2022年高三化学寒假同步测试：09原电池原理的综合应用 Word版含答案

这是一份2022年高三化学寒假同步测试：09原电池原理的综合应用 Word版含答案，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
09原电池原理的综合应用
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分)
1．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减小。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A．①>③>②>④ B．①>③>④>②
C．③>④>②>① D．③>①>②>④
2．根据下列事实，①X＋Y2＋===X2＋＋Y ②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑ ③Z2＋的氧化性比X2＋的弱 ④由Y、W电极组成的原电池，电极反应分别为W2＋＋2e－===W、Y－2e－===Y2＋，由此可判断X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A．X>Z>Y>W B．Z>W>X>Y
C．Z>Y>X>W D．Z>X>Y>W
3．有一种风光互补发电系统的工作原理如图所示，下列有关说法中不正确的是( )
A．该系统中能量转化方式只有三种
B．太阳能电池板可直接将太阳能转化为电能
C．风力发电原理为风能→机械能→电能
D．风能和太阳能均属于一次能源
4．镁电池毒性低、污染小，电压高而平稳，它逐渐成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁电池的反应原理为：xMg＋M3S4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))MgxM3S4。下列说法正确的是( )
A．放电时，M3S4发生氧化反应
B．放电时，负极反应式：M3S4＋2xe－―→M3Seq \\al(2x－,4)
C．充电时，Mg2＋向阴极迁移
D．充电时，阳极反应式：xMg2＋＋2xe－―→xMg
5．蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：Fe＋NiO2＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Fe(OH)2＋Ni(OH)2。下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是( )
A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极
B．蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中
C．放电时，负极上的电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
D．放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动
6．对于如图所示的锌锰电池，下列说法不正确的是( )
A．MnO2是氧化剂，被还原
B．碳棒为正极，锌筒为负极
C．使用过程中锌筒会逐渐变薄
D．此为普通锌锰干电池，电池容量较低
7．镉镍可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。
下列判断错误的是( )
A．放电时，Cd作负极
B．放电时，NiOOH作负极
C．电解质溶液为碱性溶液
D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2
8．肼(N2H4)­空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。下列说法中，不正确的是( )
A．该电池放电时，通入肼的一极为负极
B．电池每释放1 ml N2转移的电子数为4NA
C．通入空气的一极的电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的pH将不变
9．实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是( )
A．该原电池的正极反应：Zn－2e－===Zn2＋
B．左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡生成
D．该电池总反应：3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋
10．零排放车载燃料电池曾被美国《时代》杂志列为21世纪改变人类生活的十大新科技之首。质子交换膜燃料电池便是其中一种，其工作原理如图所示，则下列叙述不正确的是( )
A．正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．负极反应为2H2－4e－===4H＋
C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极
D．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
11．银器皿日久表面逐渐变黑，这是因为生成了Ag2S。有人设计用原电池原理除去银器表面的黑色。方法为将银器与Al片接触，一起浸泡在稀NaOH溶液中，放置一段时间后黑色褪去，取出银器用水洗净，银器恢复原貌。总反应为2Al＋3Ag2S＋8OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋6Ag＋3S2－＋4H2O。下列叙述不正确的是( )
A．反应后溶液的pH降低
B．溶液中S2－向正极移动
C．负极的电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O
D．正极的电极反应式为3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－
12．磷酸铁锂电池是一种新型锂离子电池，其正极材料为LiFePO4，充、放电时的变化如图所示，负极充、放电时的变化可简写为LixC－xe－eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))C＋xLi＋。下列有关说法不正确的是( )
A．该电池属于二次电池
B．LiFePO4中铁为＋2价
C．放电时电池负极的电极反应为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
D．放电时，Li＋向正极移动
13．研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有关“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 ml Na2Mn5O10转移2 ml电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
14.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一特点，科学家发明了电动势法测水泥初凝的时间。此方法的原理如图所示，反应的总方程式为2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列说法中正确的是( )
A．测量过程中，氧化银被氧化成单质银
B．测量原理示意图中，Ag2O为负极
C．负极的电极反应：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
D．工作中电流在外电路中由Cu电极流向Ag2O电极
15．热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，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。下列有关说法正确的是( )
A．正极反应式：Ca＋2Cl－＋2e－===CaCl2
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．每转移0.1 ml电子，理论上生成20.7 g Pb
