高中化学原电池原理及其应用附练习题

这是一份高中化学原电池原理及其应用附练习题，共14页。试卷主要包含了解答新型化学电源的步骤，燃料电池电极反应式的书写，其他新型一次电池等内容，欢迎下载使用。

构建如图Zn—Cu—H2SO4原电池模型，通过类比模型，结合氧化还原反应知识(如：化合价的变化、得失电子情况等)，能迅速判断原电池的正、负极，弄清楚外电路中电子的移动情况和内电路中离子的移动情况，准确书写电极反应式和电池总反应式，掌握原电池的工作原理。
2.原电池正、负极的判断
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应；正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断。电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
3．解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失电子的为负极反应。
(4)电极反应式→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
注意：（1）在正负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。
（2）电池电极反应式书写：H+在碱性环境中不存在；O2-在水溶液中不存在,在酸性环境中结合H+,生成H2O,在中性或碱性环境中结合H2O,生成OH-。
（3）阳离子趋向正极,在正极上参与反应,在负极上生成(如H+);阴离子趋向负极,在负极上参与反应,在正极上生成(如OH-、O2-、CO32—)。
（4）“-ne-”相当于正电荷,“+ne-”相当于负电荷,依据电荷守恒配平其他物质的系数。
4．燃料电池电极反应式的书写(以氢氧燃料电池为例)
5．其他新型一次电池
（1）钠硫电池： 总反应：2Na＋xS===Na2Sx
正极：xS＋2e－===S
负极：2Na－2e－===2Na＋
（2）全钒液流电池： 总反应：VO2+＋2H＋＋V2＋V3＋＋VO2＋＋H2O
正极：VO＋2＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
负极：V2＋－e－===V3＋
（3）锂铜电池： 总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－
正极：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－
负极：2Li－2e－===2Li＋
（4）MgH2O2电池： 总反应：H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2＋＋2H2O
正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O
负极：Mg－2e－===Mg2＋
（5）MgAgCl电池： 总反应：Mg＋2AgCl===2Ag＋MgCl2
正极：2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag
负极：Mg－2e－===Mg2＋
真题训练
1．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH—-11e—=VO43—+2B(OH)4—+4H2O该电池工作时，下列说法错误的是
A．负载通过0.04 ml电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2+11O2+20OH—+6H2O =4VO43—+8B(OH)4—
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
2．微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是
A．负极反应为 CH3COO-+2H2O-8e—=2CO2+7H+
B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C．当电路中转移1ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5g
D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1
3．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4．为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−NiOOH(s)+H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−ZnO(s)+H2O(l)
D．放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区
5．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−Fe3+
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
6．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是
A．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加
B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−
C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
7．一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是
A．电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2
B．正极反应式为：Mg－2e－＝Mg2＋
C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D．电子的移动方向由a经外电路到b
8．最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++S+2EDTA-Fe2+
该装置工作时，下列叙述错误的是
A．阴极的电极反应：CO2+2H++2e-＝CO+H2O
B．协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性
9．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－ ==== 2H2O
C．电池的总反应是2H2＋O2 ==== 2H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO4—向左移动
参考答案
1.【答案】B
【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成VO43—和B(OH)4—，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8 B(OH)4—+4 VO43—，据此分析。
A．当负极通过0.04ml电子时，正极也通过0.04ml电子，根据正极的电极方程式，通过0.04ml电子消耗0.01ml氧气，在标况下为0.224L，A正确；
B．反应过程中正极生成大量的OH-使正极区pH升高，负极消耗OH-使负极区OH-浓度减小pH降低，B错误；
C．根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8 B(OH)4—+4 VO43—，C正确；
D．电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确；故选B。
2.【答案】B
【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。
A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确；
B．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；
C．当电路中转移1ml电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1mlClˉ移向负极，同时有1mlNa+移向正极，即除去1mlNaCl，质量为58.5g，故C正确；
D．b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8ml电子时，正极产生4ml气体，根据负极反应式可知负极产生2ml气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D正确；故答案为B。
3.【答案】B
【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。
A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；
B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；
C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；
D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。故选B。
4.【答案】D
【解析】A、三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；
B、充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH− (aq)− e− ＝NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；
C、放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH− (aq)− 2e− ＝ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；
D、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH− 通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。答案选D。
5.【答案】C
【解析】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe−2e−=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e−=4OH−；据此解题；
A.在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e−=Fe2+，故A错误；
B.铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；
C.活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；
D.以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；
综上所述，本题应选C.
6.【答案】A
【解析】A.Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；B. Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag,结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−，B项正确；C.Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn−2e−=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；D.铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。故答案选A。
7.【答案】BC
【解析】A. 电池总反应式为：2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2，不符合题意；
B. 正极应该是氧气得电子，发生还原反应，反应式为：O2+4e-+4OH-=2H2O，符合题意；
C.氧气在正极参与反应，符合题意；
D.外电路中，电子由负极移向正极，该反应中a为负极，b为正极，故不符合题意；
故答案为BC。
8．【答案】C
【解析】该装置属于电解池，CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。
A、CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2+H＋+2e－＝CO+H2O，A正确；
B、根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；
C、石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；
D、由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。答案选C。
9．【答案】C
【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。答案选C。