高考化学一轮优化探究练习：第06章第21讲《原电池　化学电源》（含详解）

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课时作业1．下列示意图中能构成原电池的是(　　)解析：Cu、C与稀硫酸都不反应，A装置不能构成原电池；Al与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，B装置能构成原电池；C装置中的“导线”不是盐桥，不能构成原电池；D装置中缺少盐桥。答案：B2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　) ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3Fe(NO3)2CuSO4Fe2(SO4)3解析：由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。答案：D3. 如图是用化学电源使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．如果将稀硫酸换成柠檬汁，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做正极，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；柠檬汁显酸性也能做电解质溶液，所以将稀硫酸换成柠檬汁，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做正极，所以电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，故D正确。答案：C    4．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　)A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从Cu极流向Zn极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液答案：B5．用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 甲乙丙实验装置现象a不断溶解c的质量增加a上有气泡产生A.装置甲中的b金属是原电池的负极B．装置乙中的c金属是原电池的阴极C．装置丙中的d金属是原电池的正极D．四种金属的活动性顺序：d>a>b>c解析：甲中a不断溶解说明a是负极，活动性：a>b，A错误；原电池用正极或负极命名电极，B错误，由乙中现象知活动性：b>c；丙中d是负极，活动性：d>a，C错误；综上可知D正确。答案：D6. (宁夏中卫质检)如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中不考虑两球的浮力变化)(　　)A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高C．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘体时，A端高B端低D．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘体时，A端低B端高解析：杠杆为导体时，向水槽中滴入浓CuSO4溶液，构成原电池，Fe为负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Cu为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，则A端低B端高；杠杆为绝缘体时，发生Fe与硫酸铜溶液的反应，在Fe的表面附着Cu，铁球质量变大，则A端高B端低，C项正确。答案：C7．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是(　　)A．放电时金属锂做负极B．放电时OH－向正极移动C．水既是氧化剂又是溶剂D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑解析：原电池中活泼金属做负极，锂比铁活泼，故锂做负极，A正确；原电池中，放电时阴离子向负极移动，B错误；金属锂和水反应生成氢氧化锂和氢气，该反应中，水是氧化剂，水在电池中还是溶剂，C正确；锂水电池中，金属锂和水反应生成氢氧化锂和氢气，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故D正确。答案：B8. (北京朝阳统考)纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，图中这种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池说法不合理的是(　　)A．Zn为负极，发生氧化反应B．电池工作时，电子由MnO2流向ZnC．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH解析：锌为负极，失电子发生氧化反应，A正确；电池工作时，电子由Zn(负极)流向MnO2(正极)，B错误；正极上MnO2得到电子，发生的反应为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，C正确；电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，D正确。答案：B9．(合肥质检)某种甲烷燃料电池采用铂做电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过，其基本结构如图，电池总反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O。下列有关说法正确的是(　　)A．电子由a极流出经过负载流向b极B．电解质溶液中H＋移向a极C．每转移1 mol e－，消耗1.6 g CH4D．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析：A项，由电池总反应可知，通甲烷的一极为燃料电池的负极，通空气的一极为燃料电池的正极，则a为负极，b为正极，在原电池中电子从负极移向正极，即由a极流向b极，正确。B项，在原电池中，阳离子从负极移向正极，所以电解质中的氢离子移向b极，错误。C项，由燃料电池的总反应方程式可知，甲烷中C元素从－4价变为＋4价，化合价变化8，则1 mol甲烷参加反应转移的电子的物质的量为8 mol，所以转移1 mol电子，消耗0.125 mol的甲烷，质量为2 g，错误。D项，由装置图可知，该燃料电池的电解质为硫酸，所以正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，错误。答案：A10．(长沙模拟)2015年中美专家研制出可在一分钟内完成充电的超常性能铝离子电池，该电池以金属铝和石墨为电极，用AlCl、Al2Cl和有机阳离子组成电解质溶液，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．放电时，电子由石墨电极经用电器流向铝电极B．充电时，铝电极上发生氧化反应C．充电时，AlCl向铝电极方向移动D．放电时，负极的电极反应为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl解析：Al－3e－―→Al2Cl，利用AlCl平衡电荷，得电极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，铝做负极，石墨做正极，电子由负极流向正极，A项错误、D项正确；B项，充电时，铝为阴极，发生还原反应，错误；C项，放电时，AlCl向铝电极移动，则充电时向石墨电极移动，错误。答案：D11．(1)事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填字母，下同)。a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH>0b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH<0c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH<0若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是________。(填字母序号)a．实验过程中，左侧烧杯中NO浓度不变b．实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作c．若开始时用U形铜代替盐桥，装置中无电流产生d．若开始时用U形铜代替盐桥，U形铜的质量不变解析：(1)根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c。原电池正极发生还原反应，由于是碱性介质，则电极反应中不应出现H＋，故正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)该原电池的工作原理是Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的NO向负极移动，因此左侧烧杯中NO的浓度将增大，a错误。当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b错误。若开始时用U形铜代替盐桥，则左侧烧杯相当于电解装置，而右侧烧杯相当于原电池装置，电极反应从左往右依次为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：Ag＋＋e－===Ag，由此可知c错误、d正确。答案：(1)b　O2＋2H2O＋4e－===4OH－(2)d12．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu做电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内  画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：________________________________________________________________________。负极反应式：________________________________________________________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案：________________________________________________________________________________________________________________________________________________(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)，用离子方程式表示其反应原理：________________________________________________________________________。解析：方案Ⅰ：铁与酸反应产生气泡，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，而铜与酸不反应。方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液为稀硫酸或盐酸等溶液。实验现象是铁溶解，而铜极上有无色气泡产生。在负极：Fe失去电子变为Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋；在正极，溶液中的H＋获得电子变为H2,2H＋＋2e－===H2↑。方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。(合理即可)答案：方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：装置如图所示2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu13. 氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是________，在导线中电子流动方向为________(用a、b表示)。(2)负极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)电极表面镀铂粉的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ.2Li＋H22LiHⅡ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。②已知LiH固体密度为0. 82 g/cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积比为________。③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。答案：(1)由化学能转变为电能　由a到b(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O(或H2＋2OH－－2e－===2H2O)(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率(4)①Li　H2O②1∶1 148或8.71×10－4③32