人教版新高考化学一轮复习训练-原电池与化学电源

考点规范练16　原电池与化学电源

一、选择题

1.肼(N2H4)曝露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是(　　)。

A.电池工作时,正极附近的pH降低

B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移

C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O

D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作

2.一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后,可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是(　　)。

A.放电时,Mg(液)层的质量减小

B.放电时正极反应为Mg2++2e-Mg

C.该电池充电时,Mg-Sb(液)层发生还原反应

D.该电池充电时,Cl-向中层和下层分界面处移动

3.(2020山东济南二模改编)某种氨硼烷(NH3·BH3)电池装置如图所示(未加入氨硼烷之前,两极室内液体质量相等),电池反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O(不考虑其他反应的影响)。下列说法错误的是(　　)。

A.氨硼烷中N和B的杂化方式相同

B.电池正极的电极反应式为2H++H2O2+2e-2H2O

C.其他条件不变,向H2O2溶液中加入适量硫酸能增大电流

D.若加入的氨硼烷全部放电后左右两极室内液体质量差为3.8 g,则电路中转移1.2 mol电子

4.(2020福建厦门高三质检)一种双电子介体电化学生物传感器,用于检测水体急性生物毒性,其工作原理如图。下列说法正确的是(　　)。

A.图中所示电极为阳极,其电极反应式为K4Fe(CN)6-e-K3Fe(CN)6

B.甲萘醌在阴极发生氧化反应

C.工作时K+向图中所示电极移动

D.NAD(P)H转化为NAD(P)+的过程失去电子

5.(2020广西南宁第二次适应性测试)DBFC燃料电池的结构如图,该电池的总反应为NaBH4+4H2O2NaBO2+6H2O。下列关于电池工作时的相关分析不正确的是(　　)。

A.X极为正极,电流由X极流向外电路

B.Y极发生的还原反应为H2O2+2e-2OH-

C.X极区溶液的pH逐渐减小

D.每消耗1.0 L 0.50 mol·L-1 H2O2溶液,电路中转移1.0 mol e-

6.工业上常将铬镀在其他金属表面,同铁、镍组成各种性质的不锈钢,在如图装置中,观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡,而图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,则下列叙述正确的是(　　)。

A.图1为原电池装置,Cu电极上产生的是O2

B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu-2e-Cu2+

C.由实验现象可知:金属活动性Cu>Cr

D.两个装置中,电子均由Cr电极流向Cu电极

7.下面4种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是(　　)。

二、非选择题

8.根据右图回答下列问题。

Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象是 　　　　　　　　　　　　　　,负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为　　　　(填“Mg”或“Al”),总反应的化学方程式为　 　　　　　　　　　　　　　　。 

Ⅱ.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

(1)该电池工作时,b口通入的物质为　　　　,c口通入的物质为　　　　。 

(2)该电池负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)工作一段时间后,当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时,有　　　　NA个电子转移。(设NA代表阿伏加德罗常数的值) 

9.酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如图所示,比较二者的异同,回答下列问题。

(1)酸性锌锰干电池的负极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)碱性锌锰干电池在放电过程中产生MnO(OH),写出正极反应式:　                      。

(3)维持电流为0.6 A,电池工作10分钟。理论消耗Zn　　　 g。(结果保留到小数点后两位,已知1 mol e-的电量为96 500 C) 

(4)用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,除杂步骤如下(已知当离子浓度小于1×10-5 mol·L-1时,可认为该离子沉淀完全):

①加入足量稀硫酸和　　　　　溶液将锌皮溶解,此时锌离子浓度为0.1 mol·L-1; 

②调节溶液的pH为　　　　到　　　　之间(结果保留到小数点后一位),过滤除去含铁元素的沉淀。 

10.(1)甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下:

2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)

ΔH=-1 275.6 kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ·mol-1

H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ· mol-1

则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为　　　　　　　　　。

(2)氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题:

①银制器皿日久表面变黑是因为表面生成了Ag2S的缘故,该现象属于　　　　　　腐蚀。如果加入一定浓度硝酸将发生反应:3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,同时Ag与硝酸反应生成AgNO3、NO、H2O,当生成标准状况下22.4 mL的气体时,参加反应的HNO3的物质的量为　　　　　。 

