2020届高考化学专题三第11讲原电池课时作业（含解析）

第11讲 原电池1．现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极C．Pt1电极附近发生的反应为：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋D．Pt2电极附近发生的反应为：O2＋2e－＋2H2O===4H＋解析：D　[A.二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，吸收了空气中的二氧化硫起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且发电，A正确；B.SO2失去电子生成SO，失电子，为负极，在原电池中，阳离子向正极移动，H＋从Pt1(负极)向Pt2(正极)移动，B正确；C.SO2失去电子生成SO，电解质溶液为酸性，根据得失电子守恒，负极的方程式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，C正确；D.选项中的方程式O2＋2e－＋2H2O===4H＋，电荷不守恒和原子个数不守恒，应该为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D不正确。]2．锂—铜空气燃料电池是低成本高效电池。该电池通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－。下列说法不正确的是(　　)A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动B．通空气时，铜被腐蚀，产生Cu2OC．放电时，正极的电极反应式为：Cu2O＋2H＋＋2e－===2Cu＋H2OD．整个反应过程中，氧化剂为O2解析：C　[A.放电时，阳离子向正极移动，则Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A正确；B.放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可以知道通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，B正确；C.正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C错误；D.通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，得电子的物质是氧气，所以氧气为氧化剂，D正确。]3．最近报道的一种处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图如下。装置工作时，下列说法不正确的是(　　)A．化学能转变为电能B．盐桥中K＋向X极移动C．电子由X极沿导线流向Y极D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2＋6H2O，周围pH增大解析：B　[根据题意，利用该装置发电，说明该装置为原电池装置，根据图像，NH3在X电极上转化成N2，N的化合价由－3价→0价，化合价升高，根据原电池工作原理，即X电极为负极，则Y电极为正极；A.该装置为电池，将化学能转化成电能，A正确；B.根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，即K＋向Y电极移动，B错误；C.根据原电池的工作原理，电子从X电极经外电路流向Y电极，C正确；D.根据图像，Y电极上NO→N2，化合价降低，电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，消耗H＋，因此pH增大，D正确。]4．将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是(　　)A．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀B．b中铁钉附近呈现红色C．b中发生吸氧腐蚀D．a中铜丝附近有气泡产生解析：B　[A项，a构成的是铁铜原电池，铁作为负极：Fe—2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，正确；B项，b中构成铁铝原电池，铝作负极被氧化，铁作正极被保护，没有Fe3＋生成，铁钉附近不可能呈现红色，错误；C项，b中发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，a中发生的是析氢腐蚀，正极铜丝附近有H2生成而产生气泡，正确。]5．某同学做了如下实验：装置现象电流计指针未发生偏转电流计指针发生偏转下列说法正确的是(　　)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、Ⅱ均未被腐蚀解析：A　[Fe在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀，加热铁片Ⅰ所在烧杯使铁片Ⅰ失电子的速率加快，导致铁片Ⅰ失电子速率大于铁片Ⅱ失电子速率，会有电子通过电流计，电流计指针会发生偏转，A正确；右图装置中“电流计指针发生偏转”说明形成了原电池，左边烧杯中氯化钠溶液浓度较大，腐蚀速率较快，铁片Ⅲ作负极，失电子生成亚铁离子，向其附近溶液加KSCN溶液无现象，铁片Ⅳ作正极被保护，向其附近溶液加KSCN溶液也无现象，因此不能判断电池正、负极，B错误；左图装置没有形成原电池，右图装置形成了原电池，形成原电池会加快反应速率，故铁片Ⅲ的腐蚀速率比铁片Ⅰ的腐蚀速率快，C错误；铁片Ⅰ、Ⅱ都发生了吸氧腐蚀，但二者的腐蚀速率相同，故“电流计指针未发生偏转”，D错误。]6．如图是发表于《科学进展》期刊的一种能够捕捉CO2的电化学装置。下列说法正确的是(　　)A．该装置将电能转化为化学能B．正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2OC．每生成1 mol的草酸铝，外电路中转移3 mol电子D．随着反应的进行，草酸盐的浓度减小解析：B　[该装置是原电池，将化学能转化为电能，A错误。根据装置图可知，铝作负极，石墨电极作正极，由图示可知二氧化碳在正极得电子变成草酸根，正极的电极反应为2CO2＋2e－===C2O，B正确。铝作负极，每生成1 mol Al2(C2O4)3，外电路中转移6 mol电子，C错误。每转移6 mol电子时，正极产生3 mol草酸根，负极消耗3 mol草酸根，故草酸盐的浓度不变，D错误。]7．中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池(如图所示)，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法中正确的是(　　)A．a极为正极B．随着反应不断进行，负极区的pH不断增大C．b极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－D．消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02mol电子解析：D　[此装置为燃料电池，燃料为葡萄糖(C6H12O6)，被氧化后生成葡萄糖内酯(C6H10O6)，a为负极，A错误；a极反应为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋，负极区pH不断减小，B错误；生成的H＋移动到b极，b电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，C错误；由电极反应式可知每消耗0.01 mol葡萄糖，电路中转移0.02 mol电子，D正确。]8．一种突破传统电池设计理念的MgSb液态金属储能电池，其工作原理如图所示。该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后，可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)A．放电时，Mg(液)层的质量减小B．放电时，正极反应式为Mg2＋＋ 2e－===MgC．充电时，MgSb(液)层发生还原反应D．