化学人教版一轮练习第18讲原电池 化学电源.docx
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化学人教版一轮练习第18讲原电池化学电源
练案[18]第六章 化学反应与能量
第18讲 原电池 化学电源
A组 基础必做题
1.(2019·福建泉州模拟)课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。
下列结论错误的是( D )
A.原电池是将化学能转化成电能的装置
B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C.图中a极为铝条、b极为锌片时,导线中会产生电流
D.图中a极为锌片、b极为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片
[解析] D项,a极Zn片为负极,电子由Zn片沿导线流向铜片。
2.(2019·福建厦门外国语学校模拟)如图所示是一位同学在测试水果电池,下列有关说法错误的是( C )
A.若金属片A是正极,则该金属片上会产生H2
B.水果电池工作过程中化学能转化为电能
C.当A、B分别为Zn、Fe金属片时,Zn作正极
D.金属片A、B可以一个是铜片,另一个是铁片
[解析] 当AB分别为Zn、Fe金属片时,Zn比Fe活泼,Zn作负极。
3.(2019·江西新干检测)实验发现,在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粉后,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( D )
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-===Zn2+
B.Pt电极表面生成大量气泡
C.生成的Fe2+通过盐桥可以和锌直接反应生成Fe
D.左烧杯中溶液的红色逐渐褪去
4.(2019·山东滨州检测)如下图装置,下列说法正确的是( D )
A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D.放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
[解析] 装置Ⅰ中Zn是负极,Zn失去电子变为Zn2+,装置Ⅱ中Fe是负极,负极反应式为Fe-2e-=Fe2+,A错误;装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极均是H+获得电子变为H2逸出,B错误;装置Ⅰ中盐桥中的阳离子向左侧烧杯移动,装置Ⅱ中盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动,C错误;放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中均是H+放电,使溶液中c(OH-)增大,溶液pH增大,D正确。
5.(2019·河南开封模拟)M、N、P、E四种金属,已知:
①M+N2+===N+M2+;②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-===E,N-2e-===N2+。
则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( A )
A.P>M>N>E B.E>N>M>P
C.P>N>M>E D.E>P>M>N
[解析] 由①知,金属活动性:
M>N;M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属活动性:
P>M;N、E构成的原电池中,N作负极,故金属活动性:
N>E;综上所述,A项正确。
6.(2019·四川绵阳模拟)下列表述不正确的是( C )
A
B
盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液
a极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
C
D
粗铜的电极反应式为Cu2++2e-===Cu
正极反应式为O2+4e-===+2H2O===4OH-
[解析] 根据原电池的工作原理,A装置中锌为负极,铜为正极,阴离子向负极移动,A正确;根据电解原理,B装置中a为阳极,其电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,b为阴极,Cu2++2e-===Cu,a极产生的气体能使淀粉碘化钾试纸变蓝。
B正确;C装置中粗铜作阳极,粗铜上发生失电子反应,C错误;D装置所示为钢铁发生的吸氧腐蚀,正极电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D正确。
7.(2019·湖北宜昌调研)以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如下图所示。
若一段时间后Y电极上有6.4g红色物质析出,停止电解。
下列说法正确的是( C )
A.a为铅蓄电池的负极
B.电解过程中SO向右侧移动
C.电解结束时,左侧溶液质量增重8g
D.铅蓄电池工作时正极电极反应式为PbSO4+2e-===Pb+SO
[解析] Y极有Cu析出,发生还原反应,则Y极为阴极,b为负极,a为正极,A错误;电解过程中阴离子向阳极移动,B错误;阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,当有6.4gCu析出时,转移0.2mole-,左侧生成1.6gO2,同时有0.1mol(9.6g)SO进入左侧,则左侧溶液质量净增加9.6g-1.6g=8g,C正确;铅蓄电池的负极是Pb,正极是PbO2,正极反应式为PbO2+2e-+4H++SO===PbSO4+2H2O,D错误。
[点拨] 先根据析出的红色物质判断出电池的正、负极,再分析左侧溶液中减少和增加的物质,最后根据6.4g可计算出左侧溶液质量的变化量。
8.(2019·广州模拟)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
(1)如图为某实验小组依据的氧化还原反应:
(用离子方程式表示) Fe+Cu2+===Fe2++Cu 。
设计的原电池装置,反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12g,导线中通过__0.2___mol电子。