②在如图甲所示的原电池装置中,负极的电极反应为　　　　　　　　　　　,H+的移动方向为　　　　　　　　(填“从右向左”或“从左向右”);电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　,当电路中转移0.1 mol e-时,交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为　　　　　。 

甲

乙

③电解NO制备NH4NO3原理如图乙所示,接电源正极的电极为　　　　(填“X”或“Y”),X电极反应式为　　　　　　　　　　　,为使电解产物完全转化为NH4NO3,需要补充的物质A的化学式为　　　　　　　　　　　　　　。 

答案：

1.C　解析:电池工作时,O2在正极发生还原反应:2H2O+O2+4e-4OH-,由于生成OH-,溶液的pH增大,A项错误。当消耗1 mol O2时,电路中转移4 mol电子,生成4 mol OH-,为保持溶液呈电中性,应有4 mol Na+由甲槽向乙槽迁移,B项错误。N2H4在负极上失电子发生氧化反应,则负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O,C项正确。若去掉阳离子交换膜,肼与O2直接接触会引发爆炸,D项错误。

2.C　解析:放电时,负极Mg失电子生成镁离子,则Mg(液)层的质量减小,A项正确。正极上镁离子得电子,则放电时正极反应为Mg2++2e-Mg,B项正确。该电池充电时,Mg-Sb(液)层为阳极,阳极上发生失电子的氧化反应,C项错误。该电池充电时,阴离子向阳极移动,即Cl-向中层和下层分界面处移动,D项正确。

3.A　解析:氨硼烷中N是sp3杂化,B是sp2杂化,两者的杂化方式不同,A项错误。根据电池反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O可知,左侧加入NH3·BH3的电极为负极,负极上失电子发生氧化反应,负极的电极反应式为2H2O+NH3·BH3-6e-NH4BO2+6H+;右侧电极为正极,正极上得到电子发生还原反应,电极反应式为6H++3H2O2+6e-6H2O,B项正确。正极上消耗氢离子,其他条件不变,向H2O2溶液中加入适量硫酸能增大电流,C项正确。未加入氨硼烷之前,两极室内液体质量相等,加入氨硼烷后,根据正、负极的电极反应式,假定转移6 mol电子,则左室质量增加=31 g-6 g=25 g,右室质量增加6 g,两极室质量相差19 g。工作一段时间后,若左右两极室质量差为3.8 g,则电路中转移1.2 mol电子,D项正确。

4.D　解析:根据图示可知K4Fe(CN)6在电极表面失电子生成K3Fe(CN)6,故图示电极为阳极,其电极反应式为K4Fe(CN)6-e-K3Fe(CN)6+K+,A项错误。甲萘醌应在阴极发生还原反应,B项错误。工作时在电解池中阳离子应向阴极移动,C项错误。

5.A　解析:由Na+向Y极区迁移可知X极为负极,电子由X极流向外电路,流入Y极,A项错误;Y极为正极,H2O2在正极上发生还原反应:H2O2+2e-2OH-,B项正确;X极上发生氧化反应:8OH-+B-8e-B+6H2O,故X极区溶液的pH逐渐减小,C项正确;由电极反应式H2O2+2e-2OH-知,每消耗1.0 L 0.50 mol·L-1 H2O2溶液,电路中转移1.0 mol e-,D项正确。

6.B　解析:图1为原电池装置,铜电极为正极,氢离子在铜电极上得电子生成氢气,A项错误;图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜电极为负极,铬电极为正极,负极发生反应:Cu-2e-Cu2+,B项正确;由图1根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强,C项错误;图1中,电子由Cr经导线流向Cu,图2中电子由Cu经导线流向Cr,D项错误。

7.C　解析:A项,通入空气的电极作正极,正极反应式:O2+4e-2O2-,不符合题意;B项,通入氧气的一极作正极,电解质溶液是碱性溶液,正极反应式:2H2O+O2+4e-4OH-,不符合题意;C项,通入空气的一极作正极,电解质传递H+,正极反应式:4H++O2+4e-2H2O,符合题意;D项,通入氧气的一极作正极,依据电池内部传递C,正极反应式:2CO2+O2+4e-2C,不符合题意。

