高考化学一轮复习课时分层作业二十原电池化学电源含解析新人教版

原电池　化学电源

(建议用时40分钟)

1．下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是(　　)

①铜离子在铜片表面被还原

②盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

③电流从锌片经导线流向铜片

④铜是正极，铜片上有气泡产生

⑤正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu

⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①⑤⑦　B．①③④　C．②⑤⑦　D．④⑥⑦

【解析】选A。该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极(电流的方向与之相反)，负极、正极的反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。

2．如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(　　)

A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B．干电池工作时，H＋向锌筒移动

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．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－

【解析】选A。干电池工作时，石墨为正极，锌筒为负极，电子从锌筒沿导线流向石墨，H＋在NH4Cl溶液中由锌筒一端流向石墨一端，B错误；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误；若电解质溶液为酸性溶液，则氢氧燃料电池的正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D错误。

3.(双选)由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池,以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质,铝和二氧化锰-石墨为两极,其电池反应为Al+3MnO2+3H2O3MnO(OH)+Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是 (　　)

A.二氧化锰-石墨为电池负极

B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH

C．OH－不断由正极向负极移动

D．每生成1 mol MnO(OH)转移2 mol电子

【解析】选A、D。由电池反应方程式知,铝为电池负极,铝失去电子转化为Al(OH)3,A错误、B正确;阴离子移向负极,OH-应不断由正极向负极移动,C正确;由反应中锰元素价态变化知D错误。

4．(2020·聊城模拟)重铬酸钾是工业合成的常用氧化剂和催化剂，如图所示的微生物电池，能利用K2Cr2O7实现对含苯酚(或醛类)废水的有效处理，该电池工作一段时间后，中间室内的NaCl溶液浓度减小，则下列叙述正确的是(　　)

A.a电极为负极，电子从a电极经过中间室到达b电极

B．M为阳离子交换膜，电解过程中中间室内的n(NaCl)减小

C．处理含苯甲醛废水时a电极反应式为C6H5CHO－32e－＋13H2O===7CO2＋

32H＋

D．当b电极消耗等物质的量的K2Cr2O7时，a电极消耗的C6H5OH或C6H5CHO的物质的量之比为7∶8

【解析】选C。根据电池装置图可知，a极上苯酚或苯甲醛反应生成CO2，碳元素化合价升高发生氧化反应，故a极为负极，电子从a电极经过导线到达b电极，A错误；因阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，为保证电解质溶液导电的稳定性，M应为阴离子交换膜，中间室内的n(NaCl)减小，B错误；处理含苯甲醛废水时，苯甲醛中碳元素失电子化合价升高生成CO2，根据元素和电荷守恒，电极反应式为C6H5CHO－32e－＋13H2O===7CO2＋32H＋，C正确； b极上，Cr2O中铬元素化合价降低生成Cr(OH)3，每消耗1 mol K2Cr2O7转移6 mol电子，当转移6 mol电子时，根据电极反应式C6H5OH－28e－＋11H2O===6CO2＋28H＋、C6H5CHO－

32e－＋13H2O===7CO2＋32H＋可知，消耗的C6H5OH或C6H5CHO的物质的量之比为∶＝8∶7，D错误。

【加固训练—拔高】

一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的

是(　　)

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

【解析】选D。A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷转移6 mol电子，错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，正确。

5.如图所示，是原电池的装置图。请回答：

(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为____________________________；反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。

(2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则A(负)极材料为________，B(正)极材料为________，溶液C为________。

(3)若C为CuCl2溶液，Zn是________极，Cu极发生________反应，电极反应为_____________________________________________________________。

反应过程溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图所示：

电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为__________________________________

______________________________________________________________。

若线路中转移2 mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。

【解析】(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高；

(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A极材料是Cu，B极材料是比Cu不活泼的导电物质如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液；

(3)Zn比较活泼，在原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋发生了还原反应，则c(Cu2＋)变小；

(4)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2 mol电子时消耗氧气0.5 mol，标准状况下体积为11.2 L。

答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高

(2)Cu　石墨　FeCl3溶液

(3)负　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　变小

(4)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2

6．(2021年辽宁适应性测试)Hg­Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg­Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是(　　)

A.K2SO4溶液可用CCl4代替

B．Hg­Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SO

C．若把Cu­CuSO4体系换作Zn­ZnSO4体系，电压表的示数变大

D．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用

【解析】选C。CCl4是非电解质，不能作电解质溶液，A错误；根据Hg­Hg2SO4电极的电势高，是正极，得电子的反应，其电极反应式为Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO，B错误；Hg­Cu的金属活泼性相差较近，将Cu­CuSO4体系换作Zn­ZnSO4体系时，Hg­Zn金属活泼性相差较大，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片是便于离子通过，若阻隔离子通过，则不能形成闭合回路，D错误。