D．常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转
16.如图是某厂生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子。电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应方程式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法中正确的是( )
A．左边的电极为电池的正极，a处通入的是甲醇
B．右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气
C．电池的负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D．电池的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
二、非选择题(本题包括4小题，共52分)
17．(10分)日常生活、科学研究、工业生产中有许多问题与原电池的工作原理有关。
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)某同学在一次实验中，偶然地发现了一种“反常”现象，向正在反应中的Zn与稀硫酸所组成的体系中滴加了几滴CuSO4溶液后，很快地发现产生气泡的速率明显加快了，导致“加快”的原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)心脏起搏器的使用可以使患有心动过缓或心律失常的患者的心率与排血量维持在正常范围之内，从而提高他们的生存质量。Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器中，电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。则该电池的电解质溶液中______(填“能”或“不能”)含有水，理由是___________________________________________________________。
18．(14分)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)一种常用的镍镉(Ni­Cd)电池，其电池总反应可以表示为2Ni(OH)2＋Cd(OH)2eq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))Cd＋2NiOOH＋2H2O。
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是________。
①以上反应是可逆反应
②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能
④放电时化学能转变为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重，这是因为
________________________________________________________________________。
(3)下图是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：
eq \x(A)―→eq \x(B)―→eq \x(C)―→eq \x(D)―→eq \x(人)
生物体D中重金属浓度______(填“大于”“等于”或“小于”)生物体A中重金属浓度，这是由食物链________作用引起的。除上述途径外，被污染水体中的重金属还可以直接通过________(途径)进入人体。
(4)另一种常用的电池是锂电池，由于它的比能量(单位质量电极材料所能转换的电能)特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。
试回答：锂电池比能量特别大的原因是____________________________。锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因：___________________________________________________________________。
19．(14分)(1)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。
回答下列问题：
①外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
②电池正极反应式为__________________________________________________________。
(2)通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理示意图如右图。
①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式：_____________________________________________。
20．(14分)某校化学兴趣小组为了探究原电池的工作原理，进行如下系列实验，请回答下列问题。
(1)实验一中盐桥中的K＋流向____________溶液(填“ZnSO4”或“CuSO4”)，如果Zn的消耗速率为1×10－3 ml/s，为使电荷守恒，则K＋的迁移速率为__________ ml/s。实验表明，若将装置中两个电极位置调换，则电路中没有电流通过，原因是
________________________________________________________________________。
(2)实验二中刚将铜、锌片插入溶液中时电流计指针有偏转，但立即就归零了，为什么锌失去的电子不能持续通过导线流向铜电极转移给Cu2＋？
________________________________________________________________________。
(3)实验三中铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流计的指针偏转，但在较短时间内电流就明显减小。实验结束时测得锌片质量减少了3.94 g，铜片质量增加了3.84 g，则该原电池的工作效率是(指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率)____________________。
(4)与实验三相比，实验一中原电池的工作效率较高，原因是
________________________________________________________________________。
参考答案与解析
1． 解析：选B。①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极，金属活动性：①>②；①③相连时，③为正极，金属活动性：①>③；②④相连时，②上有气泡逸出，说明④为负极，金属活动性：④>②；③④相连时，③的质量减小，说明③为负极，金属活动性：③>④。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①>③>④>②，B项正确。
2． 解析：选D。由题意知：①中发生置换反应，说明还原性：X>Y，②中Z与H2O(冷)反应，说明Z的还原性很强，③中Z2＋的氧化性比X2＋弱，说明还原性：Z>X，④中Y、W构成的原电池中，Y发生氧化反应，Y为负极，说明还原性：Y>W，故X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是Z>X>Y>W，选D。
3． 解析：选A。由图可知该系统中能量转化方式至少有四种：太阳能→电能、风能→机械能→电能、电能→化学能。
4． 解析：选C。A.放电时，M3S4被还原，为原电池正极，发生还原反应，电极反应式为M3S4＋2xe－===M3Seq \\al(2x－,4)，故A错误；B.放电时，负极上镁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋或xMg－2xe－===xMg2＋，故B错误；C.充电时，Mg2＋向阴极移动，在阴极被还原为Mg，故C正确；D.充电时，阳极反应为原电池的正极反应的逆反应，M3Seq \\al(2x－,4)失电子发生氧化反应，电极反应式为：M3Seq \\al(2x－,4)－2xe－===M3S4，故D错误；故选C。
