适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习第六章化学反应与能量课时规范练21原电池化学电源

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1.(2021广东潮州二模)已知:电流效率=电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ,装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同
B.Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同
C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
2.(2022河南高三模拟)水系锌离子电池由于具有对环境友好、成本低等优点,被认为是电池工业的未来,其放电时的工作原理如图所示。电池进行放电时,MnO2/Ti电极上生成的是ZnMn2O4。下列有关说法错误的是( )
A.放电时,H+向MnO2/Ti电极移动
B.放电时,电池总反应方程式为Zn+2MnO2ZnMn2O4
C.充电时,当外电路转移1 ml e-时,理论上Zn电极减重32.5 g
D.充电时,MnO2/Ti电极上发生反应:ZnMn2O4-2e-Zn2++2MnO2
3.(2022全国甲卷)一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在]。电池放电时,下列叙述错误的是( )
A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移
B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移
C.MnO2电极反应:MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O
D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+Zn(OH+Mn2++2H2O
4.(2022上海普陀区高三二模)一种利用CH4消除NOx污染的工作原理如图所示,装置均用惰性电极,两侧电解质溶液为同浓度的盐酸。下列说法正确的是( )
A.NO2发生氧化反应
B.负极:CH4+2H2O-8e-CO2+8H+
C.转移0.8 ml电子,有0.4 ml H+通过离子交换膜
D.工作一段时间,两侧电极室中溶液pH均减小
5.(2021山东泰安四模)锌—空气燃料电池是一种低能耗电池,在生产生活中应用广泛,其装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A.充电时,a与电源正极相连
B.放电过程中,KOH溶液浓度不变
C.充电时,N极的电极反应为ZnO+2H++2e-Zn+H2O
D.放电时,M极每消耗16 g O2,理论上N极质量增加16 g
6.(2021山东淄博三模)以Na3Ti2(PO4)3为负极材料的新型可充电钠离子电池的工作原理如图。下列说法错误的是( )
A.放电时,正极的反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6]
B.充电时,a端接电源正极
C.充电时,每生成1 ml Fe[Fe(CN)6]消耗2 ml NaTi2(PO4)3
D.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
二、选择题:本题共2小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
7.(2022辽宁沈阳高三三模)镁—锂双离子二次电池的装置如图所示,下列说法错误的是( )
A.放电时,Mg为负极
B.充电时每转移1 ml电子,左侧电解质溶液质量减少5 g
C.充电时,阳极的电极反应式为xLi++Li1-xFePO4+xe-LiFePO4
D.电池工作时发挥了镁离子和锂离子电池的性能优势,并减少了锂资源的应用
8.(2021湖南岳阳质量检测)硫化氢—空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合,已知:2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l) ΔH=-632 kJ·ml-1,下列说法不正确的是( )
A.电极a发生了氧化反应
B.标准状况下,每11.2 L H2S参与反应,有1 ml H+经固体电解质膜进入正极区
C.当电极a的质量增加64 g时,电池内部释放632 kJ的热能
D.电极b上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
三、非选择题:本题共2小题。
9.(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图是高铁电池的模拟实验装置:
①该电池放电时正极的电极反应为 。
②盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向 (填“左”或“右”)移动。
③下图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。
(2)有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示,电池正极的电极反应是 ;A是 。
(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度,其装置如图所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON内自由移动,工作时O2-的移动方向 (填“从a到b”或“从b到a”);负极发生的电极反应为 。
10.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用,如宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等,都离不开各式各样的电池,同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息,回答下列问题:
(1)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中电池反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。
①该电池的负极反应是 。
②在电池中,Na+不断移动到“水”电池的 (填“正”或“负”)极。
③外电路中每通过4 ml电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是 。
(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。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 。
②该电池负极的电极反应为 。
③工作一段时间后,当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时,有 NA个电子转移(设NA为阿伏加德罗常数的值)。
参考答案
课时规范练21 原电池 化学电源
1.C 解析 在电池Ⅰ中,金属铜发生氧化反应而被腐蚀,负极反应为Cu-2e-Cu2+,正极反应是Fe3++e-Fe2+,电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同,都是将化学能转化为电能的装置,采用了离子交换膜,可以减少能量损失。
Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同,A错误;电池Ⅱ的工作原理和电池Ⅰ相同,都是将化学能转化为电能的装置,电池Ⅱ采用了离子交换膜,金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率,B错误、C正确;Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同,根据电极反应,放电一段时间后,Ⅰ、Ⅱ中都至少含有氯化铜和氯化亚铁两种溶质,D错误。
