人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第2课时同步训练题

第2课时　化学电源

基础过关练

题组一　一次电池

1.在碱性锌锰电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列关于该电池的电极反应,正确的是(　　)

A.负极反应为Zn-2e- Zn2+

B.负极反应为Zn+2H2O-2e- Zn(OH)2+2H+

C.正极反应为2MnO2+2H++2e- 2MnOOH

D.正极反应为2MnO2+2H2O+2e- 2MnO(OH)+2OH-

2.(2020山西阳泉高二上期末)电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质为KOH,其电极反应如下:锌极Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,氧化银极Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,下列说法正确的是(　　)

A.锌为正极,被氧化

B.氧化银为正极,被氧化

C.电子从负极流向氧化银极

D.锌为负极,被还原

题组二　二次电池

3.(2019北京四中高二上期末)铅酸蓄电池是常见的二次电池,电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,下列说法正确的是(　　)

A.放电时的负极反应式为Pb+S-2e- PbSO4

B.充电时铅酸蓄电池的正极与外接电源的负极相连

C.放电时PbO2发生氧化反应

D.充电时的阴极反应式为PbSO4+2H2O-2e- PbO2+S+4H+

4.(2020福建三明三校高二上期中联考)氢镍电池是近年开发出的可充电电池,电池的总反应为H2+NiO(OH) Ni(OH)2,下列叙述正确的是(　　)

A.电池充电时,镍元素被还原

B.电池放电时,镍元素被氧化

C.电池充电时,只有氢元素被氧化

D.电池放电时,氢气中氢元素被氧化

题组三　燃料电池

5.(2020江苏盐城中学高二上期中)氢氧燃料电池的反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是(　　)

A.该电池中电极a是负极

B.该电池工作时化学能转化为电能

C.该电池的总反应为2H2+O2 2H2O

D.外电路中电流由电极a通过导线流向电极b

6.(2020江苏南通高二上期中)某燃料电池可实现NO和CO的无害转化,其结构如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.石墨Ⅰ电极上发生氧化反应

B.电池工作时Na+向石墨Ⅱ电极处移动

C.石墨Ⅱ电极上的反应式为CO-2e-+O2- CO2

D.电路中每通过6 mol电子,生成1 mol N2

7.燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。

(1)甲烷燃料电池(NaOH溶液作电解质溶液)的负极反应式为　　　　　　　　　　　　,正极反应式为　　　　　　　　　,放电过程中溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(2)瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如下,下列有关说法正确的是　　　　。 

a.电池工作时,Na+向负极移动

b.电子由电极2经外电路流向电极1

c.电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O

d.电极2发生的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O

能力提升练

题组一　常见化学电源

1.()普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。在碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的多孔纸包裹作隔膜,隔膜外用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 [Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)

A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原

B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e- Mn2O3+2NH3+H2O

C.原电池工作时,电子从负极通过外电路移向正极

D.外电路中每通过0.1 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g

2.(2020浙江学业考试,)铅酸蓄电池广泛应用于机动车辆,其构造如图所示。已知PbSO4难溶于水,电池反应方程式为PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。下列说法不正确的是(　　)

A.电池工作时,Pb为负极,发生氧化反应

B.电池工作时,电解质溶液pH保持不变

C.硫酸根离子在负极和正极都参与了反应

D.正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++S PbSO4+2H2O

3.(2020广西桂林高二上期末,)已知某锂电池的总反应为4Li+2SOCl2 4LiCl+S+SO2↑,下列说法中正确的是(　　)

A.该电池组装时,必须在无水条件下进行

B.Li电极作电池的负极,发生还原反应

C.工作时,电子从负极经电解质溶液流向正极

D.电池工作时每生成22.4 L SO2,转移4 mol电子

4.(2020广东广州荔湾高二上期末,)液流式铅蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为电解质,该电池充放电的总反应为2Pb2++2H2O Pb+PbO2+4H+,下列说法不正确的是(　　)

