考点规范练7　原电池　化学电源

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考点规范练7　原电池　化学电源
一、选择题
1.(2021江苏苏州高三期中)一种Zn-PbO2电池工作原理如装置图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.电池工作时电能转化为化学能
B.放电过程中电极a区溶液的pH增大
C.电池工作一段时间后K2SO4浓度增大
D.b极区的电极反应式为PbO2+4H++4e-Pb2++2H2O
2.下图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液,电池工作一段时间后,甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是(　　)。

A.b极是电池的正极
B.甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯
C.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
D.电池总反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O
3.(2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)。

A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
4.(2021吉林长春高三检测)以铅蓄电池为电源,将CO2转化为乙烯的装置如图所示,电解所用电极材料均为惰性电极。下列说法正确的是(　　)。

A.a极为铅蓄电池的正极
B.电解过程中,阳极区溶液中c(H+)逐渐减小
C.阴极反应式:2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O
D.每生成1 mol乙烯,理论上铅蓄电池中消耗6 mol H2SO4
5.如图为流动电池,其电解质溶液可在电池外部流动,调节电解质,可维持电池内部电解质溶液浓度稳定。下列关于该电池的说法错误的是(　　)。

A.Cu为该电池的负极
B.X为PbSO4,Y为H2SO4
C.当消耗1 mol PbO2,需分离出320 g CuSO4
D.PbO2电极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O
6.(2021河北卷改编)K-O2电池结构如图,a和b为两个电极,其中之一为单质钾片。关于该电池,下列说法错误的是(　　)。

A.隔膜允许K+通过,不允许O2通过
B.放电时,电流由b电极沿导线流向a电极;充电时,b电极为阳极
C.产生1 Ah电量时,生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D.用此电池为铅蓄电池充电,消耗3.9 g钾时,铅蓄电池消耗0.9 g水
7.利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)。

A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
8.为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(　　)。

A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
二、非选择题
9.根据下图回答下列问题:

Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　,负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为　　　　(填“Mg”或“Al”),总反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 
Ⅱ.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。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　　　　,c口通入的物质为　　　　。 
(2)该电池负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)工作一段时间后,当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时,有　　　　NA个电子转移。 
10.酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如图所示,比较两者的异同,回答问题:

化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
1×10-17
1×10-17
1×10-39

(1)酸性锌锰干电池的负极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)碱性锌锰干电池在放电过程中产生MnOOH,写出正极反应式:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)维持电流强度为0.6 A,电池工作10分钟。理论消耗Zn　　　　 g。(结果保留到小数点后两位,已知1 mol e-的电量为96 500 C) 
(4)用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,除杂步骤如下(已知当离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全):
①加入足量稀硫酸和　　　溶液将锌皮溶解,此时锌离子浓度为0.1 mol·L-1; 
②调节溶液的pH为　　　到　　　之间(结果保留到小数点后一位),过滤除去含铁元素的沉淀。 
11.(1)甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下:
2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ·mol-1
H2O(g)H2O(l)
ΔH=-44.0 kJ·mol-1
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为　　　　　　　　　　。
(2)氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题:
①银制器皿日久表面变黑是因为表面生成了Ag2S的缘故,该现象属于　　　　　　腐蚀。如果加入一定浓度硝酸将发生反应:3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,同时Ag与硝酸反应生成AgNO3、NO、H2O,当生成标准状况下22.4 mL的气体时,参加反应的HNO3的物质的量为　　　。 
②在如图甲所示的原电池装置中,负极的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　, H+的移动方向为　　　　　　　　(填“从右向左”或“从左向右”);电池总反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,当电路中转移0.1 mol e-时,交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

甲
③电解NO制备NH4NO3原理如图乙所示,接电源正极的电极为　　　　(填“X”或“Y”),X电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,为使电解产物完全转化为NH4NO3,需要补充的物质A的化学式为　　　　　　　　　　　　　　　。 

