2024届高考化学一轮复习 课时跟踪检测（二十九） 原电池 （含答案）

课时跟踪检测（二十九） 原电池

一、选择题

1．如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(  )

A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B．干电池工作时，H＋向锌筒移动

C．铅酸蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g

D．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－

2．设计出燃料电池使汽油(主要成分为C5H12)氧化直接产生电流是21世纪富有挑战性的课题。有人设计了一种固体燃料电池，以固体氧化铝­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断不正确的是(  )

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．b极对应的电极反应式为C5H12＋16O2－－32e－===5CO2↑＋6H2O

C．该电池的总反应方程式为C5H12＋8O2===5CO2＋6H2O

D．汽油燃料电池的技术障碍是氧化反应不完全，产生碳单质堵塞电极的气体通道，从而使输电效能减弱

3．一种新型镁硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(  )

A．使用碱性电解质水溶液

B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2

C．使用的隔膜是阳离子交换膜

D．充电时，电子从Mg电极流出

4．科研人员借助太阳能，将H2S转化为可再利用的S和H2的工作原理如图所示。下列叙述错误的是(  )

A．该电池能实现将光能转化为化学能

B．a电极的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑

C. 光照后，b电极的电极反应：H2S－2e－===2H＋＋S

D. a电极区溶液的pH不变

5．为了强化安全管理，某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是(　 )

A．石墨电极作正极，发生还原反应

B．铂电极的电极反应式：

C8H18＋16H2O－50e－===8CO2↑＋50H＋

C．H＋由质子交换膜左侧向右侧迁移

D．每消耗5.6 L O2，电路中通过1 mol电子

6．在环境和能源备受关注的今天，开发清洁、可再生新能源已成为世界各国政府的国家战略，科学家发现产电细菌后，微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。微生物燃料电池(MFC)示意图如图所示(假设有机物为乙酸盐)。下列说法错误的是(  )

A．A室菌为厌氧菌，B室菌为好氧菌

B．A室的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋8H＋

C．微生物燃料电池(MFC)电流的流向为b→a

D．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O

7．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图

所示，其中作为电解质的无水LiCl­KCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法不正确的是(　 )

A．负极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B．放电过程中，Li＋向正极移动

C．每转移0.2 mol电子，理论上生成20.7 g Pb

D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针偏转

8．我国科学家使用更为稳定且不生长枝晶的KSn合金作负极，结合羧酸根官能化的碳纳米管(MWCNTs­COOH)作正极，实现了高循环稳定性、低过电位的钾二氧化碳二次电池，装置如图所示，电池的总反应为4KSn＋3CO22K2CO3＋C＋4Sn。下列说法错误的是(　 )

A．放电时吸收CO2，充电时释放CO2

B．充电时，K＋向负极移动

C．放电时，正极反应为4K＋＋3CO2＋4e－===2K2CO3＋C

D．充电时，阳极反应为K＋＋Sn＋e－===KSn

二、非选择题

9．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的____极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为________________________。

(2)图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量检测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应为______________，正极反应为____________________。

(3)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3所示：

电池中的负极为____(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为______________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为____L。

10．我国科学家发明了一种Zn­PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：

回答下列问题：

(1)电池中，Zn为____极，B区域的电解质为____(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。

(2)电池反应的离子方程式为___________________________。

(3)阳离子交换膜为图中的___膜(填“a”或“b”)。

(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为_____毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。

(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，E__E；ΔG__ΔG(填“>”或“<”)。

(6)Zn是一种重要的金属材料，工业上一般先将ZnS氧化，再采用热还原或者电解法制备。利用H2还原ZnS也可得到Zn，其反应式如下：

ZnS(s)＋H2(g)Zn(s)＋H2S(g)

727 ℃时，上述反应的平衡常数Kp＝2.24×10－6。此温度下，在盛有ZnS的刚性容器内通入压强为1.01×105 Pa的H2，达平衡时H2S的分压为___Pa(结果保留两位小数)。

课时跟踪检测（二十九） 原电池

一、选择题

1．如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(  )

A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B．干电池工作时，H＋向锌筒移动

C．铅酸蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g

D．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－

解析：选A 干电池工作时，石墨为正极，锌筒为负极，电子从锌筒沿导线流向石墨，H＋在NH4Cl溶液中由锌筒一端流向石墨一端，B错误；铅酸蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误；若电解质溶液为酸性溶液，则氢氧燃料电池的正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D错误。

