2022届新高考化学第一轮复习课时作业：原电池 新型化学电源（含解析）

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2022届新高考化学第一轮复习课时作业原电池 新型化学电源一、选择题1、锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)解析：K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误；根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误；放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确；消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2,0.5 mol O2在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。答案：C2、肼(N2H4)空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。下列说法不正确的是(　　)A．该电池放电时，通入肼的一极为负极B．电池每释放1 mol N2转移的电子数为4NAC．通入空气的一极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将不变解析：该电池中肼是燃料，在负极通入，A正确；肼中氮元素的化合价是－2价，氧化产物是N2，负极反应为N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，所以每释放1 mol N2 转移的电子数为4NA ，B正确；通入空气的一极为正极，正极上O2发生还原反应，反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；电池总反应为N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反应生成水，溶液浓度降低，KOH溶液的pH将降低，D错误。答案：D3、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－===2H2OC．电池的总反应是2H2＋O2===2H2OD．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动解析：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。答案：C4、下列有关电池的说法不正确的是(　　)A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从锌电极流向铜电极C．氢氧燃料电池工作时，氢气在负极被氧化D．原电池中一定发生了氧化还原反应解析：太阳能电池的主要材料是高纯度的晶体硅，A项错误；铜锌原电池工作时，电子沿外电路由负极(锌)流向正极(铜)，B项正确；氢氧燃料电池工作时，氢气在负极失去电子被氧化，C项正确；由原电池的工作原理可知原电池中一定发生了氧化还原反应，D项正确。答案：A5．某小组进行电化学研究，甲同学设计如图的原电池装置，乙同学利用甲设计的装置及提供的药品与材料，不能完成的实验是(　　)A．使甲同学的正极变为负极B．设计一个新的原电池C．在石墨电极上镀锌D．使锌电极受到保护解析：A项，将铜与石墨相连，以AgNO3溶液作电解质，铜为负极，正确；B项，铝－铜－AgNO3溶液、铝－铜－CuSO4溶液等均可以组成新的原电池，正确；C项，镀锌是电解池，错误；D项，锌、铝作电极，锌作正极，受到保护，正确。答案：C6、根据下图，下列判断中正确的是(　　)A．烧杯a中的溶液pH降低B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑解析：由题给原电池装置可知，电子经过导线由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。答案：B7、下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。下列叙述中正确的是(　　)A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转B．甲组操作时，溶液颜色变浅C．乙组操作时，C2作正极D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－解析：甲组操作时，两个电极均为碳棒，不发生原电池反应，所以指针不偏转，故A错；装置Ⅰ中的反应，AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，I2浓度增大，所以溶液颜色变深，故B错；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2上发生：AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线到C1，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极，故C错误，D正确。答案：D8．某同学做了如下实验，下列说法中正确的是(　　)装置现象电流计指针未发生偏转电流计指针发生偏转A.加热铁片Ⅰ所在烧杯，电流计指针会发生偏转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．“电流计指针未发生偏转”说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未被腐蚀解析：温度不同，反应速率不等，两烧杯中存在电势差，能够产生电流，电流表指针会发生偏转，故A正确；两烧杯中溶液的浓度不同，发生离子的定向移动，产生电流，铁失去电子发生氧化反应，生成Fe2＋，与KSCN溶液无明显现象，不能判断电池的正、负极，故B错误；铁片Ⅰ与铁片Ⅱ未构成原电池，铁片Ⅲ与铁片Ⅳ构成了原电池，腐蚀速率一定不相等，故C错误；“电流计指针未发生偏转”说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ未构成原电池，但铁片表面均会发生吸氧腐蚀，故D错误。答案：A9、如图所示为新型的甲酸/铁离子燃料电池，具有原料安全、质子电导率高、能量密度高的特点，适合应用在规模化的供电场所。电池外壳采用聚四氯乙烯板，石墨作电极，在M端加注甲酸钠和氢氧化钠的混合液，在N端加注氯化铁和氯化钠的混合液。下列说法错误的是(　　)A．放电时，N端是正极B．M端的电极反应式为HCOO－＋OH－＋2e－===CO2↑＋H2OC．电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后转化为Fe3＋，实现电解质溶液的循环利用D．采用多孔纳米电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，有利于扩散至催化层解析：A项，正极发生还原反应，Fe3＋得到电子生成Fe2＋，N端是正极，正确；B项，M端的电极反应式为HCOO－＋3OH－－2e－===CO＋2H2O，错误；C项，电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后，氯气具有氧化性能氧化Fe2＋转化为Fe3＋，Fe3＋在正极得到电子发生还原反应，实现电解质溶液的循环利用，正确；D项，反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面，从而提高反应速率，正确。答案：B二、非选择题10、铅蓄电池的主要构造如图所示，它是目前使用量最大的二次电池(设工作时固体生成物附集在电极板上)。(1)当某一电极反应式为PbO2(s)＋2e－＋SO(aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)时，电池中的能量转化形式为_____，此时另一个电极发生的反应类型为_____________________。(2)充电时PbO2(s)电极应与电源的________极相连，充电时总反应方程式为________________________。(3)放电生成的固体会附聚在电极表面，若工作中正极质量增重96 g时，理论上电路中转移的电子数为________NA，此过程中电池消耗________mol H2SO4。解析：(1)由电池构造图知，铅是负极，PbO2是正极，故当PbO2得到电子时，表明此时电池处于放电过程，化学能转化为电能。此过程中，负极发生氧化反应。(3)放电时正极反应为PbO2(s)＋2e－＋SO(aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)，由电极反应式知，当有1 mol PbO2发生反应生成1 mol PbSO4时，正极质量增加了64 g，同时电路中转移2 mol电子。当正极质量增加96 g时，表明有1.5 mol PbO2发生了反应，转移的电子数为3NA，由电池总反应知共消耗3 mol H2SO4。答案：(1)化学能转化为电能　氧化反应(2)正　2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)(3)3　311．如图所示是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4，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溶液C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____________，溶液C为________________。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生____________反应，电极反应式为__________________________。反应过程溶液中c(Cu2＋)__________(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图：电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是____________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__________________________。若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为____________ L。解析：(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换H2的反应，所以正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中H＋放电，导致溶液中H＋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极材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如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＋发生了反应，则c(Cu2＋)变小。(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移 2 mol 电子时消耗氧气0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高(2)Cu　石墨(其他合理答案也可)FeCl3溶液或Fe2(SO4)3溶液(3)负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小(4)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.212．(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1所示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式为____________。若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn______g(计算结果保留一位小数，已知F＝96 500 C·mol－1)。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图2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3所示，电池正极的电极反应式是__________，A是____________(填名称)。(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4所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)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式为__________________。解析：(1)①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为 mol＝0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量为×65 g·mol－1≈0.2 g。②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以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。(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入CO的电极a是负极，负极上CO失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　②右　左　③使用时间长、工作电压稳定(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化铵(3)从b到a　CO＋O2－－2e－===CO2