课时跟踪检测(二十四)　原电池原理及应用(基础课)

这是一份课时跟踪检测(二十四)　原电池原理及应用(基础课)，共10页。试卷主要包含了某原电池装置如图所示，应用电化学原理，回答下列问题等内容，欢迎下载使用。

1．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )
A．电池工作时，盐桥中的Cl－向负极移动
B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变
D．Fe作正极，发生氧化反应
解析：选A 根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl－向负极移动，故A正确；铁作负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故C错误；电池总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，铁作负极，发生氧化反应，故D错误。
2．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述中正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池中的c(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
解析：选C 活泼金属锌作负极，铜作正极，铜电极上发生还原反应，故A错误；电池工作一段时间后，甲池中的c(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )不变，故B错误；铜电极上发生电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，同时Zn2＋通过阳离子交换膜从甲池移向乙池，由电荷守恒可知，乙池中每析出1 ml Cu，则有1 ml Zn2＋从甲池移向乙池，因为M(Zn)>M(Cu)，所以乙池溶液的总质量增加，故C正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，故D错误。
3．将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌片、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置，在四张滤纸上滴加稀硫酸直至全部润湿。下列叙述中正确的是( )
A．锌片上有气泡，铜片溶解
B．Zn片发生还原反应
C．电子都是从铜片经外电路流向锌片
D．该装置至少有两种形式的能量转换
解析：选D 锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌为负极，铜为正极，正极上发生还原反应生成氢气，故A错误；锌为负极，发生氧化反应，故B错误；电子从锌极经外电路流向铜极，故C错误；该装置存在电能与化学能、电能与光能的转化，故D正确。
4．某学习小组的同学查阅相关资料得到氧化性：Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) >Fe3＋，设计了如图所示的盐桥原电池。盐桥中装有含琼脂的饱和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．外电路的电流方向是从b极到a极
C．电池工作时，盐桥中的SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 移向乙烧杯
D．乙烧杯中的电极反应式为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋14H＋
解析：选B 由于氧化性：Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) >Fe3＋，即Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 可以将Fe2＋氧化为Fe3＋，故在原电池中，Fe2＋失电子被氧化，则a极为负极；Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 得电子被还原，则b极为正极。Fe2＋失电子被氧化，即甲烧杯的溶液中发生氧化反应，A错误；外电路中电流由正极流向负极，即由b极流向a极，B正确；原电池中，阴离子移向负极，则SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 移向甲烧杯，C错误；乙烧杯中Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 得电子被还原，则电极反应式为Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O，D错误。
5．一种新型的电池，总反应式为3Zn＋2FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Zn极是负极，发生氧化反应
B．随着反应的进行，溶液的pH增大
C．电子由Zn极流出到石墨电极，再经过溶液回到Zn极，形成回路
D．石墨电极上发生的反应为FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3↓＋5OH－
解析：选C 根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成OH－、消耗H2O，溶液的pH增大，B正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶液，C错误；负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极的电极反应式为FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。
6．某原电池以银、铂为电极，用含Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。电池总反应式为2Ag＋Cl2===2AgCl。利用该电池可以测定空气中Cl2的含量。下列说法中错误的是( )
A．空气中c(Cl2)越大，消耗Ag的速率越快
B．铂极的电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl
C．电池工作时电解质中Ag＋总数保持不变
D．电子移动方向：银→固体电解质→铂
解析：选D c(Cl2)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成Cl－，再与电解质中的Ag＋结合，电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋===2AgCl，B正确；根据电池总反应式可知，电解质中Ag＋总数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。
7．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法中正确的是( )
A．氧化银电极上的反应为Ag2O＋2e－===2Ag＋O2－
B．石墨电极上的反应为C6H12O6＋6H2O＋24e－===6CO2↑＋24H＋
C．每转移4 ml电子，氧化银电极产生22.4 L CO2气体(标准状况)
D．每30 g C6H12O6参与反应，有4 ml H＋经质子交换膜进入正极区
解析：选D C6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－===2Ag＋H2O，故A错误；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4 ml电子，石墨电极产生22.4 L CO2(标准状况)，故C错误；30 g C6H12O6的物质的量为 eq \f(30 g,180 g·ml－1) ＝ eq \f(1,6) ml，根据B项负极的电极反应式可知，每30 g C6H12O6参与反应，有4 ml H＋经质子交换膜进入正极区，故D正确。
8．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法中正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋8OH－－8e－===BO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6H2O
B．电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 L 6 ml·L－1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA
解析：选D 根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－，所以B电极是正极，发生的电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，故A、B错误；根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，放电时，阳离子向负电荷较多的正极移动，阴离子向正电荷较多的负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1 L 6 ml·L－1 H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6 ml，根据H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6 ml×2×NA ml－1＝12NA，故D正确。