乙

考点规范练7　原电池　化学电源
1.C　电池工作时化学能转化为电能,A项错误;放电过程中电极a的电极反应式为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42-,消耗OH-,pH 变小,B项错误;阳离子(K+)向正极移动,阴离子(SO42-)向负极移动,因为存在阴、阳离子交换膜,致使K+、SO42-留在两个交换膜之间,电池工作一段时间后K2SO4浓度增大,C项正确;b极区的电极反应式为PbO2+4H++2e-+SO42-PbSO4+2H2O,D项错误。
2.D　由于Fe2+在a电极失去电子,发生氧化反应,所以a极是电池的负极,A项错误。K+向正极移动,所以乙烧杯中K+经盐桥流向甲烧杯,B项错误。甲烧杯中(a电极)MnO4-获得电子,发生还原反应,Mn元素的化合价降低,电极反应为MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O,所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大,C项错误。由总的电极反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O可知,反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O,D项正确。
3.B　由题图可知,a极变化为CH3COO-CO2,该极的电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2+7H+,a极发生氧化反应,则a极为负极,b极为正极,A项正确。由于可实现海水淡化,结合原电池原理分析,Cl-应移向a极,Na+应移向b极,故隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,B项错误。当转移8 mol e-时,CH3COO-减少1 mol,同时H+增加7 mol,应有8 mol Cl-通过隔膜1,则转移1 mol电子时理论上可除去1 mol NaCl,所以C项正确。工作一段时间后,由于正极反应式为2H++2e-H2↑,故正、负极生成气体的物质的量之比为2∶1,D项正确。
4.C　由题图可知,右侧电极上H2O放电生成O2,则右侧电极为阳极,左侧电极为阴极,连接电解池阴极的电极为原电池负极,连接电解池阳极的电极为原电池正极,所以a极为负极、b极为正极,故A项错误;电解过程中阳极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,阳极附近有H+生成,所以电解过程中,阳极区溶液中c(H+)逐渐增大,故B项错误;阴极上CO2得电子和H+反应生成C2H4和H2O,电极反应式为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O,故C项正确;铅蓄电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,串联电路中转移电子相等,生成1 mol C2H4转移12 mol电子,每转移2 mol电子消耗2 mol硫酸,所以当转移12 mol电子时消耗12 mol硫酸,故D项错误。
5.C　Cu为该电池的负极,PbO2为电池的正极,A项正确。由正极反应可知X为PbSO4,Y为H2SO4,B项正确。根据电子得失守恒有CuSO4~2e-~PbO2,则当消耗1 mol PbO2,需分离出1 mol CuSO4,即160 g,C项错误。由分析可知PbO2电极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O,D项正确。
6.D　a电极的材料是钾片,为原电池的负极,b电极为原电池的正极,则充电时a电极为阴极、b电极为阳极。O2在正极得电子后结合K+生成KO2,所以K+通过隔膜,A项正确;放电时,电子从负极通过外电路流向正极,而电流方向与电子流向相反,即电流由b电极流向a电极,充电时b电极作阳极,B项正确;每生成1 mol KO2需要消耗1 mol O2,即生成KO2的质量与消耗O2的质量比约为71 g∶32 g=2.22,C项正确;消耗3.9 g钾时,转移电子的物质的量为0.1 mol,依据铅蓄电池反应式Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,此时消耗0.1 mol水,即1.8 g水,D项错误。
7.B　该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确。阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误。右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确。左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
8.D　三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确。根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确。放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确。在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。
9.答案 Ⅰ.(1)Mg逐渐溶解,Al片上有气泡冒出,电流计指针偏转　Mg-2e-Mg2+
(2)Al　2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
Ⅱ.(1)CH3OH　O2或空气　(2)CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+　(3)2.4
解析 Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,因Mg的活泼性比Al强,故Mg作负极,负极上发生反应Mg-2e-Mg2+,镁片溶解;Al作正极,正极上发生反应2H++2e-H2↑,故Al片上有气泡冒出;因电路中产生电流,故电流计指针偏转。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,因为Mg不与NaOH溶液反应,所以Al是负极,Mg是正极,总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。
Ⅱ.由H+移动方向可知,左侧为负极,右侧为正极,故b口通入CH3OH,c口通入O2或空气。负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。当12.8 g甲醇(即0.4 mol)完全反应生成CO2时,转移2.4 mol电子,即转移2.4NA个电子。
10.答案 (1)Zn-2e-Zn2+
(2)MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-
(3)0.12　(4)H2O2　2.7　6
解析 (1)酸性锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为二氧化锰和氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。
(2)在反应中锌元素化合价升高,被氧化,Zn为负极,电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;锰元素化合价降低,被还原,MnO2为正极,电极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-。
(3)维持电流强度为0.6 A,电池工作10分钟,则通过的电量是0.6 A×600 s=360 C,因此通过电子的物质的量是36096 500 mol≈3.73×10-3 mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是3.73×10-3mol2×65 g·mol-1≈0.12 g。
(4)双氧水具有强氧化性,能把Fe2+氧化为Fe3+,因此加入足量稀硫酸和双氧水,铁转化为硫酸铁。根据Fe(OH)3的溶度积知,当铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)=310-3910-5 mol·L-1≈0.5×10-11 mol·L-1,因此加碱调节pH为2.7时Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为0.1 mol·L-1,根据氢氧化锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8 mol·L-1,所以c(H+)=10-6 mol·L-1,此时pH为6。
11.答案 (1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)
ΔH=-442.8 kJ·mol-1
(2)①化学　0.004 mol
②Ag+Cl--e-AgCl　从左向右　2Ag+Cl22AgCl　0.2 mol
③Y　NO+6H++5e-NH4++H2O　NH3
解析 (1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ· mol-1,②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ· mol-1,③H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·mol-1,则根据盖斯定律,由(①-②+4×③)÷2得CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)　ΔH=-442.8 kJ· mol-1。
(2)①银制器皿日久变黑,表面生成了Ag2S,属于化学腐蚀;Ag、Ag2S分别和硝酸反应的方程式为6Ag+8HNO36AgNO3+2NO↑+4H2O、3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,两个方程式中消耗HNO3和生成NO的化学计量数之比相等,n(NO)=0.022 4 L÷22.4 L· mol-1=0.001 mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=4×0.001 mol=0.004 mol。②该原电池中,Ag失电子作负极、通入氯气的电极作正极,负极反应式为Ag+Cl--e-AgCl;电解质溶液中H+向正极Pt电极方向移动;该原电池相当于氯气和Ag反应生成AgCl,故电池总反应为2Ag+Cl22AgCl;放电时,左侧装置中Ag失电子和Cl-反应生成AgCl沉淀,且溶液中H+向正极移动,当电路中转移0.1 mol电子时,生成0.1 mol Ag+,0.1 mol Ag+生成AgCl需要0.1 mol Cl-,向正极方向移动0.1 mol H+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为0.2 mol。③根据图示知,左侧NO得电子生成NH4+,右侧NO失电子生成NO3-,最终得到NH4NO3,该电解池中失电子的电极为阳极、得电子的电极为阴极,所以X为阴极、Y为阳极,阳极接电源正极,所以Y接电源正极,X电极反应式为NO+6H++5e-NH4++H2O;生成一个NH4+得到5个电子、生成一个NO3-失去3个电子,根据转移电子相等知,生成NH4+的浓度小于生成NO3-的浓度,要使NO3-完全转化为NH4NO3,应该加入NH3,所以加入的物质A为NH3。