2020-2021学年高二化学重难点训练：原电池及化学电源

2020-2021学年高二化学重难点训练：原电池及化学电源

2020-2021 学年高二化学重难点训练：原电池及化学电源 一、选择题（每小题只有一个正确选项，共 10*6 分） 1．（ 2020 全国高考 3 卷真题）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： --3-- 2442VB+16OH-11e=VO+2B(OH)+4HO 该电池工作时，下列说法错误的是 A．负载通过 0.04 mol 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 3 222444VB11O20OH6H O8B(OH)4VO 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 【答案】B 【解析】A．当负极通过 0.04mol 电子时，正极也通过 0.04mol 电子，根据正极的电极方程式，通过 0.04mol 电子消耗 0.01mol 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 - 4B (O H) +4 3- 4VO ，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．下列有关电池的说法不正确的是 A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D．锌锰干电池中，锌电极是负极 【答案】B 【解析】A 项，手机锂离子电池可以多次充放电，因此是二次电池，故 A 项正确；B 项，铜锌原电池工作的 时候，锌作负极，铜作正极，电子应该是从锌电极经导线流向铜电极，故 B 项错误；C 项，甲醇燃料电池就 是将甲醇内部的化学能转化为电能的装置，故 C 项正确；D 项，锌的化学性质比锰要活泼，因此锌锰干电池 中锌是负极，故 D 项正确。答案选 B。 3．某小组设计如图装置(盐桥中盛有浸泡了 KNO3 溶液的琼脂)研究电化学原理。下列叙述正确的是 A．银片为负极，发生的反应为 Ag＋＋e－=Ag B．进行实验时，琼脂中 K＋移向 Mg(NO3)2 溶液 C．用稀硫酸代替 AgNO3 溶液，可形成原电池 D．取出盐桥，电流表依然有偏转 【答案】C 【解析】A. 银片为正极，发生的反应为 Ag＋＋e－=Ag，A 不正确；B. 进行实验时，琼脂中 K＋移向正极区，B 不正确；C. 用稀硫酸代替 AgNO3 溶液，正极上生成氢气，可形成原电池，C 正确；D. 取出盐桥，不能形成 闭合回路，电流表不可能偏转，D 不正确。综上所述，本题选 C。 4．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的 总反应方程式为 Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( ) A．Li 是正极，电极反应式为 Li－e－＝Li＋ B．Li 是负极，电极反应式为 Li－e－＝Li＋ C．MnO2 是负极，电极反应式为 MnO2＋e－＝MnO2 - D．Li 是负极，电极反应式为 Li－2e－＝Li2＋ 【答案】B 【解析】在原电池中，失电子的金属为负极，发生失电子的氧化反应，得电子的物质在正极发生还原反应， 锂电池是一种体积小，储存能量较高的可反复充电的环保电池。A．根据锂电池的总反应式 Li+MnO2=LiMnO2， 失电子的金属 Li 为负极，电极反应为：Li-e-=Li+，故 A 错误；B．根据锂电池的总反应式 Li+MnO2=LiMnO2， 失电子的金属 Li 为负极，电极反应为：Li-e-=Li+，故 B 正确；C．MnO2 是正极，电极反应为 MnO2+e-=MnO2 -， 故 C 错误；D．负极电极反应为：Li-e-=Li+，故 D 错误；故答案为 B。 5．我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S，已知 甲池中发生反应： 。 下列说法正确的是( ) A．甲池中碳棒上发生的电极反应为 AQ＋2H＋－2e－===H2AQ B．乙池溶液中发生的反应为 H2S＋I3 -===3I－＋S＋2H＋ C．该装置中电能转化为光能 D．H＋从甲池移向乙池 【答案】B 【解析】A、甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即 AQ+2H++2e-=H2AQ，A 错误；B、在乙池 中，硫化氢失电子生成硫单质，碘单质得电子生成 I-，发生的反应为 H2S+I3 -＝3I-+S↓+2H+，B 正确； C、根据图中信息知道是将光能转化为电能的装置，C 错误；D、装置的是原电池装置，原电池中阳离子移向 正极，甲池中碳棒是正极，所以氢离子从乙池移向甲池，D 错误；答案选 B。 6．一铜空气燃料电池是一种“高容量、低成本”的新型电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”“产 生电力，其中放电过程为 +- 222Li+Cu O+H O=2Cu+2Li +2OH 。下列说法不正确的是 A．通空气时，铜腐蚀表面产生 2C u O B．放电时， +Li 透过固体电解质向 Cu 极移动 C．放电时，负极的电极反应式为 -- 22CuO+HO+2e=2Cu+2OH D．整个过程中，铜相当于催化剂 【答案】C 【解析】放电时，锂失电子作负极，Cu 上 O2 得电子作正极，负极上电极反应式为 Li-e-═Li+，正极上电极 反应式为 O2+4e-+2H2O=4OH-，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。A．放电过程为 2Li+Cu2O+H2O ═2Cu+2Li++2OH-，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu2O，故 A 正确；B．