(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,石墨电极反应式为 2H++2e-===H2↑ ,这是由于NH4Cl溶液显__酸性___(填“酸性”“碱性”或“中性”),用离子方程式表示溶液显此性的原因 NH+H2ONH3·H2O+H+ ,用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,写出发生反应的离子方程式 2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl- ,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,同学们对此做了多种假设,某同学的假设是:
“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态。
”如果+3价铁被氧化为FeO,试写出该反应的离子方程式:
2Fe3++3Cl2+8H2O===2FeO+6Cl-+16H+ 。
(3)其他条件不变,若将盐桥换成弯铜丝与石墨相连成n形,如图所示,一段时间后,在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液,现象是__溶液变红___,电极反应为 O2+2H2O+4e-===4OH- ;乙装置中石墨
(1)为__阴___极(填“正”“负”“阴”或“阳”),乙装置中与铜丝相连石墨
(2)电极上发生的反应式为 2Cl--2e-===Cl2↑ ,产物常用__湿润的淀粉碘化钾试纸___检验,反应的离子方程式为 Cl2+2I-===2Cl-+I2 。
[解析]
(1)若一段时间后,两电极质量相差12g,消耗负极0.1molFe,同时正极生成0.1molCu,导线中通过0.2mol电子。
(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,由于NH水解,NH+H2ONH3·H2O+H+,所以NH4Cl溶液显酸性,石墨电极上H+得到电子,电极反应式为2H++2e-===H2↑;铁电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,用吸管吸出少许铁片附近溶液置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,发生反应的离子方程式为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,由于存在Fe3+,所以溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,如果原因是+3价铁被氧化为FeO,则该反应的离子方程式为2Fe3++3Cl2+8H2O===2FeO+6Cl-+16H+。
(3)如题图其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形,则甲池为原电池,铁电极反应为Fe-2e-===Fe2+,铜电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;乙池为电解池,石墨
(2)电极为阳极,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,石墨
(1)电极为阴极,电极反应为Cu2++2e-===Cu;所以一段时间后,在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液,溶液变红,乙装置中石墨
(2)电极产物可以用湿润的淀粉碘化钾试纸检验,反应的离子方程式为Cl2+2I-===2Cl-+I2。
B组 能力提升题
9.(2019·甘肃兰州一中检测)某同学利用氧化还原反应:
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池,盐桥中装有饱和溶液。
下列说法正确的是( D )
A.b电极上发生还原反应
B.外电路电子的流向是从a到b
C.电池工作时,盐桥中的SO移向甲烧杯
D.a电极上发生的反应为MnO+8H++5e-===Mn2++4H2O
[解析] 根据氧化还原反应方程式可知,氧化剂是KMnO4,故a为正极,发生还原反应,A错误;a为正极,b为负极,电子沿外电路从负极流向正极,即电子从b流向a,B错误;原电池工作时,阴离子流向负极,即乙烧杯,C错误;a电极为正极,MnO得电子生成Mn2+,D正确。
10.(2019·莆田模拟)一种以引火性高的联氨(N2H4)为燃料的环保电池,工作时产生稳定无污染的物质,原理如图所示。
下列说法正确的是( D )
A.N极为电源负极,联氨从c口通入
B.负极上每消耗1molN2H4,转移6mol电子
C.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
D.可将联氨改进为引火性低、稳定性好的N2H4·H2O
[解析] A.H+移向N极,N极为电源正极,联氨从b口通入,故A错误;B.原电池中负极发生氧化反应,正极发生还原反应,负极反应为N2H4-4e-===4H++N2↑,负极上每消耗1molN2H4,转移4mol电子,故B错误;C.电解质溶液呈酸性,正极反应有氢离子参加,正确的为O2+4H++4e-===2H2O,故C错误;D.可将联氨改进为引火性低、稳定性好的N2H4·H2O,故D正确。
11.(2019·济南模拟)已知LiAl/FeS电池是一种新型的车载电池,对该电池充电时,阳极的电极反应式为Li2S+Fe-2e-===2Li++FeS。
下列有关该电池的说法中,正确的是( C )
A.化合物LiAl具有强还原性作负极材料
B.为了延长电池的使用寿命,可以隔一段时间添加含电解质的水溶液
C.放电时,该电池的总反应式为2Li+FeS===Li2S+Fe
D.放电时,当电路中产生0.1mol电子的电量时,有0.1molLi+向LiAl移动
[解析] Li和Al都属于金属,所以LiAl应该属于合金而不是化合物,故A错误;Li是第ⅠA族活泼金属,与水剧烈反应,不能加水溶液,故B错误;根据电解时阳极反应得正极反应2Li++FeS+2e-===Li2S+Fe与负极反应2Li-2e-===2Li+相加可得电池反应式为2Li+FeS===Li2S+Fe,故C正确;根据C中分析的电极反应,Li+在正极消耗,故移向正极,LiAl为负极,故D错误。
12.(2019·全国Ⅲ理综,6)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:
16Li+xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。
下列说法错误的是( D )
A.电池工作时,正极可发生反应:
