2020版高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 第2节 原电池化学电源课时跟踪练

2020版高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 第2节 原电池化学电源课时跟踪练

第2节 原电池 化学电源 课时跟踪练 一、选择题 ‎1.课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)‎ A．原电池是将化学能转化成电能的装置 B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流 D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 解析：原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中a极为铝条、b极为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中a极为锌片、b极为铜片时锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。‎ 答案：D ‎2．(2016·上海卷)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　)‎ 图1　　　　　图2‎ A．铜棒的质量　　　 B．c(Zn2＋)‎ C．c(H＋) D．c(SO)‎ 解析：该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。‎ 答案：C ‎3．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)‎ 8‎ A．外电路的电流方向为X→外电路→Y B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁 C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y 解析：外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反；X极失电子，作负极，Y极发生的是还原反应，X极发生的是氧化反应；若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。‎ 答案：D ‎4．(2016·全国卷Ⅲ)锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气‎22.4 L(标准状况)‎ 解析：A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大；C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为‎11.2 L(标准状况)。‎ 答案：C ‎5．根据下图判断，下列说法正确的是(　　)‎ A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋‎ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 8‎ D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大 解析：装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大，据此可知A、B错误，D正确；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。‎ 答案：D ‎6．锂电池的构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋‎6C，下列说法错误的是(　　)‎ A．该电池的负极为LiCoO2‎ B．电池中的固体电解质可以是熔融的氯化钠、干冰等 C．充电时的阴极反应：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2‎ D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向 解析：根据锂离子的移动方向，确定LiCoO2是负极，碳电极是正极，电子从负极经外电路移向正极，充电时为电解池，阴极发生得电子的还原反应，故A、C、D正确；干冰是固体二氧化碳，属于非电解质，故B错误。‎ 答案：B ‎7．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如下图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应：2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．该电池为可充电电池 B．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋0.4 mol C．正极反应式：CH2===CH2－2e－＋2OH－===CH3CHO＋H2O D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b 解析：A项，充电时，不能生成乙烯和氧气，不是充电电池，错误；B项，通入氧气的一极是正极，发生的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O，所以每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋‎ 8‎ ‎ 0.4 mol，正确；C项，正极发生还原反应，电极反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O，错误；D项，a极通入乙烯，是电池的负极，b极通入氧气，是电池的正极，电子从负极经外电路流向正极，不会通过磷酸溶液，错误。‎ 答案：B ‎8．一种用于驱动潜艇的液氨液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是(　　)‎ A．该电池工作时，每消耗‎22.4 L NH3转移3 mol电子 B．电子由电极A经外电路流向电极B C．电池工作时，OH－向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋ 4H＋＋ 4e－===2H2O 解析：温度、压强未知，不能计算‎22.4 L NH3的物质的量，A错误；该电池中通入氧气的电极B为正极，电极A为负极，电子由电极A经外电路流向电极B，B正确；电池工作时，OH－向负极移动，C错误；该电池电解质溶液为NaOH溶液，电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。‎ 答案：B ‎9．下图是一种燃料型电池检测仪的工作原理示意图。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该仪器工作时酒精浓度越大，则电流强度越大 B．工作时外电路电子流向为X→Y C．检测结束后，X极区的pH增大 D．电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O 解析：该图为酒精燃料电池，该仪器工作时酒精浓度越大，则单位时间内转移电子数越多，电流强度越大，A正确；燃料电池中通入燃料的一极发生氧化反应作原电池的负极，所以X是负极，Y是正极，电子从外电路的负极流向正极，B正确；酒精发生氧化反应生成乙醛和氢离子，所以X极区的氢离子浓度增大，pH减小，C错误；燃料电池反应的实质就是乙醇与氧气反应生成乙醛和水，所以电池总反应为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O，D正确。‎ 8‎ 答案：C 二、非选择题 ‎10．根据下列原电池的装置图，回答问题：‎ ‎(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将____________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。‎ ‎(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则负极A极材料为________，正极B极材料为________，溶液C为________________。‎ ‎(3)用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：‎ ‎①则d电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__________________________________________________‎ ‎______________________________________________________。‎ ‎②若线路中转移2 mol电子，则上述燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。‎ 解析：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，A为正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑；氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，溶液pH升高；‎ ‎(2)将反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成上图所示的原电池装置，Cu元素的化合价由0价升高到＋2价，失电子作原电池的负极，则负极A极材料为Cu，正极B极材料为石墨，Fe3＋在正极得电子发生还原反应，溶液C用可溶性铁盐，即含Fe3＋的溶液。‎ ‎(3)①根据甲烷燃料电池的结构示意图可知，电子流出的电极为负极，c为负极，d为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子发生还原反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应，所以c电极的反应方程式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。‎ ‎②根据正极电极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，则线路中转移2 mol电子时，消耗的O2为0.5 mol，在标准状况下的体积为0.5 mol×‎22.4 L/mol＝‎11.2 L。‎ 答案：(1) 2H＋＋2e－===H2↑ 升高 ‎(2)Cu　石墨(或比铜活泼性弱的金属)　含Fe3＋的溶液 8‎ ‎(3)①正极　CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　②11.2‎ ‎11．化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。‎ Ⅰ.氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：‎ ‎(1)对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。‎ A．a电极是负极，OH－移向负极 B．b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．电池总反应式为2H2＋O22H2O D．电解质溶液的pH保持不变 E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 ‎(2)上图右边装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时AgNO3溶液的pH＝________(溶液体积变化忽略不计)。‎ Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ/mol，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为__________________________________，正极的反应式为 ‎______________________________________________________。‎ 理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。‎ 解析：Ⅰ.(1)反应条件不是点燃，C错误；随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，D错误。‎ ‎(2)右池为电解池，其电极反应为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1。Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝×100%≈96.6%。‎ 答案：Ⅰ.(1)CD　(2)1　Ⅱ.CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋　O2＋4H＋＋4e－===2H2O　96.6%‎ ‎12．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置：‎ 8‎ ‎①该电池放电时正极的电极反应式为_____________________；‎ 若维持电流强度为‎1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn________g(已知F＝96 ‎500 C·mol－1)。‎ ‎②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。‎ ‎③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，电池正极的电极反应式为____________________________，A是________。‎ ‎(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如下图所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_______________________________‎ ‎______________________________________________________。‎ 解析：(1)①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为‎1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量0.006 217 6 mol÷2×65≈‎0.2 g(已知F＝96 ‎500 C·mol－1)。‎ ‎②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。‎ ‎③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。‎ 8‎ ‎(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。‎ ‎(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。‎ 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　②右　左　③使用时间长、工作电压稳定 ‎(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化铵　(3)从b到a　CO＋O2－－2e－===CO2‎ 8‎