因为原电池放电时，阳离子移 向正极，所以 Li+透过固体电解质向 Cu 极移动，故 B 正确；C．该电池通过一种复杂的铜腐蚀而产生电力， 由方程式可知负极的电极反应式为 Li-e-═Li+，故 C 错误；D．由 C 项分析知，铜先与氧气反应生成 Cu2O， 放电时 Cu2O 重新生成 Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，故 D 正确。故选 C。 7．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−＋H2O 2Ag＋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 【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−＋ H2O 2Ag＋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。 8．“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 A．O2 在 b 极得电子，最终被还原为 2 3CO  B．放电过程中，电子由电极 a 经导线流向电极 b C．该电池工作时， 经“交换膜 2”移向 b 极 D．H2 参与的电极反应为： -2 2322H-2eCO=H OCO++ 【答案】C 【解析】在燃料电池中，通入 O2 的电极为正极，即 b 极为正极，a 极为负极。A. O2 在 b 极得电子，生成的 O2-与 CO2 反应，最终 O2 被还原为 ，A 正确；B. 放电过程中，电子由负极经导线流向正极，即由电极 a 经导线流向电极 b，B 正确；C. 该电池工作时，因为 b 极不断生成 ，所以 经“交换膜 2”移向左 侧，C 错误；D. H2 在负极失电子生成 H+，与 CO3 2-结合生成水和二氧化碳气体，参与的电极反应为： ，D 正确。故选 C。 9．我国最近在太阳能光电催化一化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正 确的是（ ） A．该工艺中光能最终转化为化学能 B．该装置工作时，H+由 b 极区流向 a 极区 C．a 极上发生的电极反应为 Fe3++e-=Fe2+ D．a 极区需不断补充含 Fe3+和 Fe2+的溶液 【答案】D 【解析】根据图示，b 极上氢离子转化为氢气，得电子，发生还原反应，a 极上亚铁离子转化为铁离子，失 电子，发生氧化反应，氢离子通过质子交换膜向 b 电极移动。A．该制氢工艺中光能转化为化学能，最终转 化为电能，故 A 错误；B．根据图示，该装置工作时，H+由 b 极区放电生成氢气，由 a 极区流向 b 极区，故 B 错误；C．a 极上亚铁离子转化为铁离子，失电子，发生氧化反应，电极反应为 Fe2+-e-= Fe3+，故 C 错误； D．该过程涉及两个反应步骤，第一步利用 Fe2+-e-= Fe3+生成的氧化性强的 Fe3+捕获 H2S 得到硫，所以 a 极区 需不断补充含 Fe3+和 Fe2+的溶液，故 D 正确；答案选 D。 10．下图为一种利用原电池原理设计测定 O2 含量的气体传感器示意图，RbAg4I5 是只能传导 Ag+的固体电解质。 O2 可以通过聚四氟乙烯膜与 AlI3 反应生成 Al2O 3 和 I2，通过电池电位计的变化可以测得 O2 的含量。下列说 法正确的是（ ） A．正极反应为：3O2+12e-+4Al3+=2Al2O3 B．传感器总反应为：3O2+4AlI3+12Ag=2Al2O3+12AgI C．外电路转移 0.01mol 电子，消耗 O2 的体积为 0.56L D．给传感器充电时，Ag+向多孔石墨电极移动 【答案】B 【解析】由图可知，传感器中发生 4AlI3+3O2═2Al2O3+6I2，原电池反应为 2Ag+I2=2AgI，所以原电池的负极 发生 Ag-e－=Ag＋，正极发生 I2+2Ag＋+2e－=2AgI，充电时，阳极与外加电源正极相接、阴极阴极与外加电源负 极相接，反应式与正极、负极反应式正好相反。A．原电池正极电极反应为 I2+2Ag＋+2e－=2AgI，故 A 错误； B．由题中信息可知，传感器中首先发生①4AlI3+3O2═2Al2O3+6I2，然后发生原电池反应②2Ag+I2=2AgI，① +3②得到总反应为 3O2+4AlI3+12Ag═2Al2O3+12AgI，故 B 正确；C．没有指明温度和压强，无法计算气体体积， 故 C 错误；D．给传感器充电时，Ag＋向阴极移动，即向 Ag 电极移动，故 D 错误；故选 B。 二、主观题（共 2 小题，共 40 分） 11．（ 18 分）某研究性学习小组根据反应 2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O 设计如 下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol·L－1，溶液的体积均为 200 mL，盐桥中 装有饱和 K2SO4 溶液。 回答下列问题： （1）此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。 （2）电池工作时，盐桥中的 SO4 2-移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 （3）两烧杯中的电极反应式分别为 甲__________________________________________________________________； 乙________________________________________________________________。 （4）若不考虑溶液的体积变化，MnSO4 浓度变为 1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为____mol。 