7．钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Na＋)为电解质，其原理如图所示：

下列说法正确的是(　　)

A．放电时，电极A为正极

B．充电时，Na＋从电极A向电极B迁移

C．充电时，电极B反应式为S－2e－===xS

D．该电池工作的适宜温度应控制在25 ℃左右

【解析】选C。放电时，熔融Na发生氧化反应，电极A为负极，A项错误；充电时，电极A为阴极，电极B为阳极，电解池中阳离子从阳极向阴极迁移，B项错误；充电时，阳极上S失电子，发生氧化反应，电极反应式为S－2e－===xS，C项正确；该电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠分别作为两个电极的反应物，因此该电池工作时应保证Na、S均为熔融状态，而25 ℃左右时Na、S均为固态，D项错误。

【加固训练—拔高】

一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示。以下说法不正确的是(　　)

A．中间室Cl－移向左室

B．X气体为CO2

C．处理后的含硝酸根废水pH降低

D．电路中每通过1 mol电子，产生标准状况下氮气的体积为2.24 L

【解析】选C。右侧电极产生氮气，说明N元素的化合价从＋5价降低到0价，发生还原反应，所以是原电池的正极，则左侧为负极，所以氯离子向负极移动，中间室Cl－移向左室，A项正确；左侧为负极，发生氧化反应，则有机废水中的C元素的化合价升高，在厌氧菌的作用下转化为二氧化碳气体，B项正确；正极发生的反应是2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，所以处理后的废水氢离子浓度减小，则pH升高，C项错误；根据硝酸根离子反应的电极反应式，每通过1 mol电子，则生成0.1 mol氮气，标准状况下的体积是2.24 L，D项正确。

8．装置(Ⅰ)为铁­镍(Fe­Ni)可充电电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，Y附近溶液先变红。下列说法正确的是(　　)

A.闭合K时，X极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．闭合K时，A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2

C．给装置(Ⅰ)充电时，B极参与反应的物质被氧化

D．给装置(Ⅰ)充电时，OH－通过阴离子交换膜移向电极A

【解析】选D。闭合K时，装置(Ⅱ)为电解池，电极Y附近溶液先变红，说明电极Y附近有OH－生成，则Y为阴极，X为阳极，故A是正极，B是负极。闭合K时，X是阳极，阳极上Cl－失去电子被氧化为Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误；闭合K时，A是正极，发生还原反应，因交换膜为阴离子交换膜，故通过交换膜的离子为OH－，所以A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，B错误；电池充电时，原来的负极B与外加电源的负极相连作阴极，发生还原反应，C错误；电池充电时，原来的正极A与外加电源的正极相连作阳极，故OH－通过阴离子交换膜向电极A(即阳极)移动，D正确。

9.(双选)以柏林绿Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是              (　　)

A.放电时,Na+由左室移向右室

B.放电时,Mg箔为负极,该电极发生氧化反应

C.充电时,阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]-2e-Fe[Fe(CN)6]+2Na+

D.用铅酸蓄电池为该电池充电时,当有0.2 mol电子转移时,Pb电极质量减少20.7 g

【解析】选A、D。由图可知，右室镁失电子发生氧化反应，Mg箔为负极，则Mo箔为正极，所以放电时，Na＋由右室移向左室，A错误、B正确；充电时，Mo箔接电源的正极，是电解池的阳极，阳极反应式为Na2Fe[Fe(CN)6]－2e－===Fe[Fe(CN)6]＋2Na＋，C正确；外电路中通过0.2  mol电子的电量时， Pb电极发生的反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，质量增加了9.6 g，D错误。

10．(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)图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量检测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。则该电池的负极反应为

______________________________________________________________，

正极反应为____________________________________________________。

(3)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：

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 mol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，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5。(2)由信息可知，电解质溶液为酸性，正极1个O2得到4个电子生成H2O，CH3CH2OH、CH3COOH的分子式分别为C2H6O、C2H4O2，碳元素化合价分别为－2、0，可得CH3CH2OH－4e－―→CH3COOH，依据电荷守恒前面减4个负电荷，

后面加4个H＋，最后用水配平，为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋。(3)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 mol尿素，消耗O2的体积为1.5 mol×22.4 L·mol－1＝33.6 L。

答案：(1)负　NO2＋NO－e－===N2O5

(2)CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋

O2＋4e－＋4H＋===2H2O

(3)甲   CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

33．6