2020届高考化学一轮复习原电池　化学电源作业

2020届高考化学一轮复习原电池　化学电源作业

‎[A级　全员必做题]‎ ‎1.下列关于原电池的叙述中正确的是（　　）‎ A.正极和负极必须是金属 B.原电池是把化学能转化成电能的装置 C.原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应 D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成 解析　一般普通原电池中负极必须是金属，正极可以是金属或非金属导体，A错误；原电池是把化学能转化成电能的装置，B正确；原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，C错误；锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上有0.2 g氢气生成，D错误。‎ 答案　B ‎2.各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（　　）‎ A.手机上用的锂离子电池可以用KOH溶液作电解液 B.锌锰干电池中，锌电极是负极 C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被还原 D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 解析　锂能与水反应，不能用水溶液作电解液，A错误；锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2＋为负极，B正确；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化，C错误；太阳能电池的主要材料为硅，D错误。‎ 答案　B ‎3.（2019·深圳模拟）如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是（　　）‎ A.铜片表面有气泡生成 B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 C.如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动 D.如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变 解析　铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所以Cu上有气泡生成，故A正确；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，故B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误；金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，所以电路中的电流方向不变，故D正确。‎ 答案　C ‎4.（2019·山东滨州月考）下列有关说法中错误的是（　　）‎ A.某燃料电池用熔融碳酸盐作电解质，两极分别通入CO和O2，则通入CO的一极为负极，电极反应式为CO－2e－＋CO===2CO2‎ B.Zn粒与稀硫酸反应制氢气时，为加快反应速率，可在反应过程中滴加几滴CuSO4溶液 C.根据自发氧化还原反应Cu＋2NO＋4H＋===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O设计原电池，可在常温下用铜和铁作电极，使用浓硝酸作电解质溶液 D.原电池中电子从负极出发，经外电路流向正极，再从正极经电解液回到负极构成闭合回路 答案　D ‎5.（2019·福建厦门第一次质量检测）铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·（氢原子）；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH（羟基自由基）。下列说法错误的是（　　）‎ A.无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋‎ B.不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·‎ C.鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 D.处理含有草酸（H2C2O4）的污水时，上端开口应打开并鼓入空气 解析　根据铁碳微电解装置示意图可知，Fe为原电池负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，故A正确；由题意可知上端开口关闭，可得到强还原性的H·，则不鼓入空气时，正极的电极反应式为H＋＋e－===H·，故B正确；鼓入空气时，正极的电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===2·OH，每生成1 mol·OH有1 mol电子发生转移，故C错误；处理含有草酸（H2C2O4）的污水时，因C2O具有很强的还原性，与氧化剂作用易被氧化为CO2和H2O，则上端开口应打开并鼓入空气生成强氧化性的·OH，以氧化H2C2O4处理污水，故D正确。‎ 答案　C ‎ ‎6.（2018·安徽“江南十校”第一次联考）某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理见图。下列说法正确的是（　　）‎ A.a为CH4，b为CO2 ‎ B.CO向正极移动 ‎ C.此电池在常温时也能工作 ‎ D.正极电极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析　由图可知a为负极，发生反应：CH4－8e－→CO2，电池中传导的是CO，利用CO平衡电荷得：CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O，b极通入空气，发生反应：2O2＋4CO2＋8e－===4CO，A、B错误，D正确；熔融碳酸盐，在常温下不能进行，C错误。‎ 答案　D ‎7.（2019·山东济宁期末）H2S 废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应原理为：2H2S（g）＋O2（g）===S2（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－632 kJ·mol－1。下图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法不正确的是（　　）‎ A.电路中每流过2 mol电子，电池内部释放316 kJ热能 B.每34 g H2S参与反应，有2 mol H＋经质子膜进入正极区 C.电极a为电池的负极 D.电极b上发生的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 解析　A项原电池中能量转换形式为化学能转化为电能，故A项错误。‎ 答案　A ‎8.我国对可呼吸的钠——二氧化碳电池的研究取得突破性进展，该电池的总反应式为：4Na＋3CO22Na2CO3＋C，其工作原理如图所示（放电时产生的碳酸钠固体储存于碳纳米管中）。关于该电池，下列说法错误的是（　　）‎ A.充电时，Na＋从阳极向阴极移动 B.可以用乙醇代替TEGDME作有机溶剂 C.放电时，当转移1 mol电子时负极质量减轻23 g D.放电时，正极反应式为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C 解析　已知4Na＋3CO22Na2CO3＋C，放电时Na为负极，充电时Na金属片连接电源的负极为阴极；A.充电时是电解池，Na＋从阳极向阴极移动，故A 正确；B.Na能与乙醇反应，不可代替TEGDME做有机溶剂，故B错误；C.放电时，当转移1 mol电子时，负极氧化的钠为1 mol，即质量减轻23 g，故C正确；D.放电时，正极上CO2发生还原反应生成C，发生的电极反应为3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C，故D正确。‎ 答案　B ‎9.（2018·安徽皖北协作区联考）一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是（　　）‎ A.Cl－由中间室移向左室 B.X气体为CO2‎ C.处理后的含NO废水的pH降低 D.电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4 L 解析　该电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子Cl－移向负极室（左室），A项正确；有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，所以X气体为CO2，B项正确；正极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液酸性减小，溶液的pH增大，C项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为×6×22.4＝22.4（L），D项正确。‎ 答案　C ‎10.蓄电池是一种反复充电、放电的装置。有一种蓄电池在充电和放电时发生 的反应如下：NiO2＋Fe＋2H2OFe（OH）2＋Ni（OH）2。‎ ‎（1）此蓄电池在充电时，电池负极应与外加电源的　　　　极连接，电极反应式为__________________________________________________________________。‎ ‎（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，电解以下溶液，开始阶段发生反应：‎ Cu＋2H2O===Cu（OH）2＋H2↑的有　　　　。‎ A.