2．设计出燃料电池使汽油(主要成分为C5H12)氧化直接产生电流是21世纪富有挑战性的课题。有人设计了一种固体燃料电池，以固体氧化铝­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许O2－在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断不正确的是(  )

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．b极对应的电极反应式为C5H12＋16O2－－32e－===5CO2↑＋6H2O

C．该电池的总反应方程式为C5H12＋8O2===5CO2＋6H2O

D．汽油燃料电池的技术障碍是氧化反应不完全，产生碳单质堵塞电极的气体通道，从而使输电效能减弱

解析：选A 根据题图可知，O2在a极获得电子，发生还原反应，a极为电池的正极，A错误；b电极上C5H12失去电子，发生氧化反应，电极反应式为C5H12＋16O2－－32e－===5CO2↑＋6H2O，B正确；正极反应式为8O2＋32e－===16O2－，将正、负极反应式相加，可得电池的总反应方程式为C5H12＋8O2===5CO2＋6H2O，C正确；燃料电池相对于汽油直接燃烧，能量利用率高，技术障碍是氧化反应不完全，产生碳单质堵塞电极的气体通道，从而使输电效能减弱，D正确。

3．一种新型镁硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(  )

A．使用碱性电解质水溶液

B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2

C．使用的隔膜是阳离子交换膜

D．充电时，电子从Mg电极流出

解析：选C 碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。

4．科研人员借助太阳能，将H2S转化为可再利用的S和H2的工作原理如图所示。下列叙述错误的是(  )

A．该电池能实现将光能转化为化学能

B．a电极的电极反应：2H＋＋2e－===H2↑

C. 光照后，b电极的电极反应：H2S－2e－===2H＋＋S

D. a电极区溶液的pH不变

解析：选C 该电池通过光照发生化学反应，形成原电池，将光能转化为化学能，故A不符合题意；根据图示，在a电极上H＋获得电子变成氢气，a电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；根据图示，光照后，b电极上，Fe2＋失去电子，电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，故C符合题意；电池工作时，a极区消耗的H＋的物质的量与通过离子交换膜进入a极区的H＋相等，因此a极区溶液的pH不变，故D不符合题意。

5．为了强化安全管理，某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是(　 )

A．石墨电极作正极，发生还原反应

B．铂电极的电极反应式：

C8H18＋16H2O－50e－===8CO2↑＋50H＋

C．H＋由质子交换膜左侧向右侧迁移

D．每消耗5.6 L O2，电路中通过1 mol电子

解析：选D　在石墨电极，O2＋4e－＋4H＋===2H2O，作正极，发生还原反应，A正确；铂电极为负极，C8H18失电子生成CO2等，B正确；依据原电池原理，阳离子向正极移动，则H＋由质子交换膜左侧向右侧迁移，C正确；依据正极反应式，电路中通过1 mol电子时，需消耗0.25 mol O2，但未指明温度与压强，O2体积不一定是5.6 L，D不正确。

6．在环境和能源备受关注的今天，开发清洁、可再生新能源已成为世界各国政府的国家战略，科学家发现产电细菌后，微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。微生物燃料电池(MFC)示意图如图所示(假设有机物为乙酸盐)。下列说法错误的是(  )

A．A室菌为厌氧菌，B室菌为好氧菌

B．A室的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋8H＋

C．微生物燃料电池(MFC)电流的流向为b→a

D．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O

解析：选B 根据装置图可知B室中氧气参与反应，应为好氧菌，选项A正确；方程式中电荷和氢原子不守恒，选项B错误；MFC电池中氢离子向得电子的正极移动，即向b极移动，b为正极，电流方向是由正极流向负极，即b→a，选项C正确；电池的总反应是醋酸根离子在酸性条件下被氧化成CO2、H2O，选项D正确。

7．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图

所示，其中作为电解质的无水LiCl­KCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法不正确的是(　 )

A．负极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B．放电过程中，Li＋向正极移动

C．每转移0.2 mol电子，理论上生成20.7 g Pb

D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针偏转

解析：选D　Ca为原电池的负极，电极反应式为Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2，故A正确；原电池中阳离子向正极移动，所以放电过程中，Li＋向正极移动，故B正确；根据电极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb，可知每转移0.2 mol电子，理论上生成0.1 mol Pb，质量为20.7 g，故C正确；常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此连接电流表或检流计，指针不偏转，故D错误。

8．我国科学家使用更为稳定且不生长枝晶的KSn合金作负极，结合羧酸根官能化的碳纳米管(MWCNTs­COOH)作正极，实现了高循环稳定性、低过电位的钾二氧化碳二次电池，装置如图所示，电池的总反应为4KSn＋3CO22K2CO3＋C＋4Sn。下列说法错误的是(　 )