充电时，Cl－向中层和下层分界面处移动解析：C　[由图中电流方向可知，放电时Mg(液)为负极，发生氧化反应：Mg－2e－===Mg2＋，Mg(液)层的质量减小，A正确；放电时MgSb(液)层是正极，由题中描述中间层熔融盐的组成及浓度不变可知，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg，B正确；MgSb(液)层放电时为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应，C错误；该电池充电时，上层是阴极、下层是阳极，Cl－向阳极移动，D正确。]9．据最近报道，中国的首艘国产航母“山东号”已经下水。为保护航母、延长其服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是(　　)A．方法1为外加电流的阴极保护法B．方法2为牺牲阳极的阴极保护法C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜D．方法2中舰体连接电源的负极解析：D　[舰体是由钢板制成的，方法1舰体镶嵌的金属块必须是比铁活泼的金属，如锌等，不能用锡和铜等金属活动性弱于铁的金属，该方法为牺牲阳极的阴极保护法，故A、C错误。方法2航母舰体必须与电源负极相连，该方法为外加电流的阴极保护法，故D正确，B错误。]10．锂碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，负极是锂，正极是聚2乙烯基吡啶(P2VP)和I2复合物，工作原理为2Li＋P2VP·nI2===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，下列叙述错误的是(　　)A．该电池是电解质为非水体系的二次电池B．工作时Li＋向正极移动C．正极反应式为P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2D．该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点解析：A　[锂碘电池的负极是锂，锂会与水反应生成LiOH和H2，且该电池不是可充电电池，故该电池是电解质为非水体系的一次电池，A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，故Li＋向正极移动，B正确；负极反应式为Li－e－===Li＋，结合电池总反应式可得，正极反应式为P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－===2LiI＋P2VP·(n－1)I2，C正确；该电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10年，据此推测，该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点，D正确。]11．锂空气充电电池有望成为电动汽车的实用储能设备。工作原理示意图如下，下列叙述正确的是(　　)A．该电池工作时Li＋向负极移动B．Li2SO4溶液可作该电池的电解质溶液C．电池充电时间越长，电池中Li2O含量越多D．电池工作时，正极可发生反应：2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2解析：D　[原电池中，阳离子应该向正极移动，A错误；单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以该电池中不能使用水溶液作电解质溶液，B错误；电池充电时的反应与放电时的反应互为逆过程，因此充电时间越长，Li2O含量应该越少，C错误；题目给出正极反应为xLi＋＋O2＋xe－===LixO2，当反应中O的化合价由0价变为－1价时，1个O2参与反应转移2个电子，所以x＝2，正极反应为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，D正确。]12．完成下列各题。(1)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入图甲装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能。①M极发生的电极反应式为________________，N极区溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。②若使该装置的电流强度达到2.0 A，理论上8 min内应向负极通入标准状况下气体的体积为________L(已知：1个电子所带电量为1.6×10－19 C，阿伏加德罗常数为6×1023)。(2)图乙是硼氢化钠过氧化氢燃料电池示意图。该电池工作时，正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，负极的电极反应式为____________________________________________________________________________________。(3)如图丙是某甲醇燃料电池工作的示意图。质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1的H2SO4溶液。电极a上发生的电极反应式为________________，当电池中有1 mol e－发生转移时左右两侧溶液的质量之差为________g(假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。(4)如图丁是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。①催化剂a表面发生的电极反应式：_____________________________________。②标准状况下每回收44.8 L CO2转移的电子数为________________。解析：(1)①由图可知，SO2在M极发生失电子的氧化反应生成H2SO4：SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。N极上O2在酸性条件下发生得电子的还原反应：4H＋＋O2＋4e－===2H2O，溶液的酸性减弱，pH变大。②负极发生的是SO2失电子的氧化反应，负极通入标准状况下的气体体积可用V表示，则×2×6×1023×1.6×10－19＝2.0×8×60，解得V＝0.112 L。(2)由图乙知在B极发生反应H2O2＋2e－===2OH－，B极得电子，发生还原反应，故B极为正极，由于生成了OH－，正极附近溶液的pH增大；负极发生失电子的氧化反应，H元素化合价由－1价升高至＋1价，再结合电荷守恒可得负极的电极反应式为BH＋8e－＋8OH－===BO＋6H2O。(3)a极通入的是甲醇，是燃料电池的负极，在酸性介质中CH3OH失电子发生氧化反应生成CO2，根据得失电子守恒及电荷守恒可得a极电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。当电池中有1 mol e－发生转移时左侧溶液通入甲醇、逸出CO2，质量减少了 mol×(44－32) g·mol－1＝2 g，同时还有1 mol H＋移向右侧，减少了1 g，所以左侧溶液质量共减少3 g；右侧b极发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当电池中有1 mol e－发生转移时右侧溶液增重 mol×32 g·mol－1＝8 g，加上从左侧转移过来的1 g H＋，所以右侧共增重9 g，因此左右两侧溶液的质量之差为9 g＋3 g＝12 g。(4)①由图可知，催化剂a表面水失电子生成氧气，发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。②HCOOH中碳为＋2价，CO2中碳为＋4价，标准状况下每回收44.8 L CO2转移的电子数为×6.02×1023 mol－1×(4－2)＝2.408×1024。答案：(1)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋　变大②0.112(2)增大　BH－8e－＋8OH－===BO＋6H2O(3)CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　12(4)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋②2.408×1024