2021版高考化学一轮复习课时提升作业十七原电池含解析苏教版 练习

原电池

1.选用下列试剂和电极;稀硫酸、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒,组成如图所示的原电池装置(只有两个电极),观察到电流计G的指针均明显偏转,则其可能的组合共有              (　　)

A.6种　　　B.5种　　　C.4种　　　D.3种

【解析】选B。符合条件的原电池有:①铁棒+铜棒+稀硫酸;②铁棒+铜棒+Fe2(SO4)3溶液;③铁棒+铂棒+稀硫酸;④铁棒+铂棒+Fe2(SO4)3溶液;⑤铜棒+铂棒+Fe2(SO4)3溶液,综上共5种。

【加固训练】

　　如图所示装置,电流计G发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的(　　)

A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸

B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸

C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液

D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液

【解析】选D。该原电池中,A极逐渐变粗,B极逐渐变细,所以B作负极,A作正极,B的活泼性大于A的活泼性,所以排除A、C选项;A极逐渐变粗,说明有金属析出,B选项析出氢气不是金属,D选项析出金属。

2.下列电池工作时,O2在正极放电的是 (　　)

【解析】选B。锌锰电池中电极反应式,负极:Zn-2e-Zn2+、正极:2MnO2+2N+

2e-Mn2O3+2NH3+H2O,所以不符合题意,故A错误;酸性氢燃料电池电极反应式为2H2-4e-4H+、O2+4H++4e-2H2O,碱性氢燃料电池电极反应式为2H2-4e-+4OH-4H2O、O2+2H2O+4e-4OH-,所以符合题意,故B正确;铅蓄电池放电时负极电极反应:Pb-2e-+SPbSO4,正极电极反应式:PbO2+2e-+4H++S

PbSO4+2H2O,所以不符合题意,故C错误;镍镉电池放电,正极:2NiOOH+

2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-、负极:Cd+2OH--2e-Cd(OH)2,所以不符合题意,故D错误。

【加固训练】

　　某小组为了探究电化学原理,设计了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为锌,其他电极均为石墨,盐桥是浸泡了饱和氯化钾溶液的琼脂,丙池是滴加了酚酞的氯化钠溶液,下列叙述正确的是              (　　)

A.电子由电极Ⅳ通过外电路流向电极Ⅰ

B.装置工作过程中Ⅲ电极周围出现红色

C.电极Ⅱ发生还原反应

D.盐桥中Cl-向乙池移动

【解析】选C。Ⅰ是锌、其余电极都是石墨,锌易失电子作负极,Ⅱ是正极,甲、乙构成原电池,丙有外接电源,属于电解池,Ⅲ为阳极、Ⅳ为阴极。电子从负极Ⅰ沿导线流向阴极Ⅳ,故A错误;Ⅲ电极是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,Ⅳ为阴极,阴极上氢离子放电生成氢气,同时电极附近生成氢氧根离子,导致溶液变红色,故B错误;电极Ⅱ上铜离子得电子发生还原反应而析出Cu单质,故C正确;盐桥中氯离子向负极甲池区域移动,故D错误。

3.如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是              (　　)

A.该电池的负极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+

B.该电池的正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O

C.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极

D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量

【解析】选A。由图示可知,呼气时进去的是CH3CH2OH出来的是CH3COOH,负极的电极反应为CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+,A错误;氧气为正极,酸性条件下生成H2O,B正确;电流由正极流向负极,C正确;酒精含量高,转移的电子数多,电流大,D正确。

4.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是              (　　)

A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极

B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+

C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大

D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多

【解析】选C。a极通入的H2发生氧化反应,为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极的H2被氧化为H+,总反应为2H2+O22H2O,电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O,CH4+2O2CO2+2H2O可知,等物质的量的CH4消耗O2较多。

5.依据Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图。下列有关该电池的说法正确的是              (　　)

A.电池工作时Cd2+向电极B移动

B.电极A上发生反应Hg2SO4+2e-2Hg+S

C.电极B上发生反应Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+

D.反应中每生成a mol Hg转移3a mol 电子

【解析】选B。根据电池总反应式可知,放电时Cd在负极失电子,故B为负极,电极反应式为Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A极,A、C错误;正极上Hg2SO4得电子生成Hg,电极反应式为Hg2SO4+2e-2Hg+S,当生成a mol Hg时,转移a mol 电子,B正确,D错误。

6.(1)观察如图所示的两个装置,图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡,图2装置中铜电极上无气体产生,而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为________________________________、 

__________________________________________________________________。 

(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:

