高中人教版 (2019)第一节 原电池课后测评

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[基础过关练]
1．下列说法错误的是( )
A．依据原电池的原理设计出了化学电源
B．原电池是化学电源的雏形
C．判断电池的正、负极只需看其正、负极材料的活泼性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
C [判断电池的正、负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关。]
2．普通锌锰电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应式为Zn＋2NHeq \\al(＋,4)＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰电池的说法中正确的是( )
干电池示意图
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NHeq \\al(＋,4)＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1 ml电子，锌的质量理论上减少6.5 g
C [普通锌锰电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 ml电子，消耗锌的质量是65 g·ml－1×eq \f(0.1 ml,2)＝3.25 g，D项错误。]
3．(2021·福建三明一中校级月考)如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是( )
干电池示意图 铅酸蓄电池示意图 氢氧燃料电池示意图
A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．干电池在长时间使用后，锌筒变软
C．铅酸蓄电池工作过程中，每通过2 ml电子，负极质量减少207 g
D．碱性氢氧燃料电池负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O
C [干电池是一次电池，铅酸蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化腐蚀，所以干电池在长时间使用后，锌筒变软，B正确；铅酸蓄电池工作过程中，负极上铅失电子，生成硫酸铅，则硫酸铅在负极上析出，硫酸铅是难溶物质，则负极质量应该增加而非减少，C错误；碱性条件下，氢气失电子生成水，则碱性氢氧燃料电池负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O,D正确。]
4．(2021·山西太原五中校级月考)有一种被称为“软电池”的纸质电池，其总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是( )
A．该电池中Zn作正极
B．Zn电极上发生还原反应
C．该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2
D．当6.5 g Zn完全溶解时，流经电路的电子个数约为1.204×1023
D [由电池的总反应式：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，可知Zn的化合价由0价变为＋2价，Zn失电子作负极，A错误； Zn是负极，失电子，发生氧化反应，B错误；该电池工作时电流是由正极流向负极，电流从MnO2经导线流向Zn,C错误；根据电极反应，负极：Zn－2e－===Zn2＋，1 ml Zn溶解，转移2 ml电子，则6.5 g Zn为0.1 ml，转移的电子数约为0.1×2×6.02×1023＝1.204×1023,D正确。]
5．目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的β″­Al2O3陶瓷作固体电解质，反应式为2Na＋xSNa2Sx。以下说法正确的是( )
A．放电时，钠作正极，硫作负极
B．放电时，Na＋向负极移动
C．充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连
D．放电时，负极发生的反应是2Na－2e－===2Na＋
D [放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，故钠作负极，硫作正极，A错误；放电时，阳离子向正极移动，B错误；充电时，钠极(负极)与外电源的负极相连，硫极(正极)与外电源的正极相连，C错误；放电时，负极发生氧化反应，D正确。]
6．一种非水相可充电电池可承受较大的充、放电电流，电极为镁电极和碳电极，其示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．充电时，b连接直流电源的正极
B．放电时，电池内部Mg2＋向C电极移动
C．充电时，C极区Br－浓度增大
D．电池总反应式为Mg＋Breq \\al(－,3)Mg2＋＋3Br－
C [原电池工作时，负极镁发生失电子的氧化反应，Mg－2e－===Mg2＋，b碳电极为正极，Breq \\al(－,3)＋2e－===3Br－，充电时相当于电解池工作原理，阳极发生氧化反应，故b连接直流电源的正极，A正确；放电时，相当于原电池原理，电池内部Mg2＋向正极移动，即向C电极移动，B正确；充电时，相当于电解池工作原理，C极区发生氧化反应，3Br－－2e－===Breq \\al(－,3)，Br－浓度减小，C错误；原电池工作时，负极失去电子，Breq \\al(－,3)得电子，负极镁发生失电子的氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，b碳电极为正极，Breq \\al(－,3)＋2e－===3Br－，电解池工作时，阳极Br－失去电子，3Br－－2e－===Breq \\al(－,3)，阴极Mg2＋＋2e－===Mg，电池总反应式为Mg＋Breq \\al(－,3)Mg2＋＋3Br－，D正确。]
7．(2021·河北高中校级月考)一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O。有关此电池的推断不正确的是( )
A．通入乙烷的电极为负极
B．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降
C．参加反应的O2与C2H6的质量比为32∶105
D．溶液中的OH－向负极移动
C [在燃料电池中，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，通入乙烷的电极为负极，发生氧化反应，A正确；电池工作过程中，电池总反应式为C2H6＋4OH－＋eq \f(7,2)O2===2COeq \\al(2－,3)＋5H2O，反应消耗KOH，因此放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降，B正确；原电池中两极上转移的电子相等，当有28 ml电子转移时，正极上消耗7 ml O2，负极上消耗2 mlC2H6，二者的物质的量之比为7∶2，质量比为56∶15,C错误；原电池中阴离子向负极移动，则溶液中的OH－向负极移动，D正确。]
8．锂电池作为最主要的便携式能量电源，影响着我们生活的方方面面。锂­空气电池放电的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A．电池放电时负极电极方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．放电时电子由B极向A极移动
C．电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D．电解液b可能为稀LiOH溶液
D [原电池中锂作负极、失电子、发生氧化反应，B电极为原电池正极，氧气得到电子、发生还原反应，A错误；原电池放电时，电子由负极经过导线流向正极，即电子由A极向B极移动，B错误；锂是活泼金属，能与水发生反应，所以该电池放电时，电解液中Li＋由锂电极迁移向B电极，离子交换膜应该为阳离子交换膜，C错误； Li在负极失电子生成Li＋，Li＋向正极移动，正极区Li＋与氢氧根离子结合形成LiOH，由于阳离子交换膜的隔离作用，水分子不能通过交换膜，所以电解液b可能为稀LiOH溶液，D正确。]
9．镍镉(Ni­Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是( )
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
A [充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，附近溶液的碱性减弱，因Cd2＋结合了溶液中的OH－，同时溶液中的OH－向负极移动，C、D项错误。]
10．我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该电池不可以在高温下使用
B．Na＋通过阳离子交换膜移向M电极，Cl－通过阴离子交换膜移向N电极