稀硫酸 B.NaOH溶液 C.Na2SO4溶液 D.CuSO4溶液 E.NaCl溶液 ‎（3）假如用此蓄电池电解以下溶液（电解池两极均为惰性电极），工作一段时间后，蓄电池内部消耗了0.36 g水，则：电解足量N（NO3）x溶液时某一电极析出了a g金属N，则金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝　　　　（用含a、x的代数式表示）。‎ ‎（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH4为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4－‎ ‎8e－＋4CO===5CO2＋2H2O，则正极的电极反应式为_____________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ 解析　（1）此蓄电池在充电时，电池阴极应与外加电源的负极连接，发生氢氧化亚铁得电子的还原反应，其电极反应式为Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－。‎ ‎（2）以铜为电极，用此蓄电池作电源，则阳极铜失去电子，根据总电极方程式可知阴极是氢离子得到电子，铜离子与氢氧根结合生成氢氧化铜沉淀，稀硫酸溶液显酸性，不能生成氢氧化铜，A错误；氢氧化钠溶液显碱性，阴极氢离子放电，可以产生氢氧化铜，B正确；铜电极电解硫酸钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢氧化铜，C正确；铜电极电解硫酸铜溶液，开始阴极铜离子放电，D错误；铜电极电解氯化钠溶液，阴极氢离子放电，破坏水的电离平衡，产生氢氧化铜，E正确。‎ ‎（3‎ ‎）假如用此蓄电池电解以下溶液（电解池两极均为惰性电极），工作一段时间后，蓄电池内部消耗了0.36 g水，即0.02 mol水，根据方程式可知反应中转移0.02 mol电子。电解足量N（NO3）x溶液时某一电极析出了a g金属N，则根据电子得失守恒可知，金属N的相对原子质量R的计算公式为R＝＝50ax。‎ ‎（4）已知该熔融盐电池的负极的电极反应是CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O，则正极是氧气得到电子，根据负极反应式可知，正极电极反应式为2O2＋4CO2＋8e－===4CO。‎ 答案　（1）负　Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－‎ ‎（2）B、C、E　（3）50ax　（4）O2＋2CO2＋4e－===2CO（或2O2＋4CO2＋8e－===4CO）‎ ‎11.（2018·天津静海一中等五校期末联考）某兴趣小组做如下探究实验：‎ ‎（1）图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________________。‎ 反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，则导线中通过　　　　mol电子。‎ ‎（2）如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为_____________________________________________________________，‎ 这是由于NH4Cl溶液显　　　　（填“酸性”“碱性”或“中性”），用离子方程式表示溶液显此性的原因：______________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________。‎ ‎（3）如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则乙装置中石墨（1）为　　　　（填“正”“负”“阴”或“阳”）极，乙装置中与铜线相连的石墨（2）电极上发生反应的反应式为_____________________________________________________________________。‎ ‎（4）将图Ⅱ乙装置中CuCl2溶液改为加入400 mL CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28 g，则此时溶液的pH为_____________________________________________________________________（不考虑反应中溶液体积的变化）。‎ 解析　（1）Fe是活泼电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池的反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12 g时电路中转移电子为x mol，则有x mol××56 g·mol－1＋x mol××64 g·mol－1＝12 g，解得x＝0.2。‎ ‎（2）NH4Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极（即正极）上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎（3）其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则甲装置为原电池，Fe作负极，Cu作正极；乙装置为电解池，则石墨（1）为阴极，石墨（2）为阳极，溶液中Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－‎ ‎===Cl2↑。‎ ‎（4）若将乙装置中电解质溶液改为加入400 mL CuSO4溶液，则阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电极质量增重1.28 g（即析出0.02 mol Cu）时，电路中转移0.04 mol电子。电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，则转移0.04 mol电子时生成0.02 mol H2SO4，则有c（H＋）＝＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝1，故此时溶液的pH为1。‎ 答案　（1）Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2‎ ‎（2）2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋H2ONH3·H2O＋H＋‎ ‎（3）阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　（4）1‎ ‎[B级　拔高选做题]‎ ‎12.某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是（　　）‎ A.正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－‎ B.放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D.当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 解析　根据电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl可知，Ag失电子作负极，氯气在正极上得电子生成氯离子。正极上氯气得电子生成氯离子，其电极反应为：Cl2＋2e－===2Cl－，故A错误；放电时，交换膜左侧银为负极失电子形成银离子与溶液中的氯离子结合成AgCl沉淀，所以左侧溶液中有大量白色沉淀氯化银生成，故B错误；根据电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl可知，用NaCl溶液代替盐酸，电池的总反应不变，故C错误；放电时，当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜在左侧会有0.01 mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动，同时会有0.01 mol Ag失去0.01 mol 电子生成银离子，银离子会与氯离子反应生成氯化银沉淀，所以氯离子会减少0.01 mol，则交换膜左侧溶液中共约减少0.02 mol离子，故D正确；故选D。‎ 答案　D ‎13.2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是（　　）‎ A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C.放电时，a极锂的化合价发生变化 D.放电时，溶液中Li＋从b向a迁移 解析　图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极（a极）迁移，正确。‎ 答案　C ‎14.（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：‎ ‎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10 min，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　　　　移动（填“左”或“右”）；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向　　　　移动（填“左”或“右”）。‎ ‎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是_____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________，‎ 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 g·mol－1≈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。‎ ‎（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