2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4
B.电池工作时,外电路中流过0.02mol电子,负极材料减重0.14g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中的Li2S2的量越多
[解析] 原电池工作时,正极发生一系列得电子的还原反应,即:
Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2,其中,可能有2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4,A项正确;该电池工作时,每转移0.02mol电子,负极有0.02molLi(质量为0.14g)被氧化为Li+,则负极质量减少0.14g,B项正确;石墨烯能导电,用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,C项正确;充电过程中,Li2S2的量逐渐减少,当电池充满电时,相当于达到平衡状态,电池中Li2S2的量趋于不变,故不是电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多,D项错误。
13.(2019·上海)图1是铜锌原电池示意图。
图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( C )
A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c(SO)
[解析] 铜锌原电池正极(铜棒)和负极(锌棒)的电极反应分别是:
2H++2e-===H2↑、Zn-2e-===Zn2+。
由于铜棒上生成的氢气逸出,铜棒不参与反应,故铜棒的质量保持不变,故A项错误。
随着放电的进行,溶液中c(Zn2+)逐渐增大,c(H+)逐渐减小,故B项错误,C项正确。
铜锌原电池的总反应为:
Zn+2H+===Zn2++H2↑,放电过程中,c(SO)保持不变,故D项错误。
14.(2019·山西孝义四中模拟)垃圾渗滤液会污染地下水,为此科研人员设计了一种处理垃圾渗滤液并利用其进行发电的装置,该装置的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( D )
A.电池工作时,盐桥中的K+和Cl-不发生移动
B.电池工作时,电子由Y极经导线流向X极
C.电池工作时,X极和Y极周围溶液的pH均降低
D.电池工作时,电池总反应为:
3NO+5NH3+3H+===4N2+9H2O
[解析] 电池工作时,盐桥中的Cl-向X极移动,K+向Y极移动,A错误;电池工作时,X极为电池的负极,电子由负极X极沿导线流向Y极,B错误;电池工作时,X极的电极反应式为2NH3-6e-===N2+6H+,周围溶液的pH减小,Y极的电极反应式为2NO+10e-+12H+===N2↑+6H2O,周围溶液的pH增大,C错误;将X极和Y极的电极反应式根据电荷守恒变形,然后将变形后的两式相加,可得电池总反应为3NO+5NH3+3H+===4N2+9H2O,D正确。
15.(2019·新题预选)金属(M)-空气电池的工作原理如图所示,下列说法不正确的是( B )
A.金属M作电池负极
B.电解质是熔融的MO
C.正极的电极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-
D.电池反应:
2M+O2+2H2O===2M(OH)2
[解析] 金属M失去电子,作电池负极,A正确;OH-向负极移动,根据电解质传递,所以电解质不可能是熔融的MO,B错误;氧气在正极发生得到电子的还原反应,正极的电极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,C正确;根据以上分析可知电池反应:
2M+O2+2H2O===2M(OH)2,D正确。
[点拨] 原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。
电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得到电子,发生还原反应。
金属-空气电池的构造原理与干电池相似,不同的是它的氧化剂为空气中的氧气,负极为常见的金属材料,如Li、Zn、Al等。
16.(2019·经典习题选萃)如图所示,是原电池的装置图。
请回答:
(1)若C为稀硫酸,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为 2H++2e-===H2↑ ;反应进行一段时间后溶液C的pH将__升高___(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)极材料为__Cu___,B(正极)极材料为__石墨(或Ag等)___,溶液C为__FeCl3溶液___。
(3)若C为CuCl2溶液,用锌、铜作电极,则Zn是__负___极,Cu极发生__还原___反应,电极反应为 Cu2++2e-===Cu 。
反应过程中,溶液中c(Cu2+)__变小___(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下:
电池总反应为2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,则c电极是__负极___(填“正极”或“负极”),c电极上发生的电极反应为 CH3OH+H2O-6e-===CO2↑+6H+ 。
若线路中转移2mol电子,则上述CH3OH燃料电池,消耗的O2在标准状况下的体积为__11.2___L。
[解析]
(1)铁作负极,则该原电池反应是铁与稀硫酸的反应,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↑;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材料是Cu;B极材料是比Cu不活泼的可导电物质,如石墨、Ag等。
溶液C中含有Fe3+,可以是FeCl3溶液。
(3)锌比铜活泼,在原电池中作负极,Cu作正极,正极发生还原反应,即Cu2+在正极得到电子生成Cu,电极反应为Cu2+2e-===Cu,Cu2+发生了反应,故c(Cu2+)变小。
(4)根据图中的电子流向知c是负极,该电极上是甲醇发生氧化反应:
CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+,线路中转移2mol电子时消耗氧气0.5mol,标准状况下的体积为11.2L。