苏教版高考化学一轮复习专题练6化学反应与能量变化第18讲原电池化学电源含答案

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第18讲 原电池 化学电源1．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样的电池的发明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．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C．氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案：C2．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　)A.锌锰电池B.氢氧燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池答案：B 3．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：D  4．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：C5．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：B6．设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)A．该装置工作时，电能转化为化学能B．该装置可以在高温下工作C．X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜D．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋解析：A.该装置工作时为原电池，是将化学能转化为电能的装置，A错误；B.高温能使微生物蛋白质凝固变性，导致电池工作失效，所以该装置不能在高温下工作，B错误；C.原电池内电路中：阳离子移向正极、阴离子移向负极，从而达到脱盐目的，所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜，C错误；D.由图片可知，负极为有机废水中的CH3COO－，失电子发生氧化反应，电极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，D正确。答案：D7．铅蓄电池的总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO 2PbSO4＋2H2O，如图为铅蓄电池示意图，某状态下测得两电极的质量都增加。在该状态下，下列说法正确的是(　　)A．a为铅蓄电池的正极B．铅蓄电池正在充电C．一段时间后，溶液的pH减小D．b的电极反应为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O解析：A.放电时负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，正极电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，可知a是铅蓄电池的负极，故A错误；B.图中的装置为原电池，则该铅蓄电池正在放电，故B错误；C.放电时，由电池总反应Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O可知，氢离子浓度减小，pH增大，故C错误；D.b为正极，正极电极反应PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，故D正确。答案：D8．(2021·福建省莆田月考)一种新型的锌碘单液流电池的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．放电时B电极反应式为：I2＋2e－===2I－B．放电时电解质储罐中离子总浓度增大C．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜D．充电时，A极增重65 g时，C区增加离子数为4NA解析：A.放电时，B电极为正极，I2得到电子生成I－，电极反应式为I2＋2e－===2I－，A正确；B.放电时，左侧即负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以储罐中的离子总浓度增大，B正确；C.离子交换膜是防止正负极I2、Zn接触发生反应，负极区生成Zn2＋、正电荷增加，正极区生成I－、负电荷增加，所以Cl－通过M膜进入负极区，K＋通过N膜进入正极区，所以M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜，C错误；D.充电时，A极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，A极增重65 g转移2 mol电子，所以C区增加2 mol K＋、2 mol，离子总数为4NA，D正确。答案：C9．(双选)沉积物微生物燃料电池可处理含硫废水，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)A.碳棒b的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2OB．光照强度对电池的输出功率有影响C．外电路的电流方向：碳棒a→碳棒bD．酸性增强不利于菌落存活，故工作一段时间后，电池效率升高解析：由题图可知，碳棒a作负极，碳棒b作正极。A项，正极O2得电子生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故A正确；B项，CO2在光照和光合菌的作用下反应生成氧气，光照强度对电池的输出功率有影响，故B正确；C项，外电路电流由正极流向负极，即由碳棒b→碳棒a，故C错误；D项，酸性增强会使菌落失活，工作一段时间后，电池效率降低，故D错误。答案：CD10.(双选)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)A．b极发生氧化反应B．a极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC．放电时，电流从b极经过负载流向a极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜解析：燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极(b极)发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项正确；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。答案：AD11．为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC)，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．电子从b极经导线流向a极B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－C.还可以选用NaOH固体作固态电解质D．若反应中转移1 mol电子，则生成22.4 L(标准状况)CO2解析：燃料电池通入氧气的电极为正极，则a为正极，电子从b极经导线流向a极，故A正确；介质为固态熔融介质，不存在水溶液，则正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；CO2能与NaOH反应生成Na2CO3，则不可选用NaOH固体作固态电解质，故C错误；若反应中转移1 mol电子，参加反应的氧气为0.25 mol，生成CO2为0.5 mol，体积为11.2 L(标准状况)，故D错误。答案：A12．(双选)一种电催化合成氨的装置如图所示。该装置工作时，下列说法错误的是(　　)A．图中涉及的能量转化方式共有4种B．两极产生的气体的物质的量之比是1∶1C．电路中每通过1 mol电子，有1 mol H＋迁移至a极D.b极上发生的主要反应为N2＋6H＋＋6e－===2NH3解析：图中涉及的能量转化有太阳能→电能，风能→机械能→电能，电能→化学能等共4种，A项正确；若不考虑H2，O2和NH3的物质的量之比为3∶4，B项错误；H＋应向b极迁移，C项错误；b极上发生：N2＋6H＋＋6e－===2NH3(主要)、2H＋＋2e－===H2↑(次要)，D项正确。答案：BC13．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溶液中，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溶液中，若铁片表面覆盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu14．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。(2)电池正极反应式为_____________________________________________。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是_________________________________________________________。答案：(1)b　a　(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应15．按要求回答问题。(1)肼(N2H4)又称联氨，可看成是氨气中的氢原子被氨基取代后的产物，常用作火箭的液体燃料。肼燃料电池的原理如图所示，则负极的电极反应式为_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)O2辅助的Al­CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式为________________。电池的正极反应式：3O2＋6e－===6O2－；6CO2＋6O2－===3C2O＋3O2，反应过程中O2的作用是____________。该电池的总反应式为_________________________________________________________________。(3)某乙烯熔融燃料电池工作原理如图所示。则负极的电极反应式为___________________________________________________________________。解析：(2)根据图示可知：铝为负极，失去电子变为Al3＋，离子液体为AlCl3，故负极反应式为Al－3e－===Al3＋；根据正极的两个反应式可知O2在反应中的作用是催化剂；将负极反应式和正极反应式相加，可得总电池总反应式：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。(3)根据乙烯熔融盐燃料电池工作原理图可知，左侧电极发生氧化反应，左侧为电池负极，乙烯失电子生成二氧化碳和水，负极的电极反应式为C2H4－12e－＋6CO===8CO2＋2H2O。答案：(1)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O(2)Al－3e－===Al3＋　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3　(3)C2H4－12e－＋6CO===8CO2＋2H2O