8.答案:Ⅰ.(1)Mg逐渐溶解,Al片上有气泡冒出,电流计指针偏转　Mg-2e-Mg2+

(2)Al　2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑

Ⅱ.(1)CH3OH　O2或空气

(2)H2O+CH3OH-6e-CO2↑+6H+

(3)2.4

解析:Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,因Mg的活泼性比Al强,故Mg作负极,负极上发生反应Mg-2e-Mg2+,镁片溶解;Al作正极,正极上发生反应2H++2e-H2↑,故Al片上有气泡冒出;电路中产生电流,故电流计指针偏转。

(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,因为Mg不与NaOH溶液反应,所以Al是负极,Mg是正极,总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。

Ⅱ.由H+移动方向可知,左侧为负极,右侧为正极,故b口通入CH3OH,c口通入O2或空气。负极反应式为H2O+CH3OH-6e-CO2↑+6H+。当12.8 g甲醇(即0.4 mol)完全反应生成CO2时,转移2.4 mol电子,即转移2.4NA个电子。

9.答案:(1)Zn-2e-Zn2+

(2)H2O+MnO2+e-MnO(OH)+OH-

(3)0.12

(4)①H2O2　②2.7　6

解析:(1)酸性锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为二氧化锰和氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。

(2)在反应中锌元素化合价升高,被氧化,Zn为负极,电极反应式为2OH-+Zn-2e-Zn(OH)2;锰元素化合价降低,被还原,MnO2为正极,电极反应式为MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-。

(3)维持电流为0.6 A,电池工作10分钟,则通过的电量是0.6 A×600 s=360 C,因此通过电子的物质的量是 mol≈3.73×10-3 mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是×65 g·mol-1≈0.12 g。

(4)H2O2具有强氧化性,能把Fe2+氧化为Fe3+,因此加入足量稀硫酸和过氧化氢溶液,铁转化为硫酸铁。根据Fe(OH)3的溶度积知,当铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)= mol·L-1≈0.5×10-11 mol·L-1,因此加碱调节pH=2.7时Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为0.1 mol·L-1,根据氢氧化锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8 mol·L-1,所以c(H+)=10-6 mol·L-1,此时pH=6。

10.答案:(1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)　ΔH=-442.8 kJ·mol-1

(2)①化学　0.004 mol

②Cl-+Ag-e-AgCl　从左向右　2Ag+Cl22AgCl　0.2 mol

③Y　6H++NO+5e-N+H2O　NH3

解析:(1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ· mol-1,②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ· mol-1,③H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·mol-1,则根据盖斯定律,由(①-②+4×③)÷2得CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)　ΔH=-442.8 kJ· mol-1。

(2)①银制器皿日久变黑,表面生成了Ag2S,属于化学腐蚀;Ag、Ag2S分别与硝酸反应的化学方程式为6Ag+8HNO36AgNO3+2NO↑+4H2O、3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,两个方程式中消耗HNO3和生成NO的化学计量数之比相等,n(NO)=0.022 4 L÷22.4 L· mol-1=0.001 mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=4×0.001 mol=0.004 mol。②该原电池中,Ag失电子作负极、通入氯气的电极作正极,负极反应式为Ag+Cl--e-AgCl;电解质溶液中H+向正极Pt电极方向移动;该原电池相当于氯气和Ag反应生成AgCl,故电池总反应式为2Ag+Cl22AgCl;放电时,左侧装置中Ag失电子与Cl-反应生成AgCl沉淀,且溶液中H+向正极移动,当电路中转移0.1 mol电子时,生成0.1 mol Ag+,0.1 mol Ag+生成AgCl需要0.1 mol Cl-,向正极方向移动0.1 mol H+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为0.2 mol。③根据图示知,左侧NO得电子生成N,右侧NO失电子生成N,最终得到NH4NO3,该电解池中失电子的电极为阳极、得电子的电极为阴极,所以X为阴极、Y为阳极,阳极接电源正极,所以Y接电源正极,X电极反应式为6H++NO+5e-N+H2O;生成一个N得到5个电子、生成一个N失去3个电子,根据转移电子相等知,生成N的浓度小于生成N的浓度,要使N完全转化为NH4NO3,应该加入NH3,所以加入的物质A为NH3。