A.放电时,电极质量均减小

B.放电时,正极反应是PbO2+4H++2e- Pb2++2H2O

C.充电时,溶液中Pb2+向阴极移动

D.充电时,阳极周围溶液的pH增大

5.(双选)(2020广东广州高三调研,)2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2(x<1)。下列说法正确的是(深度解析)

A.充电时a极接外电源的正极

B.放电时Li+在电解质中由a极向b极迁移

C.充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将减少0.14 g

D.该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收

6.(2020安徽池州一中高二上期中,)生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料,直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池,其能量转化率高,是一种真正意义上的绿色电池,其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e- 2CO2↑+12H+。下列说法不正确的是(　易错　)

A.C1极为电池负极,C2极为电池正极

B.C2极的电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O

C.该生物燃料电池的总反应方程式为C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O

D.电子由C2极经外电路导线流向C1极

题组二　新型化学电源

7.(2020江西南昌二中高二上期末,)2016年十大创新科技之一的碳呼吸电池的原理如下图所示。已知草酸铝[Al2(C2O4)3]难溶于水,则下列说法正确的是(深度解析)

A.该装置将电能转变为化学能

B.正极的电极反应式为C2-2e- 2CO2

C.每生成1 mol Al2(C2O4)3,有6 mol电子流过负载

D.随着反应的进行草酸盐浓度不断减小

8.()流动电池是一种新型电池,其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动,在电池外部调节电解质溶液,以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示,电池总反应为Cu+PbO2+2H2SO4 CuSO4+PbSO4+2H2O。下列说法不正确的是(　　)

A.a为负极,b为正极

B.该电池工作时,PbO2电极附近溶液的pH增大

C.a极的电极反应式为Cu-2e- Cu2+

D.调节电解质溶液的方法是补充CuSO4

9.(2020江西赣州高二上期中,)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的原理及电池中发生的主要物质间的转化如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.电极X为电池的负极

B.电池工作时,光能转变为电能

C.电池工作时,电极Y上发生还原反应

D.电池的电解质溶液中I-和的浓度不断减少

10.(2020湖北孝感高二上期中,)浓差电池是电化学电池的一种。一般所说的原电池在电池工作时都有某种化学变化发生,因而被称为化学电池;浓差电池虽然也经历了氧化还原过程,但电池的总反应中并没有反映出这种变化,它是通过一种物质从高浓度状态向低浓度状态的转移而获得电动势。如图是利用硫酸铜溶液构成的浓差电池的示意图,下列说法错误的是　(　　)

A.电池需采用阳离子交换膜

B.左室发生反应:Cu2++2e- Cu

C.左室流出的硫酸铜溶液物质的量浓度低于2 mol/L

D.工作一段时间后右室电极质量减轻

11.(2020浙江金华十校高二上期末,)以氨气为原料的燃料电池结构如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.a极为电池的正极

B.负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O

C.当生成1 mol N2时,电路中通过的电子的物质的量为3 mol

D.外电路的电流方向为从a极流向b极

12.(2020哈尔滨师大附中、东北师大附中、辽宁省实验中学一模,)新型锂空气电池具有使用寿命长、可在自然空气环境下工作的优点。其原理如图所示(电解质为离子液体和二甲基亚砜),电池总反应为2Li+O2 Li2O2,下列说法不正确的是(　　)

A.充电时电子由Li电极经外电路流入Li2O2电极

B.放电时正极反应式为2Li++O2+2e- Li2O2

C.充电时Li电极与电源的负极相连

D.碳酸锂涂层既可阻止锂电极的氧化又能让锂离子进入电解质

答案全解全析

基础过关练

1.D　在书写碱性电池的电极反应式时,方程式中不得出现H+。在碱性电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。

2.C　根据化合价变化可知Zn被氧化,锌是负极,A、D错误;根据化合价变化可知,Ag2O为正极,被还原,B错误;电子由负极通过外电路流向正极,即从锌流向氧化银,C正确。

