s前，Al片作负极，发生氧化反应，其电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，A项正确；t1s时，随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；t1s后Cu作负极发生氧化反应，电流方向发生改变，C项正确；t1s之后，Al极生成NO2，NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2，即右边烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2＋2OH－===NO＋NO＋H2O，D项错误。

10．B　左装置为电解池，右装置为原电池。原电池工作时，通入甲烷一极为负极，发生反应：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，通入空气一极为正极，发生反应：O2＋2CO2＋4e－===2CO。电解池工作时，Fe为阳极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，石墨为阴极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；由电极反应式知物质A为CO2，B项正确；乙醇为非电解质，加入以后不能增强导电性，C项错误；CO在通入甲烷一极发生反应，在通入空气一极生成CO，所以燃料电池中CO向甲烷一极移动，故D项错误。

11．AC　根据题给信息知，该装置是将化学能转化为电能的原电池，由图可知，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，M是负极，N是正极，质子透过离子交换膜由左M极移向右N极，故A正确；电子从M极(负极)流出，与X相连接处是电子流入端，则与X相连接是用电器标有“—”的接线柱，故B错误；若有机废水中含有葡萄糖，葡萄糖属于燃料，在负极M上失电子发生氧化反应，电极反应式为：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，故C正确；每转化掉16.2g淀粉时，转移电子数为2.4mol，N电极产生0.6mol氮气，在标准状况下的体积为13.44L，故D错误。

12．(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O

(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3

(3)280　D　1.6　(4)减小　增大　HCl

解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液，其中A作阳极，B作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3) 乙池中B极质量增加5.40g为银的质量，则银的物质的量为＝0.05mol，根据电子转移守恒n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝×22.4L/mol＝0.28L＝280mL，m(Cu)＝×64g/mol＝1.6g。(4)若丙池中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙池中总反应式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可知，溶液pH增大，而甲池中总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。

13．(1)H2－2e－＋2OH－===2H2O

(2) 氢氧化钠和氢气

(3)负　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O

(4)3:4

解析：(1)甲装置是氢氧燃料电池，a电极通入的是氢气，a电极是负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O；

(2)乙装置是电解饱和食盐水，阴极是溶液中的氢离子放电产生氢气，同时使水的电离平衡正向移动，从而产生氢氧根离子，钠离子向阴极移动，所以阴极区产物为NaOH和H2；

(3)丙装置是一种家用环保型消毒液发生器，电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氯气、氢气，氯气和氢氧化钠反应生成具有消毒作用的次氯酸钠，为使氯气与氢氧化钠充分反应，下端电极生成氯气，所以电源a为负极，该装置内发生反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O；

(4)若甲装置作为乙装置的电源，因此满足电子转移守恒。每消耗2mol氢气同时消耗1mol氧气，转移4mol电子。而在乙装置中可以产生2mol氢气和2mol氯气，所以一段时间后，甲中消耗气体与乙中产生气体的物质的量之比为3:4。

14．(1)Cl2　2Cl－－2e－===Cl2↑

(2)电解过程放热导致温度升高，使平衡Cu2＋＋4Cl－[CuCl4]2－正向移动

(3)阳极附近溶液仍为蓝色　U形管冷却后阴极附近溶液仍为绿色

(4)①证明在上述实验条件下，电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]－

②Cu2＋＋4Cl－＋Cu===2[CuCl2]－

③加入CuCl2蓝色溶液，直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同

解析：(1)电解过程中阳极发生氧化反应，溶液中的氯离子放电生成氯气，氯气溶于水，溶液可能呈现绿色。(2)电解过程放热导致温度升高，使平衡Cu2＋＋4Cl－[CuCl4]2－正向移动，[CuCl4]2－浓度增大。(3)阳极生成了氯气，但阳极附近溶液仍为蓝色，说明不是生成氯气的缘故；Cu2＋＋4Cl－[CuCl4]2－(黄色)　ΔH>0，温度降低，平衡逆向移动，溶液应该呈现蓝色，但U形管冷却后阴极附近溶液仍为绿色，因此乙的推断也不正确。(4)①根据信息，取电解后绿色溶液2mL，加20mL水稀释，静置5分钟后溶液中产生白色沉淀，说明电解后的绿色溶液中存在[CuCl2]－。②氯化铜晶体和铜粉加入2mL浓盐酸中，加热获得含[CuCl2]－的黄色溶液，反应的离子方程式为Cu2＋＋4Cl－＋Cu===2[CuCl2]－。③c的步骤就是证明电解时阴极附近生成[CuCl2]－是溶液变绿的原因，因此操作及现象为加入CuCl2蓝色溶液，直至溶液颜色与电解后绿色溶液基本相同。