①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为__。 

②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 

【解析】(1)由图1可知,还原性Cr>Cu,但在稀硝酸中却出现了反常,结合稀硝酸的氧化性,不难推测铬被稀硝酸钝化,导致活性降低。(2)CH4在反应时失去电子,故a电极是电池的负极。电极反应式可由总反应式CH4+2OH-+2O2C+3H2O减去正极反应式O2+2H2O+4e-4OH-,可得负极反应式。由于电池工作过程中会消耗OH-,故一段时间后,电解质溶液的pH会减小。

答案:(1)金属铬的活泼性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2、金属铬易被稀硝酸钝化

(2)①a　CH4+10OH--8e-C+7H2O

②减小

1.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是 (　　)

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏

C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

【解析】选C。在干电池中,Zn作负极,被氧化,B正确;C项忽略了硫酸铅在该极上析出,该极质量应该增加而非减小;氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D正确。

2.含乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以利用微生物电池除去,其原理如图所示。 

下列说法正确的是 (　　)

A.电子从A极经导线流向B极

B.B极是阳极

C.每转移2 mol电子,有1 mol CH3COO-被氧化

D.A极电极反应式为

【解析】选D。原电池中阳离子移向正极,根据图中H+移动的方向可知,A是正极,B是负极,电子从负极经导线流向正极,A、B均错误;B极反应是CH3COO--8e-+

4H2O2HC+9H+,每转移8 mol电子,有1 mol CH3COO-被氧化,C错误;A是正极,得电子发生还原反应,D正确。

3.以氨作为燃料的固体氧化物(含有O2-)燃料电池,具有全固态结构、能量效率高的特点,另外氨气含氢量高,不含碳,易液化,方便运输和贮存,是很好的氢源载体。其工作原理如图所示,下列关于氨固体氧化物燃料电池的说法正确的是              (　　)

A.该电池工作时的总反应为4NH3+5O24NO+6H2O

B.固体氧化物作为电池工作的电解质,其作用是让电子在电池内移动

C.电池工作时,在接触面上发生的电极反应为2NH3+3O2--6e-N2+3H2O

D.外电路的电流方向为从电极a流向电极b

【解析】选C。A项,电池的总反应为4NH3+3O22N2+6H2O,错误;B项,电子在外线路中移动,在电池内部进行定向移动的是离子,错误;C项,电极a为电池的负极,发生氧化反应:2NH3+3O2--6e-N2+3H2O,正确;D项,a是负极,b是正极,外电路中的电流方向应该是从b流向a,错误。

【加固训练】

　　一种新型熔融盐燃料电池具有高发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,一极通CO气体,另一极通O2和CO2混合气体,其总反应为2CO+O22CO2。则下列说法中正确的是              (　　)

A.C向正极移动

B.负极发生的电极反应是O2+2CO2+4e-2C

C.负极发生的电极反应是CO+C-2e-2CO2

D.正极发生氧化反应

【解析】选C。据题意知通入CO的一极为电源的负极,CO失去电子转变为CO2,发生氧化反应,C由正极产生,向负极移动,C正确。

4.(2018·浙江11月选考真题)最近,科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.右边吸附层中发生了还原反应

B.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O

C.电池的总反应是2H2+O22H2O

D.电解质溶液中Na+向右移动,Cl向左移动

【解析】选C。右边吸附层中H+生成H2是正极,发生了还原反应,A正确;左边吸附层是负极,发生反应H2-2e-+2OH-2H2O,B正确;正极的电极反应式为2H++2e-H2↑,所以总反应式为OH-+H+H2O,C错误;电解质溶液中Na+向右(正极)移动,Cl向左(负极)移动,D正确。

【加固训练】

　　在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+MnO2+H2OMn(OH)2+ZnO,下列该电池的电极反应正确的是              (　　)

A.负极反应为Zn-2e-Zn2+

B.负极反应为Zn+H2O-2e-ZnO+2H+

C.正极反应为MnO2+2H++2e-Mn(OH)2

D.正极反应为MnO2+2H2O+2e-Mn(OH)2+2OH-

【解析】选D。根据题目给出的电池总反应式可知,反应中Zn的化合价升高,失去电子,发生氧化反应,为负极,负极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;MnO2中的锰元素化合价降低,得到电子,发生还原反应,为正极,正极反应式为MnO2+2H2O+2e-Mn(OH)2+2OH-,故D正确;注意:在碱性环境中,电极反应的产物中不能出现H+。

5.(新题预测)中科院院士董绍俊开辟了电解法分离稀土的新途径,而后她所在的科研小组采用电聚合过程中的掺杂反应研制成电化学传感器,获得同行承认并列入国际上有代表性的“4个研究小组之一”。近日该课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池(如图所示),该电池可将可乐(pH=2.5)中的葡萄糖作为燃料获得能量。下列说法正确的是              (　　)