3.A　放电时Pb在负极失电子,电极反应式为Pb-2e-+S PbSO4,A正确;充电时铅酸蓄电池的正极要恢复原状,则应该作电解池的阳极,与电源正极相连,B错误;放电时PbO2得电子,发生还原反应,生成PbSO4,C错误;充电时的阴极反应式为PbSO4+2e- Pb+S,D错误。

4.D　电池充电时,镍元素的化合价升高,被氧化,A错误;电池放电时,正极反应为NiO(OH)+H2O+e- OH-+Ni(OH)2,镍元素被还原,B错误;电池充电时,氢元素的化合价降低,被还原,C错误;电池放电时,氢元素的化合价升高,则氢气中氢元素被氧化,D正确。

5.D　通入H2的一极为负极,所以电极a为负极,A正确;燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,B正确;该电池中,负极上电极反应式为2H2-4e- 4H+,正极上电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,正、负极电极反应式相加得电池总反应:2H2+O2 2H2O,C正确;通入氢气的电极为负极,通入氧气的电极为正极,电流从电极b沿导线流向电极a,D错误。

6.C　石墨Ⅰ电极上NO发生反应生成N2,氮元素化合价降低,属于还原反应,A错误;电池工作时Na+向正极移动,即向石墨Ⅰ电极处移动,B错误;石墨Ⅱ为负极,发生还原反应,反应式为CO-2e-+O2- CO2,C正确;氮元素化合价由+2价降低为0价,每生成1 mol N2得到4 mol电子,则电路中每通过6 mol电子,生成1.5 mol N2,D错误。

7.答案　(1)CH4+10OH--8e- C+7H2O　O2+2H2O+4e- 4OH-　减小

(2)c

解析　(1)负极为CH4失电子被氧化,在碱性条件下转化为C,故负极反应式为CH4+10OH--8e- C+7H2O;正极为O2得电子在碱性条件下生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,电池总反应为CH4+2O2+2OH- C+3H2O。随着放电反应的进行,OH-不断被消耗,溶液的pH减小。

(2)NH3→N2,N元素化合价升高,故电极1为原电池负极,电极2为原电池正极,电池工作时,Na+向正极移动,电子由电极1经外电路流向电极2,电极2发生的电极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-,电极1发生的电极反应为2NH3+6OH--6e- N2+6H2O,故电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O。

能力提升练

1.C　普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误;根据原电池工作原理,负极失电子,B项错误;负极锌失电子,每通过0.1 mol电子,消耗锌的质量是65 g·mol-1×=3.25 g,D项错误。

2.B　Pb作负极,发生氧化反应,A正确;电池工作时,硫酸浓度减小,则电解质溶液pH增大,B错误;负极反应式为Pb+S-2e- PbSO4,正极反应式为PbO2+S+2e-+4H+ PbSO4+2H2O,故硫酸根离子在负极和正极都参与了反应,C、D正确。

3.A　由于Li易与水反应,SOCl2遇水分解,所以该电池组装时,必须在无水条件下进行,A正确;Li电极作电池的负极,发生氧化反应,B错误;工作时,电子不能经过电解质溶液,C错误;气体所处状况不知,无法由体积求物质的量,D错误。

4.D　电池放电时,负极反应为Pb-2e- Pb2+,正极反应为PbO2+4H++2e- Pb2++2H2O,则放电时,电极质量均减小,A、B正确;充电时阳离子向阴极移动,C正确;充电时,阳极反应为Pb2++2H2O-2e- PbO2+4H+,阳极周围溶液的pH减小,D错误。

5.AD　根据电池反应可知,负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2,充电时,阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。放电时,a极为正极,得电子,充电时a极为阳极,失电子,故充电时a极接外电源的正极,A正确;原电池中b极为负极,a极为正极,放电时,阳离子移向正极、阴离子移向负极,则Li+在电解质中由b极向a极迁移,B错误;放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,充电时阴极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,所以充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将增重0.02 mol×7 g/mol=0.14 g,C错误;放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于Li+移向正极并进入正极材料,有利于锂在LiCoO2极回收,D正确。

