2021届高中化学同步选择性必修第一册 第4章 阶段重点突破练(六)学案

阶段重点突破练(六)

一、原电池的工作原理

1．下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是(　　)

A．铜离子在铜片表面被还原

B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

C．电流从锌片经导线流向铜片

D．铜是正极，铜片上有气泡产生

答案　A

解析　该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区CuSO4溶液中迁移。

2．将Al片和Cu片用导线连接，一组插入浓硝酸中，一组插入稀氢氧化钠溶液中，分别形成原电池，在这两个原电池中，负极分别为(　　)

A．Cu片、Al片   B．Al片、Cu片

C．Al片、Al片   D．Cu片、Cu片

答案　A

解析　浓硝酸常温下使铝钝化，所以在浓硝酸中铜反应为负极，在氢氧化钠溶液中铝反应为负极。

3．某同学做了如下实验：

下列说法中正确的是(　　)

A．加热铁片Ⅰ所在烧杯，电流表指针会发生偏转

B．用KSCN溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断电池的正、负极

C．铁片Ⅰ、Ⅲ的腐蚀速率相等

D．“电流表指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀

答案　A

二、原电池的应用

4．(2019·河南安阳林虑中学高二下学期开学考试)下列有关电化学知识的描述正确的是(　　)

A．反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，将化学能转化为电能

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可装含琼胶的KCl饱和溶液

C．原电池的两极一定是活动性不同的两种金属

D．理论上，任何能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池

答案　D

解析　A项，该反应不是氧化还原反应，不能把该反应设计成原电池，错误；B项，某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可装含琼胶的KNO3饱和溶液，不能装含琼胶的KCl饱和溶液，因为氯化钾与硝酸银会发生反应，错误；C项，原电池的两极不一定是活动性不同的两种金属，也可能是一种金属和一种能导电的非金属，错误。

5．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

回答下列问题：

(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。

(2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。

(3)写出两烧杯中的电极反应式：

甲________________________________________________________________________，

乙________________________________________________________________________。

(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。

答案　(1)a　还原　(2)乙

(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O

5Fe2＋－5e－===5Fe3＋

(4)0.5

解析　(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。

三、新型电源

6．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是(　　)

A．电池工作时，质子向电池的负极迁移

B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极

C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋

D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－

答案　B

解析　通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。

7．可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(　　)

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓

C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

答案　A

解析　B项，以NaOH为电解液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成AlO；C项，电解液的pH应减小；D项，电子通过外电路从负极流向正极。

8．甲醇燃料电池具有容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型，下列有关说法正确的是(　　)

A．Y极为电池的负极

B．X极的电极反应式：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋

C．若常温下用该电池电解100 mL KCl溶液至pH＝12时，向质子交换膜迁移的A为0.01 mol

D．空气以20%为氧气计算，X极每消耗1 mol甲醇，Y极必消耗168 L空气中的氧气

答案　B

解析　根据X极、Y极所通入的物质，可以判断，X极为负极，Y极为正极，其电极反应式为X极(负极)：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；Y极(正极)：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。C项，2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，n(OH－)＝0.01 mol·L－1×0.1 L＝10－3mol，所以向质子交换膜迁移的n(A)应为0.001 mol；D项，没有给出氧气所处的条件，不能求出氧气的体积。

9．寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种新型汽车锂离子电池，总反应为FePO4＋LiLiFePO4，电池中的固体电解质可传导离子，下列说法错误的是(　　)

A．放电时，Li作负极

B．放电时，正极反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4

C．充电时，Li＋和Fe2＋向阴极移动，PO向阳极移动

D．充电时，阴极反应为Li＋＋e－===Li

答案　C

解析　放电时，电极反应式为负极：Li－e－===Li＋，正极：FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4；充电时，电极反应式为阴极：Li＋＋e－===Li，阳极：LiFePO4－e－===Li＋＋FePO4。C项，充电时，Li＋在阳极生成，移向阴极得电子生成Li，Fe2＋失去电子生成Fe3＋，Fe3＋和PO结合生成FePO4。