A．放电时吸收CO2，充电时释放CO2

B．充电时，K＋向负极移动

C．放电时，正极反应为4K＋＋3CO2＋4e－===2K2CO3＋C

D．充电时，阳极反应为K＋＋Sn＋e－===KSn

解析：选D　由电池总反应知，电池放电时吸收二氧化碳，充电时释放二氧化碳，A正确。充电时，为电解池，钾离子(阳离子)向阴极(负极)移动，B正确。放电时，电池总反应中二氧化碳是氧化剂，正极反应为“氧化剂得到电子生成还原产物”：4K＋＋3CO2＋4e－===2K2CO3＋C，C正确。充电时，阳极反应是放电时正极反应的逆过程：2K2CO3＋C－4e－===4K＋＋3CO2↑，D错误。

二、非选择题

9．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的____极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为________________________。

(2)图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量检测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应为______________，正极反应为____________________。

(3)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3所示：

电池中的负极为____(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为______________，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为____L。

解析：(1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5。(2)由信息可知，电解质溶液为酸性，正极1个O2得到4个电子生成H2O，CH3CH2OH、CH3COOH的分子式分别为C2H6O、C2H4O2，碳元素化合价分别为－2、0，可得CH3CH2OH－4e－―→CH3COOH，依据电荷守恒前面减4个负电荷，后面加4个H＋，最后用水配平，即CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋。(3)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol×22.4 L· mol－1＝33.6 L。

答案：(1)负 NO2＋NO－e－===N2O5

(2)CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O

(3)甲 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33.6

10．我国科学家发明了一种Zn­PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：

回答下列问题：

(1)电池中，Zn为____极，B区域的电解质为____(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。

(2)电池反应的离子方程式为___________________________。

(3)阳离子交换膜为图中的___膜(填“a”或“b”)。

(4)此电池中，消耗6.5 g Zn，理论上可产生的容量(电量)为_____毫安时(mAh)(1 mol电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，结果保留整数)。

(5)已知E为电池电动势[电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－)]，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，E__E；ΔG__ΔG(填“>”或“<”)。

(6)Zn是一种重要的金属材料，工业上一般先将ZnS氧化，再采用热还原或者电解法制备。利用H2还原ZnS也可得到Zn，其反应式如下：

ZnS(s)＋H2(g)Zn(s)＋H2S(g)

727 ℃时，上述反应的平衡常数Kp＝2.24×10－6。此温度下，在盛有ZnS的刚性容器内通入压强为1.01×105 Pa的H2，达平衡时H2S的分压为___Pa(结果保留两位小数)。

解析：(1)根据图示可知Zn电极失去电子生成Zn2＋，再与溶液中的OH－结合形成Zn(OH)，所以Zn电极为负极；在A区域电解质为KOH，在B区域电解质为K2SO4溶液，C区域电解质为H2SO4；PbO2电极为正极，得到电子发生还原反应。(2)负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，总反应的离子方程式为PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH)。(3)A区域是KOH溶液，OH－发生反应变为Zn(OH)，为了维持溶液呈电中性，多余的K＋通过交换膜进入到B区域，由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，因此a膜为阳离子交换膜。(4)6.5 g Zn的物质的量是n(Zn)＝＝0.1 mol，Zn是＋2价金属，则转移电子n(e－)＝0.2 mol，1 mol 电子的电量为1F，F＝96 500 C·mol－1，转移0.2 mol电子的电量Q＝0.2 mol×96 500 C·mol－1＝19 300 C，则理论上可产生的容量(电量)为 mAh≈5 361 mAh。(5)由于Zn比Pb活动性强，正极材料都是PbO2，所以Zn­PbO2的电势差比Pb­PbO2的电势差大，则E＞E；不同电池的电势差越大，电池反应的自由能变就越小。则ΔG＜ΔG。(6)由于该反应是反应前后气体体积不变的反应，因此反应前后气体总压强不变，假如H2S占总压强分数为x，则H2为(1－x)，根据平衡常数的含义可得＝2.24×10－6，解得x≈2.24×10－6，所以达到平衡时H2S的分压为2.24×10－6×1.01×105 Pa≈0.23 Pa。

答案：(1)负 K2SO4 (2)PbO2＋SO＋Zn＋2H2O===PbSO4＋Zn(OH) (3)a (4)5 361 (5)＞ ＜ (6)0.23