9．自然界中金属硫化物之间存在原电池反应。如图所示装置中电极Ⅰ为方铅矿(PbS)，电极Ⅱ为含有方铅矿的硫铁矿，当有电解质溶液按如图所示方向流经该装置时，电流表指针偏转。若电极Ⅱ质量不断减少，a处溶液中加入KSCN溶液未出现红色，加入CuSO4溶液未出现黑色沉淀。下列有关说法中正确的是( )
A．工业上利用该原理富集铁
B．电极Ⅱ作正极
C．溶液流经该装置后pH增大
D．该装置负极的电极反应式为FeS2－15e－＋8H2O===Fe3＋＋2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋16H＋
解析：选A 电极Ⅱ质量不断减少，说明电极Ⅱ为负极，a处溶液中加入KSCN溶液未出现红色，说明溶液中不存在Fe3＋，加入CuSO4溶液未出现黑色沉淀，说明溶液中不存在S2－，则在该原电池中硫铁矿溶解生成Fe2＋和SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 。根据上述分析，通过该装置，硫铁矿溶解生成Fe2＋，可以富集铁，故A正确；根据上述分析，电极Ⅱ作负极，故B错误；该装置负极的电极反应式为FeS2－14e－＋8H2O===Fe2＋＋2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋16H＋，反应生成H＋，则溶液流经该装置后pH减小，故C、D错误。
10．应用电化学原理，回答下列问题。
(1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是_________________________
_______________________________________________。
(2)甲中电流计指针偏移时，盐桥(装有含琼脂的KCl饱和溶液)中离子移动的方向是________________________________________________________________________。
(3)乙中正极反应式为________________；若将H2换成CH4，则负极反应式为_________
_______________________________________________________________。
(4)丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅蓄电池________极相连接。
(5)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。现连接如图装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，进行实验：
ⅰ.K闭合时，指针偏移。放置一段时间后，指针偏移减小。
ⅱ.随后向U形管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电流表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。
①实验ⅰ中银作________极。
②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式是___________________
_________________________________________________。
解析：(1)负极反应物中有元素化合价升高，发生氧化反应，相应物质本身具有还原性，即负极反应物化学性质上的共同特点是易失电子被氧化，具有还原性。(2)原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则盐桥中的钾离子会移向硫酸铜溶液，氯离子移向硫酸锌溶液。(3)乙中装置为碱性氢氧燃料电池，正极上氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；若将H2换成CH4，则负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O。(4)丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫酸铅变成单质铅，发生还原反应，所以应作电解池的阴极，则与电源的负极相连。(5)①亚铁离子失电子发生氧化反应，所以石墨电极作负极，银作正极；②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，可知Ag＋和Fe2＋的反应可逆，故得出Ag＋和Fe2＋反应的离子方程式：Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag。
答案：(1)易失电子被氧化，具有还原性
(2)钾离子移向硫酸铜溶液、氯离子移向硫酸锌溶液
(3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－
CH4－8e－＋10OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O
(4)负 (5)①正 ②Fe2＋＋Ag＋Fe3＋＋Ag
11．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________ ml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中的盐桥换成弯铜导线与石墨相连成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，溶液中的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作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨作正极，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 ml，则有x ml× eq \f(1,2) ×56 g·ml－1＋x ml× eq \f(1,2) ×64 g·ml－1＝12 g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) 会发生水解反应：NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋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，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则甲装置为原电池，Fe作负极，Cu作正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中的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＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增加1.28 g(即析出0.02 ml Cu)时，生成0.02 ml H2SO4，则c(H＋)＝ eq \f(0.02 ml×2,0.4 L) ＝0.1 ml·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 eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋H2ONH3·H2O＋H＋
(3)阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)1
12．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为__________
__________________________________________________________________。
(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图3所示：
回答下列问题：
电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为______________，电池工作时，理论上每净化1 ml尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为________L。
解析：(1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) －e－===N2O5。(2)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1 ml尿素，消耗O2的体积为1.5 ml×22.4 L·ml－1＝33.6 L。
答案：(1)负 NO2＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) －e－===N2O5
(2)甲 CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ 33. 6