10．碳呼吸电池的工作原理如图所示，已知草酸铝[Al2(C2O4)3]难溶于水。则下列有关说法正确的是(　　)

A．该装置将电能转变为化学能

B．正极的电极反应为C2O－2e－===2CO2

C．每生成1 mol Al2(C2O4)3，有6 mol电子流过负载

D．草酸盐溶液中的阳离子移向Al电极

答案　C

解析　根据题意，此装置为碳呼吸电池，是化学能转化成电能的装置，故A错误；根据电池原理，正极反应是CO2参与，电极反应式为2CO2＋2e－===C2O，故B错误；生成Al2(C2O4)3，以Al进行计算，转移电子物质的量为1×2×3 mol＝6 mol，故C正确；根据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，Al电极为负极，因此草酸盐中阳离子向通入含CO2空气一极移动，故D错误。

11．(2019·贵阳质检)化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。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 mol CO(NH2)2，消耗33.6 L O2

答案　C

解析　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：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋，正确；D项，电池的总反应式：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，每净化1 mol CO(NH2)2，消耗1.5 mol O2，则在标准状况下氧气为33.6 L，由于没说明是标准状况，所以氧气的体积不能求算，错误。

12．某质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．通入氧气的电极发生氧化反应

B．通入氢气的电极为正极

C．总反应式为O2＋2H22H2O

D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

答案　D

13．世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁一空气电池，其结构如图所示。

下列有关该电池放电时的说法正确的是(　　)

A．O2－ 由b极移向a极

B．正极的电极反应式为FeOx＋2xe－===Fe＋xO2－

C．若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol 电子转移

D．铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2

答案　D

解析　原电池中，阴离子向负极移动，O2－由正极移向负极，即由a极移向b极，故A错误；a极空气中氧气得电子发生还原反应为正极，电极反应式为：O2＋4e－===2O2－，故B错误；标准状况下，22.4 L空气的物质的量为1 mol，则参与反应的氧气为0.2 mol，则电路中转移0.8 mol电子，故C错误；由新型中温全瓷铁—空气电池的装置图可知，铁表面发生的反应为xH2O(g)＋Fe===FeOx＋xH2，故D正确。

14．(1)Zn—MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2—NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是______。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2—NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是

________________________________________________________________________。

(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为__________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是______________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的______________倍。

答案　(1)Zn(或锌)　正极　锌与还原出来的铜构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀

(2)xS＋2e－===S　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫　4.5

解析　(1)负极是失电子的一极，Zn所失电子由负极经外电路流向正极。锌与还原出来的铜构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀。

(2)正极上是S得到电子发生还原反应：xS＋2e－===S；要形成闭合回路，M必须是能使离子在其中定向移动的，故M的两个作用是导电和隔膜。假设消耗的质量都是207 g，则铅蓄电池能提供的电子为2 mol，而钠硫电池提供的电子为9 mol，故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的4.5倍。

15．(1)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：

________________________________________________________________________。

(2)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S，正极反应式是________________________

_____________________________________________________________________________。

(3)如图所示原电池正极的反应式为________________________________________。

(4)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式为___________________________

_____________________________________________________________________________。

(5)酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnO(OH)。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。该电池的正极反应式为_______________________________________，

电池反应的离子方程式为_________________________________________。

答案　(1)H2＋2OH－－2e－===2H2O

(2)FeS2＋4e－===Fe＋2S2－(或FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S)

(3)Ag＋＋e－===Ag

(4)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl

(5)2MnO2＋2e－＋2H＋===2MnO(OH)

Zn＋2MnO2＋2NH===Zn(NH3)＋2MnO(OH)

解析　(1)碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。

(2)正极发生的反应是还原反应，即得电子，故参加反应的物质应是FeS2，又知最后生成铁单质和S2－，故正极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－。

(3)该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。

(4)放电时负极Al应失去电子，根据放电时AlCl和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化可知，电极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。

(5)酸性锌锰干电池外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋。中间是碳棒，碳棒是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为2MnO2＋2e－＋2H＋===2MnO(OH)，总反应式为Zn＋2MnO2＋2NH===Zn(NH3)＋2MnO(OH)。