5． 解析：选B。蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属Fe，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2＋，由于负极(Fe)的附近聚集较多的Fe2＋，故电解质溶液中的阴离子向负极移动，D正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是
放电：负极Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2；
正极NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－。
充电：阴极Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－；
阳极Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O。
可见，以上反应都是在碱性溶液中进行的，B不正确，C正确。
6． 选D。MnO2是氧化剂，被还原，A正确；该电池中碳棒为正极，锌筒为负极，锌筒会被腐蚀，B正确、C正确；此为碱性锌锰干电池，D错误。
7． 解析：选B。由总反应式知电解质溶液呈碱性，放电时，Cd是还原剂，故Cd作负极，A、C、D正确，B错误。
8． 解析：选D。该碱性燃料电池的总反应方程式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，N2H4中N化合价升高发生氧化反应，则通入N2H4的一极为负极，A项正确；每生成1 ml N2转移电子4 ml，B项正确；碱性条件下O2放电结合水电离产生的H＋生成OH－，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项正确；从总反应可知放电过程生成H2O，KOH溶液浓度降低，pH减小，D项错误。
9． 解析：选B。Zn失去电子，发生氧化反应，Zn为负极，A项错误；Fe3＋被还原为Fe2＋，溶液红色逐渐褪去，B项正确，铂电极作正极，无气泡生成，C项错误；该电池总反应：Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，D项错误。
10． 解析：选C。该燃料电池为氢氧燃料电池，其总反应方程式为2H2＋O2===2H2O，该燃料电池是通过质子(H＋)来传递电荷的，H＋分别参与了正、负电极的反应，但H＋在电池的内部应由负极(产生H＋)定向移动至正极(消耗H＋)，其在整个过程中消耗量与生成量相等。
11． 解析：选B。由总反应方程式知A正确；阴离子移向负极，B错误；铝是还原剂，在负极发生氧化反应，Ag2S是氧化剂，在正极发生还原反应，C、D正确。
12． 解析：选C。可充电电池属于二次电池，A项正确；LiFePO4中POeq \\al(3－,4)显－3价，Li显＋1价，则铁为＋2价，B项正确；由图示可知，放电时FePO4得电子转化为LiFePO4，发生还原反应，故为电池的正极，C项不正确；放电时，Li＋在负极生成，向正极移动，D项正确。
13． 解析：选B。由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物，即银作负极，产物AgCl是氧化产物，A、D两项不正确；在原电池中阳离子在正极得电子发生还原反应，所以阳离子向电池的正极移动，C项不正确；化合物Na2Mn5O10中Mn的化合价是＋eq \f(18,5)，所以每生成1 ml Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(4－eq \f(18,5))×5＝2 ml，B项正确。
14． 解析：选C。由原理图知，这是一个原电池，铜作负极，发生氧化反应，氧化银在正极上被还原，A、B错；由总反应方程式知，负极铜反应后生成Cu2O，C对；电流流动方向与电子流动方向相反，D错。
15． 解析：选D。仔细分析题给信息，结合原电池工作原理进行分析判断。A.分析电池总反应，Ca在反应中失电子，所以Ca应作负极；PbSO4中的Pb2＋得电子生成单质铅，所以正极反应物应是PbSO4，所以A项错误。B.放电过程中，负极失电子，电子通过导线流向正极，所以正极表面聚集大量电子，能够吸引电解质中的阳离子向正极移动，所以B项错误。C.根据方程式知，每转移0.1 ml电子，生成0.05 ml铅，其质量为10.35 g，所以C项错误。D.根据题给信息，该电池为热激活电池，常温下，无水LiCl­KCl为固态，没有自由移动的离子，该装置不能形成闭合回路，处于非工作状态，所以没有电流产生，即电流表或检流计的指针不会发生偏转。
16． 解析：选C。由图可知电子从a极流出，a极是负极，发生氧化反应，A、B不正确。由a极经氧化反应生成的H＋通过质子交换膜传递给b极，所以C正确，D不正确。
17． 解析：(1)从接头处若是潮湿的会形成原电池的角度进行分析。(2)从形成原电池后会导致反应速率加快的角度进行分析。
答案：(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中便形成了原电池，加速了铝的腐蚀
(2)锌及其置换出的铜、稀硫酸组成了原电池
(3)不能 锂能与水快速反应
18． 解析：电池的充电过程和放电过程是在不同的条件下进行的，题述反应不是可逆反应。电池放电过程生成的Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，在酸性土壤中更易生成重金属离子，所以污染更加严重。食物链对重金属离子有富集作用，使之浓度越来越大，危害越来越大。锂的相对原子质量为7，每转移1 ml e－，消耗锂的质量仅为7 g，所以其比能量大。
答案：(1)B (2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液生成有毒的重金属离子 (3)大于 富集 饮水 (4)锂的摩尔质量小 2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
19． 解析：(1)①可由题意叙述中Li＋的迁移方向判断电流方向，在电池内部，电流从负极流向正极，可知MnO2晶格为正极，故外电路电流方向由b向a。②题中叙述Li＋迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2，可知Mn元素化合价降低1，得电子数为1，晶格生成物LiMnO2不能拆成离子形式，故正极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
(2)由图示可知原电池发生反应为2NO＋O2===2NO2，NO为还原剂，O2为氧化剂，O2在Pt电极得电子发生还原反应：O2＋4e－===2O2－。NO在NiO电极上失电子发生氧化反应：NO＋O2－－2e－===NO2。
答案：(1)①b a ②MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
(2)①还原 ②NO＋O2－－2e－===NO2
20． 解析：(1)实验一中右侧烧杯消耗Cu2＋，为保持溶液的电中性，故盐桥中K＋应流向CuSO4溶液且迁移速率应该是Zn的消耗速率的2倍。当电极调换位置后，Zn直接与Cu2＋发生置换反应，电子无法转移到另外一个电极上。(3)铜片增加的质量是铜片上析出的单质铜的质量，生成的单质铜的物质的量为n(Cu)＝0.06 ml，需要溶解的锌也是0.06 ml，质量为3.90 g，而锌总共减少了3.94 g是因为在锌表面还直接发生了Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋这一反应(由题目中锌片表面有红色物质析出知)，利用该方程式及差量法可求出参与该反应的锌的质量为2.6 g，故该原电池的工作效率为3.9 g÷(3.9 g＋2.6 g)×100%＝60%。
答案：(1)CuSO4 2×10－3 Zn直接与Cu2＋发生置换反应
(2)未形成闭合的回路 (3)60%
(4)Zn和Cu2＋不直接接触发生置换反应，电子只能通过导线发生转移题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
答案