【答案】（每空 3 分）（1）a 还原（2）乙（3）MnO4 -＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－=5Fe3＋（4） 0.5 【解析】(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4 作氧化剂，发生还原反应，故石墨 a 是正极。(2)电 池工作时，SO4 2-向负极移动，即向乙烧杯移动。 (3)甲烧杯中的电极反应式为 MnO4 -＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为 5Fe2＋－5e－=5Fe3＋。 (4)溶液中的 MnSO4 浓度由 1 mol·L－1 变为 1.5 mol ·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的 MnSO4 的物质的量为 0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为 0.1 mol×5＝0.5 mol。 18．（ 22 分）人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在 宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境 造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题： (1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水 中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl ①该电池的负极反应式是____________； ②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的________极(填“正”或“负”)； ③外电路每通过 4 mol 电子时，生成 Na2Mn5O10 的物质的量是________； (2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH 是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池 的工作原理如图所示。 ①该电池工作时，b 口通入的物质为_________； ②该电池负极的电极反应式_________； ③工作一段时间后，当 6.4 g 甲醇完全反应生成 CO2 时，有________个电子转移。 (3)Ag2O2 是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2 转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_________； 【答案】（除标注外，每空 3 分）(1)①Ag+Cl--e-=AgCl ②正 ③2 mol (2) ①CH3OH ② CH3OH-6e-+H2O===CO2＋6H+ ③1.2NA (3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4+2Ag（4 分） 【解析】（1）①根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl 可知，Ag 元素的化合价由 0 价失电子升 高到+1 价，发生氧化反应，Ag 应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl--e-=AgCl；答案 为 Ag+Cl--e-=AgCl。 ②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动；答案为正。 ③根据方程式中 5molMnO2 生成 1molNa2Mn5O10，化合价共降低了 2 价，所以每生成 1molNa2Mn5O10 转移 2mol 电 子，则外电路每通过 4mol 电子时，生成 Na2Mn5O10 的物质的量是 2mol；答案为 2mol。 （2）①据氢离子移动方向知，阳离子向正极移动，则右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料 甲醇；答案为 CH3OH。 ②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，负极上甲醇失电子和水反应生 成二氧化碳和氢离子，电极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；答案为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。 ③根据 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+反应知，消耗 1mol 甲醇要转移 6mol 电子，当 6.4g 甲醇完全反应生成 CO2 时， 转移电子的物质的量 n═ 6.4 632g / g mol  =1.2mol，则转移电子个数为 1.2NA；答案为 1.2NA。 （3）电池放电时正极的 Ag2O2 转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，正极电极反应式为 Ag2O2+4e-+2H2O═ 2Ag+4OH-，负极电极反应式为 2Zn-4e-+8OH-═2Zn(OH)4 2-，反应还应有 KOH 参加，反应的总方程式为： Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag；答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O═2K2Zn(OH)4+2Ag。