反思升华　充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断

(1)放电:阳离子移向正极,阴离子移向负极;

(2)充电:阳离子移向阴极,阴离子移向阳极;

(3)阳离子移向发生还原反应的电极;阴离子移向发生氧化反应的电极。

6.D　乙醇燃料电池中,燃料失电子发生氧化反应,燃料所在电极为负极,则C1极为电池负极,C2极为电池正极,A正确;正极上氧气得电子和氢离子反应生成水,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,B正确;该燃料电池的产物与乙醇燃烧的产物相同,则电池的总反应为C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O,C正确;电子由负极流向正极,则由C1极经外电路导线流向C2极,D错误。

易错警示　燃料电池的电极不参与反应,有很强的催化活性,起导电作用。

7.C　该装置属于原电池,将化学能转变为电能,A错误;原电池正极上发生得电子的还原反应,正极的电极反应式为2CO2+2e- C2,B错误;每生成1 mol Al2(C2O4)3,负极就有2 mol铝失电子,共失去6 mol电子,所以有6 mol电子流过负载,C正确;该原电池的总反应为2Al+6CO2 Al2(C2O4)3,生成的草酸铝难溶于水,所以随着反应的进行草酸盐浓度保持不变,D错误。

反思升华　本题的难点是电极反应式的书写,一般先判断出此电极的反应物,如本题中根据原电池原理,正极通入的是含二氧化碳的空气,出来的是不含CO2的空气,说明二氧化碳参与反应,然后判断产物,根据装置图,出来的是Al2(C2O4)3,说明二氧化碳得电子转化为C2。

8.D　A项,根据电池总反应可知铜为负极,PbO2为正极,正确;B项,该电池工作时,PbO2电极上发生的反应为PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O,消耗了溶液中的H+,故溶液的pH增大,正确;C项,铜电极的电极反应为Cu-2e- Cu2+,正确;D项,反应生成了CuSO4,消耗了H2SO4,故应补充H2SO4,错误。

9.D　由题图中电子的移动方向可知,电极X为原电池的负极,A正确;电池工作时,光能转变为电能,B正确;电池工作时,电极Y为原电池的正极,发生还原反应,C正确;由题图可知,在正极上得电子被还原为I-,后又被氧化为,和I-相互转化,反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化,所有化学物质都没有被损耗,D错误。

10.A　左室Cu2+得电子生成Cu,硫酸根离子浓度相对较大,右室Cu电极失去电子生成Cu2+,Cu2+浓度相对较大,所以硫酸根离子通过离子交换膜由左室移向右室,即离子交换膜为阴离子交换膜,A错误;该浓差电池中,左室CuSO4溶液浓度高,发生反应Cu2++2e- Cu,因而左室为正极区,右室为负极区,B正确;左室溶液中Cu2+得电子生成Cu,所以左室流出的硫酸铜溶液物质的量浓度低于2 mol/L,C正确;该浓差电池中,右室为负极区,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,所以原电池工作一段时间后右室电极质量减轻,D正确。

11.B　氨被氧化,发生氧化反应,所以a极为负极,A错误;负极氨气发生氧化反应,电解质溶液呈碱性,所以负极的电极反应为2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O,B正确;由负极的电极反应可知,当生成1 mol N2时,电路中通过的电子的物质的量为6 mol,C错误;电流由正极流向负极,则外电路的电流方向为从b极流向a极,D错误。

12.A　充电时为电解池,电子由阳极经外电路流入阴极,则由Li2O2电极经外电路流入Li电极,A错误;放电时,以空气中的氧气作为正极反应物,反应式为2Li++O2+2e- Li2O2,B正确;充电时,Li电极与电源的负极相连,C正确;碳酸锂涂层既可阻止锂电极的氧化又能让锂离子进入电解质,D正确。