原电池专题训练.docx

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原电池专题训练

原电池专题训练

一、单选题

1．利用下图所示装置一定条件下可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。

下列说法不正确的是

A．A为电源的负极

B．E极的电极式为2H2O-4e-=4H++O2↑

C．D极生成目标产物的电极式为C6H6+6H++6e-=C6H12

D．该装置的电流效率

75％

，则b中环己烷增加2.8mol

【答案】D

【解析】

【详解】

A.根据图知，在左侧D电极上苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极，A正确；

B.根据A选项分析可知：

E是阳极，在阳极上水电离产生的氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑，B正确；

C.该实验的目的是储氢，所以阴极上发生反应生成目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6+6H++6e-=C6H12，C正确；

D.阳极上水电离产生的氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气，转移电子的物质的量n（e-）=4n（O2）=2.8mol×4=11.2mol，产生1mol氧气时就会生成4molH+，则生成2.8mol氧气时产生H+的物质的量为n（H+）=4n（O2）=4×2.8mol=11.2mol，由于每发生反应产生1mol环己烷消耗6molH+，该装置的电流效率

75％，则b中生成环己烷的物质的量为n（C6H12）=（11.2mol×75%）÷6=1.4mol，D错误；

故合理选项是D。

【点睛】

本题考查了电解原理的综合应用，能正确判断电极并书写电极反应方程式是解题的关键，题目难度较大。

2．一种钌（Ru）配合物光敏太阳能电池工作原理及电池中发生的反应如下所示：

下列说法正确的是（C）

A.电极X为电池的正极B.电池工作时，电能转变为光能

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I3-的浓度不断减少

解：

A．电子由负极流向正极，则电极X为电池的负极，故A错误；B．电池工作时，光能转变为电能，故B错误；C．电池工作时，电极Y为正极，发生还原反应，故C正确；D．电池工作时，电解质溶液中I-和I3-的浓度不变，故D错误；答案为C。

点睛：

原电池正负极的判断方法：

1、根据电极材料的活泼性判断：

负极：

活泼性相对强的一极；正极：

活泼性相对弱的一极。

2、根据电子流向或电流的流向判断：

负极：

电子流出或电流流入的一极；正极：

电子流入或电流流出的一极。

3、根据溶液中离子移动的方向判断：

负极：

阴离子移向的一极；正极：

阳离子移向的一极。

4、根据两极的反应类型判断：

负极：

发生氧化反应的一极；正极：

发生还原反应的一极。

5、根据电极反应的现象判断：

负极：

溶解或减轻的一极；正极：

增重或放出气泡的一极。

3．爱迪生电池是一种二次电池，总反应为：

Fe+Ni2O3+3H2O=Fe（OH）2+2Ni（OH）2，下列有关该电池的说法正确的是（C）

A.正极为Ni2O3，原电池工作过程中正极周围pH值降低

B.负极为Fe，发生还原反应：

Fe+2OH−−2e−=Fe（OH）2

C.正极质量增加20g，电路中转移的电子为2mol

D.为了提高原电池的工作效率，可用稀硫酸做电解质溶液

解：

A.正极为Ni2O3，原电池工作过程中，正极电极反应式为：

Ni2O3+3H2O+2e-=2Ni（OH）2+2OH-，正极周围pH值升高，A错误；

B.负极为Fe，发生氧化反应：

Fe+2OH−-2e-=Fe（OH）2，B错误；

C.正极电极反应式为：

Ni2O3+3H2O+2e-=2Ni（OH）2+2OH-，正极质量增加20g，则1molNi2O3发生反应生成2molNi（OH）2，电路中转移的电子为2mol，C正确；

D.稀硫酸做电解质溶液可与电极铁、Ni2O3发生反应，消耗电极，D错误；

答案为C。

4．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。

电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。

下列关于原电池和干电池的说法不正确的是

A．两者正极材料不同

B．MnO2的放电产物可能是KMnO4

C．两者负极反应式均为Zn失电子

D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象

【答案】B

【解析】

【详解】

A、左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同，故A说法正确；

B、干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低，故B说法错误；

C、所给装置中Zn为负极，Zn失去电子，故C说法正确；

D、根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象，故D说法正确。

5．燃料电池不是把还原剂、氧化剂全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。

下面有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

A．

B．

C．

D．

【答案】C

【解析】

试题分析：

A、通空气以及作正极，电池内部传递O2－，正极反应式：

O2＋4e－=2O2－，故不符合题意；B、通入氧气的一极作正极，电解质溶液是碱性溶液，电极反应式：

O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故不符合题意；C、通入空气的一极作正极，电解质传递H＋，正极反应式：

O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故符合题意；D、通入氧气一极作正极，依据电池内部传递CO32－，正极反应式：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－，故不符合题意。

考点：

考查电池正负极判断、电极反应式的书写等知识。

6.如图所示是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，下列分析中正确的是（C）

A.如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则通H2的电极上发生的反应为：

H2－2e－＝2H＋

B.如果a极通入H2，b极通入O2，H2SO4溶液作电解质溶液，则通O2的电极上发生的反应为：

O2＋4e－＋2H2O＝4OH－

C.如果a极通入CH4，b极通入O2，NaOH作电解质溶液，则通CH4的电极上发生的反应为：

CH4－8e－＋10OH－＝CO32-＋7H2O

D.如果a极通入H2，b极通入O2，NaOH溶液作电解质溶液，则溶液中的OH－离子向b极附近移动

【答案】C

【解析】

在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上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

正极得到电子，发生还原反应。

A不正确，电解质是氢氧化钠，负极反应式为H2－2e－＋2OH－＝2H2O。

B不正确，因为电解质是硫酸，所以正极反应式为O2＋4e－＋4H＋＝2H2O。

C正确，D中b极是正极，阴离子阴离子向负极移动，D不正确，答案选C。

二、填空题

7．电池是应用广泛的能源。

（1）设计两种类型的原电池，比较其能量转化效率。

限选材料：

ZnSO4（aq），FeSO4（aq），CuSO4（aq）；铜片，铁片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图（见右图），并作相应标注。

要求：

在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。

②以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙。

③甲、乙两种原电池中乙的能量转化效率较低，其原因是________。

（2）Al-AgO电池可作用水下动力电源，其原理如图所示。

其中的隔膜属于_________（填“阴”或“阳”）离子交换膜。

该电池反应的化学方程式为：

2Al＋3AgO＋2NaOH=2NaAlO2＋3Ag＋H2O，写出该电池正负极电极反应：

负极____，正极____。

【答案】

③乙装置没有使用盐桥，负极会与CuSO4直接反应，置换出的Cu附着在负极表面，阻碍了负极与CuSO4溶液的接触，电流在较短时间内就会衰减，不能提供稳定电流。

阴Al+4OH－-3e－=AlO2-+2H2OAgO+H2O+2e－=Ag+2OH－

【解析】

试题分析：

（1）如图所示。

（2）由装置图可知隔膜为阴离子交换膜；负极的电极反应式为：

Al+4OH－-3e－=AlO2-+2H2O

正极的电极反应式为：

AgO+H2O+2e－=Ag+2OH－

考点：

考查了电化学的装置设计，电极反应方程式的书写。

8．电池的发明和应用是化学家们对人类社会的重要贡献之一。

I每一次化学电池技术的突破，都带来了电子设备革命性的发展。

最近，我国在甲醇燃料电池的相关技术上获得了新突破，原理如图1所示。

（1）请写出从C口通入O2发生反应的电极反应式：

。

（2）以石墨做电极电解饱和食盐水，如图2所示。

电解开始后在的周围（填“阴极”或“阳极”）先出现红色。

假设电池的理论效率为80%（电池的理论效率是指电池产生的最大电能与电池反应所释放的全部能量之比），若消耗6.4g甲醇气体，外电路通过的电子个数为（保留两位有效数字，

取

）

II随着电池使用范围的日益扩大，废旧电池潜在的污染已引起社会各界的广泛关注。

（1）电池生产企业排放的工业废水中常含有Cu2＋等重金属离子，直接排放会造成污染，目前在工业废水处理过程中，依据沉淀转化的原理，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去这些离子。

已知室温下

（FeS）＝

（CuS）＝

。

请用离子方程式说明上述除杂的原理：

。

（2）工业上为了处理含有Cr2O72—的酸性工业废水，用绿矾（FeSO4·7H2O）把废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，再加入过量的石灰水，使铬离子转变为Cr（OH）3沉淀。

①氧化还原过程的离子方程式为。

②常温下，Cr（OH）3的溶度积

＝

，溶液中pH至少为，才能使Cr3＋沉淀完全。

③现用上述方法处理100m3含铬（+6价）78

的废水，需用绿矾的质量为Kg。

（写出主要计算过程）

【答案】Ⅰ：

（1）O2+4e－+4H＋=2H2O

（2）阴极；5.8×1023

Ⅱ：

（1）FeS（s）+Cu2＋（aq）=CuS（s）+Fe2＋（aq）

（2）①Cr2O72-+6Fe2＋+14H＋=2Cr3++6Fe3＋+7H2O②5③125.1Kg

【解析】

试题分析：

Ⅰ.

（1）氧气在反应中得到电子，所以在正极通入。

又因为存在质子交换膜，电解质溶液是酸性溶液，所以通入氧气的电极反应式是O2+4e－+4H＋=2H2O。

（2）惰性电极电解饱和食盐水，阳极是氯离子失去电子，阴极是氢离子得到电子生成氢气，由于氢离子放电，破坏了阴极周围水的电离平衡，导致阴极周围溶液显碱性，所以阴极周围出现红色。

6.4g甲醇的物质的量是6.4g÷32g/mol＝0.2mol，甲醇的氧化产物是CO2，反应中失去0.2mol×（4+2）＝1.2mol。

又因为电池的理论效率为80%，则外电路通过的电子个数为1.2mol×80%×6.02×1023/mol＝5.8×1023。

Ⅱ．

（1）根据溶度积常数可知，FeS的溶度积常数大于CuS的溶度积常数，所以FeS能转化为更难溶的CuS沉淀，反应的离子方程式为FeS（s）+Cu2＋（aq）=CuS（s）+Fe2＋（aq）。

（2）①反应中亚铁离子的氧化产物是铁离子，Cr2O72－的还原产物是Cr3＋，所以根据电子得失守恒可知，该反应的离子方程式为Cr2O72-+6Fe2＋+14H＋=2Cr3++6Fe3＋+7H2O。

②由于溶液中Cr3+浓度小于10－5mol/L时，可以视为完全沉淀，根据Cr（OH）3的溶度积Ksp＝1×10－32mol4·L－4可知，要使Cr3+沉淀完全，则溶液中c（OH－）3×1×10-5＝1×10-32，则c（OH－）＝10－9mol/L，c（H＋）=10-5mol/L，所以pH＝5。

③100m3含铬78mg/L的废水中含铬的物质的量为[100×103×78mg/L÷1000]÷52g/mol=150mol，根据化学反应方程式可得关系式：

2Cr3＋～6FeSO4·7H2O

2mol6mol

150moln（FeSO4·7H2O）

解得n（FeSO4·7H2O）＝450mol，所以m（FeSO4·7H2O）＝450mol×278g•mol—1＝125.1Kg

【考点定位】考查燃料电池，电解池的工作原理，沉淀溶解平衡，氧化还原反应和化学计算等知识。

【名师点睛】本题考查电极反应式的书写、电极产物的判断和计算；溶解平衡以及溶度积常数和氧化还原反应的有关计算等知识。

燃料电池电极反应式的书写方法：

（1）写出电池总反应：

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。

（2）写出电池的正极反应

①酸性电解质溶液环境下：

O2+4H＋+4e－=2H2O；

②碱性电解质溶液环境下：

O2+4e－+2H2O=4OH－；

③固体电解质（高温下能传导O2－）环境下：

O2+4e－=2O2－。

（3）根据电池总反应和正极反应写出电池的负极反应：

电池总反应=电池正极反应+电池负极反应。

9．（14分）锂亚硫酰氯（Li-SOCl2）电池具有能量密度高、工作电压和放电电压平稳、工作温度范围宽及贮存寿命长等优点，在航海、医疗及井下油田设备等方面的应用广泛。

（1）Li-SOCl2电池总反应可表示为：

4Li+2SOCl2=4LiCl+S+SO2，该反应的反应物和生成物中不存在的相互作用是（填序号）。

a.离子键

b.共价键

c.氢键

d.范德华力

e.金属键

（2）亚硫酰氯（SOCl2）中硫的化合价为，1molSOCl2中的σ键数目是。

S、O、Cl三种元素电负性从大到小的顺序是。

（3）在Li-SOCl2电池的碳正极中加入金属酞菁配合物可提高电池的容量和寿命。

右图为一种铁酞菁配合物的结构，其中M为Fe2+，写出Fe2+的价电子排布式。

请在图中用箭头表示出配位键。

（4）人们发现Li+溶剂化倾向和形成共价键倾向很强，提出类似氢键的锂键。

如LiF·HF中就存在锂键，下列LiF·HF的结构式正确的是（其中锂键用…表示）。

（填序号）

a.F—H…Li—Fb.H—F…Li—F

【答案】（14分，每空各2分）

（1）c

（2）+43NAO>Cl>S（3）3d6

（4）b

【解析】

试题分析：

（1）锂是金属，存在金属键，SOCl2属于共价化合物，含有共价键。

LiCl是离子化合物，含有离子键。

S、SO2均含有共价键，形成的晶体是分子晶体，含有范德华力，答案选c。

（2）亚硫酰氯（SOCl2）中O和Cl的化合价分别是—2价和—1价，则硫的化合价为＋4价。

单键都是σ键，双键是由1个σ键和1个π键构成，，则1molSOCl2中的σ键数目是3NA。

非金属性越强，电负性越大，则S、O、Cl三种元素电负性从大到小的顺序是O>Cl>S。

（3）在Li-SOCl2电池的碳正极中加入金属酞菁配合物可提高电池的容量和寿命。

右图为一种铁酞菁配合物的结构，其中M为Fe2+，

铁的原子序数是26，则根据核外电子排布规律可知Fe2+的价电子排布式3d6。

氮元素含有孤对电子，作为配体，亚铁离子提供空轨道，其配位健可表示为

。

（4）F元素的非金属性很强，可以形成氢键，则LiF·HF的结构式可表示为H—F…Li—F，答案选b。

考点：

考查作用力、共价键、电负性、配位健及核外电子排布等

10．（10分）化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。

氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。

氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。

现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验（图中所用电极均为惰性电极）：

（1）对于氢氧燃料电池，下列叙述不正确的是________。

A．a电极是负极，OH－移向负极

B．b电极的电极反应为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电池总反应式为：

2H2＋O2

2H2O

D．电解质溶液的pH保持不变

E．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

（2）上图右边装置中盛有AgNO3溶液，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO3溶液的pH_____________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）已知甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5kJ/mol，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_______________，正极的反应式为______________。

理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为__________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。

【答案】Ⅰ.

（1）CD

（2）1

（3）CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋

O2＋4H＋＋4e－===2H2O96.6%

【解析】

试题分析：

（1）C项反应条件不是点燃，C项错；随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐降低，故D错。

（2）右池为电解池，其电极反应为：

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：

4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池工作一段时间后，AgNO3溶液的pH减小；（3）若电解质溶液为酸性，负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；每消耗1mol甲醇理论上会放出726.5kJ的能量，实际产生的最大电能为702.1kJ，所以该燃料电池的理论效率为（702.1/726.5）×100%=96.6%

考点：

离子反应，离子的检验

11．请仔细观察两种电池的构造示意图，

回答下列问题：

（1）碱性锌锰电池的总反应式：

Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn（OH）2，

则负极的电极反应式：

。

（2）碱性锌锰电池比普通锌锰电池（干电池）性能好，放电电流大。

试从影响反应速率的因素分析其可能的原因是。

（3）原电池可将化学能转化为电能。

某课外活动小组设计两种类型的原电池，以探究其能量转化效率。

限选材料：

ZnSO4（aq），CuSO4（aq）；铜片，锌片和导线。

①完成原电池甲的装置示意图（见下图），并作相应标注。

（要求：

在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素）

②组装原电池乙，要求：

以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中，工作一段时间后，可观察到负极。

③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是，（填“甲”或“乙”），其原因是。

【答案】

（1）Zn+2OH--2e-＝Zn（OH）2

（2）碱性锌锰电池用锌粉替代了原锌锰电池的锌壳，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率，故放电电流大。

（3）①

②金属被腐蚀（氧化），表面有红色固体物质生成。

③甲有盐桥存在时，负极金属与CuSO4（aq）没有直接接触，二者不会发生置换反应，化学能不会转化成热能，几乎全部转化成电能。

【解析】

试题分析：

（1）电池是碱性电池，负极是化合价升高，发生氧化反应，因此Zn作负极，先写出Zn－2e－=Zn（OH）2，再根据反应前后原子个数守恒，配平其他，负极电极反应式：

Zn＋2OH－－2e－=Zn（OH）2；

（2）从影响反应速率的因素分析，分析两个电池的结构，锌锰电池负极是锌片，而碱性锌锰电池负极是锌粉，锌粉增加了反应物的接触面积，加快了反应速率，使放电电流大幅度提高；（3）①根据题目所给的装置图，得知：

左边烧杯是负极，材料是Zn，右边烧杯是正极才，材料是铜片，左烧杯的盛放的溶液是ZnSO4（aq），右边烧杯是CuSO4（aq），因此装置图为：

；

②根据原电池的工作原理：

锌作负极，Zn－2e－=Zn2＋，质量减少，一段时间后锌表面有红色物质生成；③两种原电池原电池甲放电时间较长，因此甲装置更能有效地将化学能转化为电能；有盐桥存在时，负极金属与CuSO4（aq）没有直接接触，二者不会发生置换反应，化学能不会转化成热能，几乎全部转化成电能。

考点：

考查原电池的工作原理。

三、计算题

12．氢能是重要的新能源，储氢技术的开发对于氢能源的推广应用是一个非常关键的技术。

其中有一种方法是借助有机物储氢，其装置如图所示（忽略其它有机物，且涉及到有机物均为气体），回答下列问题：

（1）该电池中A的电极名称为______

（2）写出D极生成目标产物的电极反应式______

（3）D极收集到新生成的气体有______；通过此方法储氢后，共收集到混合气体的物质的量为______

（4）该储氢装置的电流效率为______（计算结果保留三位有限数字。

已知：

电流效率=生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%）

【答案】负极C6H6+6H++6e-=C6H12H2、环己烷（C6H12）12mol64.3%

【解析】

【分析】

（1）根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极；

（2）该实验的目的是储氢，所以阴极D上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷；

（3）阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，阴极（D极）的电极反应式为C6H6+6H++6e-=C6H12、2H++2e-=H2↑，据此分析；

（4）阳极上生成氧气，同时生成氢离子，阴极上苯得电子和氢离子反应生成环己烷，苯参加反应需要电子的物质的量与总转移电子的物质的量之比就是电流效率η。

【详解】

（1）根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极，故答案为：

负极；

（2）该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6+6H++6e-=C6H12；

（3）D极收集到新生成的气体有H2、C6H12；

阳极（E极）的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，阴极（D极）的电极反应式为C6H6+6H++6e-=C6H12、2H++2e-=H2↑，设参加反应的C6H6、生成H2的物质的量分别为x、y，根据图中信息及电子得失守恒，可得6x+2y=11.2mol；由于苯转化为环己烷时总物质的量不变，故收集到混合气体的物质的量为（10mol+y）,则

=10%，将两式联立方程组，解得x=1.2mol、y=2mol，因此，通过此方法储氢后，共收集到混合气体的物质的量为10mol+2mol=12mol；

（4）该储氢装置的电流效率η=

=64.3%。