A.a极为正极

B.随着反应不断进行,负极区的pH不断增大

C.b极的电极反应为MnO2+2H2O+2e-Mn2++4OH-

D.若消耗0.01 mol 葡萄糖,电路中转移0.02 mol 电子

【解析】选D。由已知结合图示,葡萄糖(C6H12O6)发生氧化反应生成葡萄糖内酯(C6H10O6),所以a极为负极,故A项错误;电解质溶液显酸性,所以负极反应为C6H12O6-2e-C6H10O6+2H+,随着反应不断进行,负极区的pH不断减小,故B项错误;b极为正极,电极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,故C项错误;由负极反应C6H12O6-2e-C6H10O6+2H+可得,1 mol 葡萄糖失去2 mol 电子,所以若消耗0.01 mol 葡萄糖,电路中转移0.02 mol 电子,故D项正确。

【加固训练】

　　有一种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄纸质电池,在使用印刷与压层技术后,变成一张可任意裁剪大小的“电纸”,纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液,电池总反应式为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnOOH。下列说法不正确的是              (　　)

A.该电池的负极材料为锌

B.该电池反应中二氧化锰发生了还原反应

C.电池的正极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-

D.当有0.1 mol 锌溶解时,流经电解质溶液的电子数为1.204×1023

【解析】选D。锌为活泼金属,失去电子作负极,A项正确;二氧化锰得到了电子,发生还原反应,B项正确;因电池的负极反应式为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,用总反应式减去负极反应式得出正极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-,C项正确;电子只能经外电路流动,而不能在电解质溶液中流动,电解质溶液中应为阴、阳离子的定向移动,D项错误。

6.(1)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质,其电解质溶液为KOH溶液,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:

 __________________________________________________________________

__________________________________________________________________。 

(2)如图为钠高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为 _______________________________。 

M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是  ________________________________

__________________________________________________________________。 

与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。 

(3)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,甲醇的燃烧热为ΔH=-

726.5 kJ·mol-1)。 

【解析】(1)根据电池正、负极反应的物质和电解质溶液,分析反应物和生成物,根据电子守恒进行配平。

(2)正极的电极反应式为xS+2e-,M的作用:一是导电,二是因钠与硫易反应,故它起到隔离作用;钠高能电池中负极为钠,有23 g钠消耗释放1 mol e-,则207 g钠消耗时转移 mol e-,铅蓄电池的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,铅蓄电池中铅是负极,207 g铅消耗时转移2 mol e-,故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的207÷23÷2=4.5倍。

(3)该燃料电池的理论效率=702.1 kJ÷726.5 kJ×100%≈96.6%。

答案:(1)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag

(2)xS+2e-(或2Na++xS+2e-Na2Sx)

导电和隔离钠与硫　4.5

(3)CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+

O2+6H++6e-3H2O　96.6%

【加固训练】

　　以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。

(1)放电时,正极的电极反应式为_____________________。 

(2)假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L-1 KOH溶液,放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8 960 mL。放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度的大小关系为__________________。 

(3)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点。电池总反应式为FePO4+LiLiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。

①向电池中加入硫酸以提高电解质的导电性可行吗?________(填“可行”或“不可行”),理由是_____________________________________________________; 

②电池充电时,石墨电极应接直流电源的________极;电池放电时的正极反应式为__ |____________________________________________________________。

【解析】(1)甲烷发生氧化反应,氧气发生还原反应,所以a极为负极,b极为正极。正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,负极氧化产物可能是碳酸钾,也可能是碳酸氢钾,所以负极反应式为CH4-8e-+9OH-HC+6H2O或CH4-8e-+10OH-C+7H2O。

(2)n(KOH)=0.1 L×3.0 mol·L-1=

0.3 mol,n(O2)==0.4 mol,由CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O或CH4+2O2+KOHKHCO3+2H2O知,需要甲烷0.2 mol,则生成的碳酸钾和碳酸氢钾都为0.1 mol。因为碳酸氢钾以水解为主,溶液呈碱性。放电完毕后,电解质溶液中各离子浓度大小关系为c(K+)>c(HC)>

c(C)>c(OH-)>c(H+)。

(3)①锂能与硫酸反应,会破坏电池结构;②电池充电时,阴极发生还原反应,即可以使得Li++e-Li,说明石墨电极必须接直流电源负极,根据电池总反应式,放电时正极上FePO4发生还原反应,正极反应式为FePO4+Li++e-LiFePO4。

答案:(1)O2+4e-+2H2O4OH-

(2)c(K+)>c(HC)>c(C)>c(OH-)>c(H+)

(3)①不可行　锂会与硫酸发生反应,破坏电池结构

②负　FePO4+Li++e-LiFePO4