C．一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减小
D．M的电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋
B [微生物属于蛋白质，高温条件下易变性，A正确；负极生成的H＋要迁移到中间室，正极生成的OH－要迁移到中间室，H＋和OH－反应在中间室生成水使NaCl溶液浓度降低，B错误，C正确；根据以上分析知，M的电极反应式为C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋，D正确。]
[拓展培优练]
11．瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予古迪纳夫等三位科学家，表彰他们在锂离子电池方面的研究成果，钴酸锂电池是他们的研究成果之一，其工作原理为LixC6＋Li1－xCO2C6＋LiCO2，下列说法正确的是( )
A．放电时Li＋从正极通过导线流向负极
B．放电时负极的电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋
C．充电时电池的负极与电源的正极相连
D．充电时阴极的电极反应式为LiCO2－xe－===Li1－xCO2＋xLi＋
B [根据电池反应式：LixC6＋Li1－xCO2C6＋LiCO2知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，根据二次电池的工作原理结合原电池和电解池的工作原理来回答。放电时电子从负极流向正极，溶液中Li＋从负极流向正极，A错误；放电时，负极发生失电子的氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，B正确；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，电池的负极与电源的负极相连，C错误；充电时阴极的电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6,D错误。]
12．(2021·山东新泰一中高二月考)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图。电池总反应式可表示为2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是( )
A．H＋由b极通过固体酸电解质传递到a极
B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移2 ml电子，消耗4 g的H2
D．H2O是正极的产物
D [电池反应式为2H2＋O2===2H2O，H化合价升高，则通入氢气的a电极为负极，原电池工作时，阳离子移向正极，即H＋由a极通过固体酸电解质传递到b,A错误；该电池为酸性电池，正极b极上的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O,B错误；负极上H2失电子生成H＋，电极反应式为H2－2e－===2H＋，每转移2 ml电子，负极上消耗1 ml的H2，其质量是2 g,C错误；原电池中，H化合价升高，则通入氢气的a电极为负极，b电极为正极，b极上的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，所以H2O是正极的产物，D正确。]
13．(双选)2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池开发的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示，电池反应式为LixC6＋Li1－xCO2C6＋LiCO2(x＜1)。下列说法正确的是( )
A．充电时a极接外电源的正极
B．放电时Li＋在电解质中由a极向b极迁移
C．充电时若转移0.02 ml电子，石墨电极将减少0.14 g
D．该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCO2极回收
AD [根据电池反应式可知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋、正极反应式为Li1－xCO2＋xLi＋＋xe－===LiCO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，原电池中b电极为负极，a电极为正极，充电时，电解池的阴极、阳极分别与外电源的负极、正极相接，即充电时b极接外电源的负极，a电极接外电源的正极，A正确；原电池中b电极为负极，a电极为正极，放电时，阳离子移向正极、阴离子移向负极，即Li＋在电解质中由b极向a极迁移，B错误；放电时负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，充电时阴极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，所以充电时若转移0.02 ml电子，石墨电极将增加0.02 ml×7 g·ml－1＝0.14 g,C错误；原电池放电时，阳离子移向正极，即“放电处理”有利于Li＋移向正极并进入正极材料，有利于锂在LiCO2极回收，D正确。]
14．(情境素养题)酸性锌锰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得到多种化工原料。有关数据如下表所示：
溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题：
(1)该电池的正极反应式为______________________；电池反应的离子方程式为_________________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5A，电池工作5 min，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500C·ml－1)
(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过________________________________________________________
分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、___________________和________；
欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为______________，其原理是__________________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] (1)酸性锌锰电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnO(OH)，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnO(OH)。金属锌做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应的离子方程式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnO(OH)＋Zn2＋。(2)电流强度为I＝0.5A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q＝It＝0.5A×300 s＝150C，又知F＝96 500C·ml－1，故通过电子的物质的量为eq \f(150 C,96 500 C·ml－1)≈0.001 6 ml，则理论上消耗Zn的质量为65 g·ml－1×0.001 6 ml×1/2≈0.05 g。(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶解度远远大于NH4Cl，因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成，加水处理后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及MnO(OH)等，欲从中得到较纯的MnO2，可采用在足量的空气或氧气中加强热的方法，碳粉与O2反应生成CO2，MnO(OH)被氧化为MnO2。
[答案] (1)MnO2＋H＋＋e－===MnO(OH) 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnO(OH)＋Zn2＋[注：式中Zn2＋可写为[Zn(NH3)eq \\al(2＋,4)]、[Zn(NH3)2]Cl2等，H＋可写为NHeq \\al(＋,4)]
(2)0.05 (3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnO(OH)
在足量的空气或氧气中加强热 碳粉转变为CO2，MnO(OH)被氧化为MnO2
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10－17
10－17
10－39