2.C 解析 放电时,Zn电极作负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;MnO2/Ti电极作正极,得到电子,发生还原反应,电极反应式为Zn2++2MnO2+2e-ZnMn2O4;电池总反应方程式为Zn+2MnO2ZnMn2O4。放电时,阳离子向正极移动,MnO2/Ti电极作正极,则H+向MnO2/Ti电极移动,A项正确;放电时,电池总反应方程式为Zn+2MnO2ZnMn2O4,B项正确;充电时,Zn电极作阴极,电极反应为Zn2++2e-Zn,当外电路转移1mle-时,理论上Zn电极增重32.5g,C项错误;充电时,MnO2/Ti电极作阳极,电极反应为ZnMn2O4-2e-Zn2++2MnO2,D项正确。
3.A 解析 根据电池装置图可知,Zn电极为负极,MnO2电极为正极。根据原电池电解质溶液中阴、阳离子的移动方向(阴离子向负极定向移动,阳离子向正极定向移动)的规律可知,A项叙述错误,B项叙述正确;电池放电时的正极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,C项叙述正确;放电时的负极反应为Zn+4OH--2e-Zn(OH,由此可知,放电时的电池总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+Zn(OH+Mn2++2H2O,D项叙述正确。
4.B 解析 NO2反应生成了N2,得到电子,发生还原反应,A项错误;负极发生反应为CH4+2H2O-8e-CO2+8H+,B项正确;该电源的外电路是电子移动,内电路是H+移动,二者都带一个单位电荷,根据得失电子数相等,转移0.8ml电子,则有0.8mlH+通过离子交换膜,C项错误;负极区域生成了H+,pH减小,正极区域消耗H+生成H2O,pH增大,D项错误。
5.C 解析 锌—空气燃料电池中Zn为活泼金属,放电时被氧化,所以N为负极,M为正极,正极上氧气被还原。放电时M为正极,则充电时M为阳极,a与电源正极相连,A正确;放电过程中N极的电极反应为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,M极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,总反应为2Zn+O22ZnO,所以KOH溶液浓度不变,B正确;电解质溶液为碱性溶液,充电时N极的电极反应为ZnO+H2O+2e-Zn+2OH-,C错误;16gO2的物质的量为0.5ml,根据电极反应可知转移2ml电子,有1mlZn转化为1mlZnO,增加的质量为1ml氧原子的质量,为16g,D正确。
6.C 解析 Na3Ti2(PO4)3为负极材料,所以放电时Na3Ti2(PO4)3被氧化为NaTi2(PO4)3,M箔为正极,Fe[Fe(CN)6]被还原为Na2Fe[Fe(CN)6],电极反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6],A正确;放电时M箔为正极,则充电时M箔为阳极,a端连接电源正极,B正确;充电时右侧为阴极,电极反应为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+Na3Ti2(PO4)3,阳极的电极反应为Na2Fe[Fe(CN)6]-2e-Fe[Fe(CN)6]+2Na+,根据电极反应可知每生成1mlFe[Fe(CN)6]转移2ml电子,消耗1mlNaTi2(PO4)3,C错误;充电时为电解池,电解池中阳离子由阳极流向阴极,即Na+通过离子交换膜从左室移向右室,D正确。
7.C 解析 放电时Mg为原电池的负极,故A项正确;充电时,导线上每通过1mle-,左室发生还原反应,反应式为Mg2++2e-Mg,反应减少0.5mlMg2+,但右侧将有1mlLi+移向左室,所以溶液质量减轻12g-7g=5g,故B项正确;充电时,阳极的电极反应式为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4,故C项错误;电池工作时可发挥镁离子和锂离子电池的性能优势,能减少锂资源的应用,故D项正确。
8.CD 解析 由2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l)可知,O2在电极b上发生还原反应,电极反应为O2+4H++4e-2H2O,H2S在电极a上发生氧化反应,电极反应为2H2S-4e-4H++S2。电极a为负极,发生氧化反应,A项正确;由电极反应2H2S-4e-4H++S2可知,标准状况下,每11.2LH2S即0.5mlH2S参与反应,有1mlH+经固体电解质膜进入正极区,B项正确;该反应部分化学能转化为电能,则电极a的质量增加64g时,电池内部释放的热能小于632kJ,C项错误;该电池是质子固体做电解质,所以电极反应为O2+4H++4e-2H2O,D项错误。
9.答案 (1)①Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH- ②右 左 ③使用时间长、工作电压稳定
(2)N2+6H++6e-2NH3 氯化铵(或NH4Cl)
(3)从b到a CO+O2--2e-CO2
解析 (1)①根据电池装置,锌为负极,碳为正极,高铁酸钾的氧化性很强,正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁,电极反应为Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-。②盐桥中阴离子向负极移动;盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路,使两溶液保持电中性,起到平衡电荷、构成闭合回路的作用,放电时盐桥中氯离子向右移动,若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动。③由图可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。
(2)该电池的本质反应是合成氨的反应,电池中氢气失去电子,在负极上发生氧化反应,氮气得到电子在正极上发生还原反应,则正极反应为N2+6H++6e-2NH3,氨气和氯化氢反应生成氯化铵,则A为氯化铵。
(3)根据题图可知,一氧化碳和空气形成燃料电池,一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化反应,电极反应为CO+O2--2e-CO2,所以多孔电极a为负极,原电池放电时阴离子向负极移动,所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。
10.答案 (1)①Ag-e-+Cl-AgCl ②正 ③2 ml
(2)①CH3OH ②CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+ ③1.2
解析 (1)①根据电池总反应:5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,可判断出Ag应为原电池的负极,负极发生反应的电极反应为Ag+Cl--e-AgCl。②在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。③根据电池总反应可知,每生成1mlNa2Mn5O10转移2ml电子,则外电路中每通过4ml电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2ml。
(2)①据氢离子移动方向可知,右侧电极为正极,左侧电极为负极,负极上通入燃料甲醇。②负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应为CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+。③根据负极的电极反应可知,当6.4g即0.2ml甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量为1.2ml,则转移电子的个数为1.2NA。