2021版高考化学（人教版）一轮复习（课件+学案+课后检测）第20讲　原电池　化学电源 (共3份打包)

一、选择题1．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。2．(新题预测)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是(　　)A．该电池是一次电池B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是HgD．该电池工作时，外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少3.25 g解析：选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应减少6.5 g，所以D项错误。3．根据下图判断，下列说法正确的是(　　)A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大解析：选D。装置Ⅰ中的负极为Zn，A项错误；装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；阳离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C项错误。4．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)A．甲烧杯的溶液中发生还原反应B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋C．外电路的电流方向为从b到aD．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为从b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。5．(2020·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4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H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋；电池总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小；根据电池总反应2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，等物质的量的CH4比H2消耗O2多。6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　)A．镁为负极材料B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－C．电子从镁极流出，经电解质流向正极D．每生成1 mol MnF2时转移1 mol电子解析：选C。由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，为正极，B项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项不正确；锰元素由＋3价降至＋2价，每生成1 mol MnF2转移1 mol电子，D项正确。7．(新题预测)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(　　)A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜B．充电时，A为阴极，发生氧化反应C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2解析：选D。根据充电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，将放电时负极、正极反应式左右颠倒，即分别得到充电时阴极、阳极反应式。放电时，A是负极、B是正极，Li＋向正极移动，则X是Li＋，允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜，A项错误；充电时，A是阴极，发生还原反应，B项错误；充电时，石墨电极发生C→LiaC6的反应，充电后才能从中回收锂，C项错误。8．(2020·雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)A．a为空气，b为CH4B．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2CO2＋O2＋4e－===2CO解析：选D。燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a为CH4，b为空气，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；正极上O2得到电子和CO2反应生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。9．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是(　　)A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMgD．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4解析：选A。电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，C项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D项错误。10．(新题预测)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，这意味着对大气污染防治的要求比过去更高。二氧化硫­空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1解析：选D。放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极经过内电路移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；Pt2电极为正极，在酸性条件下，氧气在正极上得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中负极发生氧化反应2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。11．(2020·湖南H11教育联盟联考)我国最近在太阳能光电催化­化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是(　　)A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能B．该装置工作时，H＋由b极区移向a极区C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液解析：选A。该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区移向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由题图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。二、非选择题12．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中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_____________________________________________________。(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为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是活性电极，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，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，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＋H2ONH3·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，若将盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则甲装置为原电池，Fe做负极，Cu做正极；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)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400 mL CuSO4溶液，电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重1.28 g(即析出0.02 mol Cu)时，生成0.02 mol H2SO4，则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＋H2ONH3·H2O＋H＋(3)阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　(4)113．(新题预测)(1)微生物燃料电池指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是____________________________________________________________________________________________________。②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源，基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl­KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。②负极反应式为________________________________________________________。③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________ g Pb。(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。①a电极的电极反应式是___________________________________________________。②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因：___________________________________________________________________________________________。解析：(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。(2)③根据电池总反应可知，电路中每转移0.2 mol电子，生成 0.1 mol Pb，即20.7 g。(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极做负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②该燃料电池的总反应为4NH3＋3O2===N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。答案：(1)①HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子(2)①正极　②Ca－2e－===Ca2+　③20.7(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O②电池反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH