届高考化学一轮复习 27原电池 化学电源练习.docx
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届高考化学一轮复习27原电池化学电源练习
原电池化学电源
A组 双基题组
1．（选修4P78T3）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＋2H2O
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
由此可知，该电池放电时的负极是（ ）
A．Cd（OH）2 B．Ni（OH）2
C．CdD．NiOOH
【解析】 充电电池的放电过程为原电池原理，故该反应是从左到右，被氧化的是Cd，作负极。
【答案】 C
2．（2014·合肥市高三二检）镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳。
其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4
MgxMo3S4，下列说法错误的是（ ）
A．放电时，Mg2＋向正极迁移
B．放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－===Mo3S
C．充电时，Mo3S4发生氧化反应
D．充电时，阴极反应为Mg2＋＋2e－===Mg
【解析】 二次电池放电时是原电池，充电时是电解池，给出的电池总反应自左向右是放电过程，自右向左是充电过程。
放电时，阳离子向正极移动，A项正确；正极发生还原反应，B项正确；充电是自右向左，C项错误；阴极得电子生成单质镁，D项正确。
【答案】 C
3．（选修4P73T6，改编）根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：
Zn（s）＋Fe2＋（aq）===Zn2＋（aq）＋Fe（s）
（1）装置可采用烧杯和盐桥，画出装置图，注明电极名称、电子流动方向。
（2）负极反应____________________________________________________，
正极反应_______________________________________________________。
【解析】 根据电极反应可知，用盐桥连接时，锌做原电池的负极，发生反应：
Zn－2e－===Zn2＋，锌半电池的电解质溶液含Zn2＋，如ZnSO4等；铁做原电池的正极，发生反应：
Fe2＋＋2e－===Fe，铁半电池的电解质溶液含Fe2＋，如FeSO4。
【答案】
（1）锌 铁原电池装置如图所示
（2）Zn－2e－===Zn2＋ Fe2＋＋2e－===Fe
B组 高考题组
4．（2013·江苏高考）MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液，示意图如下图。
该电池工作时，下列说法正确的是（ ）
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
【解析】 结合电池示意图及原电池原理进行分析。
该原电池中，石墨电极为惰性电极，只能作正极，而Mg电极为活性电极，作负极，A错。
Mg电极本身发生氧化反应，H2O2在石墨电极上应发生还原反应，B错。
石墨电极上发生的反应为H2O2＋2e－===2OH－，由于生成OH－，电极附近溶液c（OH－）增大，溶液的pH增大，C对。
原电池电解质溶液中阴离子Cl－向负极移动，D错。
【答案】 C
5．（2013·海南高考）MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：
2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。
有关该电池的说法正确的是（ ）
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
【解析】 根据氧化还原判断，Mg为还原剂是负极、失电子，所以A、B都错，C是指电解质溶液可用KCl溶液代替。
【答案】 D
6．（2012·四川高考）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：
CH3CH2OH－4e－＋H2O===
CH3COOH＋4H＋。
下列有关说法正确的是（ ）
A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气
C．电池反应的化学方程式为：
CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O
D．正极上发生的反应为：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
【解析】 在原电池中，阳离子要往正极移动，故A错；因电解质溶液为酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4mol电子时消耗1molO2，则转移0.4mol电子时消耗2.24LO2，故B、D错；电池反应式即正负极反应式的和，将两极的反应式相加可知C正确。
【答案】 C
课后限时自测（二十七）
（时间：
45分钟 满分：
100分）
一、选择题（每小题5分，共50分）
1．下列有关原电池的叙述中错误的是（ ）
A．原电池是将化学能转化为电能的装置
B．用导线连接的两种不同金属同时插入液体中，能形成原电池
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，发生氧化反应
D．在原电池放电时，电解质溶液中的阳离子向正极移动
【解析】 B选项，液体不一定导电、也不一定能形成自发进行的氧化还原反应，错误。
【答案】 B
2.
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（ ）
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
【解析】 正极发生还原反应，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故A、B项错误，D项正确；盐桥中的阴离子移向负极区，Fe2＋不能通过盐桥，C项错误。
【答案】 D
3.
某原电池装置如图所示。
下列有关叙述中，正确的是（ ）
A．Fe作正极，发生氧化反应
B．负极反应：
2H＋＋2e－===H2↑
C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变
D．工作一段时间后，NaCl溶液中c（Cl－）增大
【解析】 A项，Fe作负极，发生氧化反应，不正确；B项，负极反应为：
Fe－2e－===Fe2＋，故不正确；C项，因为正极反应为：
2H＋＋2e－===H2↑，故右侧烧杯中溶液的pH增大，不正确；D项，因为在原电池中阴离子向负极移动，故NaCl溶液中c（Cl－）增大，正确。
【答案】 D
4.
镁 过氧化氢燃料电池具有能量高、安全方便等优点，其总反应为Mg＋H2O2＋H2SO4===MgSO4＋2H2O，结构示意图如右图所示。
下列关于该电池的叙述正确的是（ ）
A．电池内部可以使用MnO2作填料
B．电池工作时，H＋向Mg电极移动
C．电池工作时，正极的电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
D．电池工作时，电解质溶液的pH将不断变大
【解析】 MnO2可催化H2O2分解，A项错误；电解质溶液中的阳离子向正极移动，镁作为负极，B项错误；此反应式为负极反应，C项错误；硫酸参与正极反应，则电解质溶液的酸性减弱，pH增大，D项正确。
【答案】 D
5．下列叙述正确的是（ ）
图1 图2 图3
A．如图1所示，若铜中含有杂质银，可形成原电池，且铜作负极
B．如图2所示当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成
C．基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图2所示，铜电极发生还原反应
D．若图3所示的装置中发生Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋的反应，则X极是负极，Y极的材料名称可以是铜
【解析】 A项，铜可与Fe3＋发生反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，铜被氧化，发生失电子反应，若含有不活泼金属银，则可形成原电池，铜作负极，加快反应速率，正确；B项，若有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，错误；C项，铜电极应发生失电子氧化反应，错误；D项，X极应为铜，Y极不能为铜，错误。
【答案】 A
6.
如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图，已知放电时电池反应为：
PbO2＋Pb＋4H＋＋2SO
===2PbSO4＋2H2O。
下列有关说法正确的是（ ）
A．K与N相接时，能量由电能转化为化学能
B．K与N相接时，H＋向负极区迁移
C．K与M连接时，所用电源的a极为负极
D．K与M相接时，电子流向为Pb→a→b→PbO2→Pb
【解析】 K与N相接时，实际上是铅蓄电池的工作过程，能量由化学能转化为电能，负极发生失电子氧化反应，阳离子移向正极，A、B项错误；K与M连接时，实际上为电池的充电过程，电池正极与外接电源正极相接，电池负极必须与外接电源负极相接，Pb电极为负极，故电源a极为负极，C项正确；在原电池内部或电解池内部的电解质溶液中，只有阴、阳离子的定向移动，没有电子的流动，D项错误。
【答案】 C
7．某新型碱性可充电电池能长时间保持稳定的放电电压。
该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，以下说法错误的是（ ）
A．电池放电是将化学能转化成电能的过程
B．放电时正极反应为FeO
＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－
C．充电时电池的负极接外电源的正极
D．充电时电解质溶液中的阴离子向阳极定向移动
【解析】 由电池的总反应可知放电时的负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2，正极反应为FeO
＋4H2O＋3e－===Fe（OH）3＋5OH－，B正确。
充电时原电池的负极应接外电源负极，C错误。
充电是电解的过程，电解质溶液中的阴离子移向阳极，D正确。
【答案】 C
8．（2014·浙江省部分重点中学高三联考）高效能电池的研发制约电动汽车的推广。
有一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应式为：
2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是（ ）
A．负极反应为：
14H2O＋7O2＋28e－===28OH－
B．放电过程中KOH的物质的量浓度不变
C．每消耗1molC2H6，则电路上转移的电子为14mol
D．放电一段时间后，负极周围的pH升高
【解析】 从反应总方程式看，C2H6发生氧化反应为负极反应，O2发生还原反应为正极反应，反应过程中KOH浓度减小，A、B项错误；7molO2得28mol电子，根据电子守恒消耗1molC2H6转移电子14mol，C项正确；负极反应：
C2H6－14e－＋18OH－===2CO
＋12H2O，该极区pH降低。
【答案】 C
9．（2014·湖北八校高三第一次联考）镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：
Cd＋2NiO（OH）＋2H2O
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
有关该电池的说法正确的是（ ）
A．充电时阳极反应：
Ni（OH）2－e－＋OH－===NiO（OH）＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
【解析】 充电过程是电能转化为化学能的过程，B错。
放电时负极附近溶液的碱性减弱，因Cd2＋结合了溶液中OH－，同时溶液中的OH－向负极移动，C、D错。
【答案】 A
10．（2014·广东中山中学高三期末）燃料电池是利用燃料（如H2、CO、CH4等）跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。
下列关于甲烷燃料电池（NaOH溶液作电解质溶液）的说法中正确的是（ ）
A．负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O
C．放电时正极发生氧化反应，外电路中电子从正极流向负极
D．随着放电的进行，溶液的pH保持不变
【解析】 负极为CH4放电，发生氧化反应，所给反应为正极反应，A项错误；注意碱性条件下，生成的是CO
，而不是CO2，B项正确；正极发生还原反应，电子从负极流向正极，C项错误；电解质溶液参与了反应，则pH减小，D项错误。
【答案】 B
二、非选择题（共50分）
11．（12分）
（1）A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
①B中Sn极的电极反应式为______________，Sn极附近溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
②C中总反应离子方程式为_______________________________________。
比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是__________。
（2）如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：
①电池的负极是________（填“a”或“b”）电极，该极的电极反应是：
________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
【解析】
（1）B、C中均形成了原电池，在B中Fe作负极，腐蚀速率加快，在C中Zn作负极，而Fe被保护了起来，故被腐蚀的速率最慢。
（2）CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。
电极反应式可用总反应式CH4＋2OH－＋2O2===CO
＋3H2O和正极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－做差而得。
由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。
【答案】
（1）①2H＋＋2e－===H2↑ 增大
②Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ B>A>C
（2）①a CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O ②减小
12．（12分）近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。
其工作原理的示意图如下：
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题：
（1）Pt（a）电极是电池的________极，电极反应为______________________________；
Pt（b）电极发生________反应（填“氧化”或“还原”），电极反应为____________。
（2）电池的总反应方程式为_______________________________________________。
（3）如果该电池工作时电路中通过2mol电子，则消耗的CH3OH有________mol。
【解析】 从示意图中可以看出电极Pt（a）原料是CH3OH和水，反应后产物为CO2和H＋，CH3OH中碳元素化合价为－2价。
升高到CO2中＋4价，说明Pt（a）电极上CH3OH失去电子，电极Pt（a）是负极，则电极Pt（b）是正极，Pt（b）电极原料是O2和H＋，反应后的产物为H2O，氧元素化合价由0→－2，发生还原反应，因为电解质溶液是稀H2SO4，可以写出电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，再写出较为简单的正极反应：
3O2＋12e－＋12H＋===6H2O，用总反应减去正极反应即可得到负极的电极反应为：
2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋。
【答案】
（1）负 CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ 还原 O2＋4H＋＋4e－===2H2O
（2）2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
（3）
13．（12分）
（2014·郑州市高三第一次模拟）氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。
如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
请回答：
（1）氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_____________，在导线中电子流动方向为__________（用a、b表示）。
（2）负极反应式为____________________________________________。
（3）电极表面镀铂粉的原因是________________________________。
（4）该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。
因此，大量安全储氢是关键技术之一。
金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2
2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是__________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。
②已知LiH固体密度为0.82g/cm3，用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为_________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
【解析】
（2）负极H2被氧化，写反应式时要注意电解质溶液的组成。
（4）②2Li＋H2
2LiH
22．4L 16g
吸收224LH2时，生成的LiH的质量为160g，LiH体积与被吸收的H2体积比为：
∶224L＝1∶1148。
③LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
8g 1mol
160gLiH与H2O作用生成20molH2，H2完全被氧化失40mol电子，若能量转化率为80%，则导线中通过的电子的物质的量为40mol×80%＝32mol。
【答案】
（1）由化学能转变为电能 由a到b
（2）2H2＋4OH－－4e－===4H2O（或H2＋2OH－－2e－===2H2O）
（3）增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率
（4）①Li H2O ②1∶1148或8.71×10－4 ③32
14．（14分）
以天然气（假设杂质不参与反应）为原料的燃料电池示意图如图所示。
（1）放电时，正极的电极反应式为_________________________________。
（2）假设装置中盛装100.0mL3.0mol·L－1KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL。
放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为__________________________________________。
（3）磷酸亚铁锂（LiFePO4）电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点。
电池总反应式为FePO4＋Li
LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。
①向电池中加入硫酸以提高电解质的导电性可行吗？
________（填“可行”或“不可行”），理由是___________；
②电池充电时，石墨电极应接直流电源的________极；电池放电时的正极反应式为___________________。
【解析】
（1）甲烷发生氧化反应，氧气发生还原反应，所以a极为负极，b极为正极。
正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极氧化产物可能是碳酸钾，也可能是碳酸氢钾，所以负极反应式为CH4－8e－＋9OH－===HCO
＋6H2O或CH4－8e－＋10OH－===CO
＋7H2O。
（2）n（KOH）＝0.1L×3.0mol·L－1＝0.3mol，n（O2）＝
＝0.4mol，由CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O或CH4＋2O2＋KOH===KHCO3＋2H2O知，需要甲烷0.2mol，则生成的碳酸钾和碳酸氢钾都为0.1mol。
因为碳酸氢钾以水解为主，溶液呈碱性。
放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度大小关系为c（K＋）>c（HCO
）>c（CO
）>c（OH－）>c（H＋）。
（3）锂能与硫酸反应，会破坏电池结构；电池充电时，阴极发生还原反应，即可以使得Li＋＋e－===Li，说明石墨电极必须接直流电源负极。
根据电池总反应式，放电时正极上FePO4发生还原反应，可确定电池正极反应式为FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4。
【答案】
（1）O2＋4e－＋2H2O===4OH－
（2）c（K＋）>c（HCO
）>c（CO
）>c（OH－）>c（H＋）
（3）①不可行 锂会与硫酸发生反应，破坏电池结构
②负 FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
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