高考复习#衡中作业621第21讲原电池 化学电源.docx
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高考复习#衡中作业621第21讲原电池化学电源
衡中作业(二十一)
1.(2018·课标Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。
当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。
下列说法正确的是( )
A.放电时,多孔碳材料电极为负极
B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移
D.充电时,电池总反应为Li2O2-x===2Li+(1-
)O2
[解析] A项,依据题意和可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为2Li2O2-x===2Li+
O2↑,正确。
[答案] D
2.(2019·广东粤西四校联考)铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.一段时间后,铜棒上有红色物质析出
B.正极反应为:
Zn-2e-===Zn2+
C.在外电路中,电流从负极流向正极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
[解析] Cu为正极,电极反应为Cu2++2e-===Cu,铜棒上有红色物质析出,A项正确,B项错误;在外电路中,电流从正极流向负极,C项错误;CuSO4溶液中c(Cu2+)降低,故盐桥中的K+移向CuSO4溶液,D项错误。
[答案] A
3.(2019·广州模拟)某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是( )
A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极
B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片
C.若X为Fe,Y为C,碳棒上有红色固体析出
D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应
[解析] Fe比Cu活泼,Fe作负极,电子从Fe流向Cu,故A、B两项错误;若X为Fe,Y为C,电解质溶液为硫酸铜,则正极C上析出Cu,故C正确;Zn比Cu活泼,Zn作负极发生氧化反应,故D错误。
[答案] C
4.(2019·信阳模拟)化学家正在研究尿素动力燃料电池,尿液也能发电。
用这种电池直接去除城市废水中的尿素,既能产生净化的水,又能发电,尿素燃料电池结构如图所示,下列关于描述正确的是( )
A.电池工作时H+移向负极
B.该电池用的电解质溶液是KOH溶液
C.甲电极反应式:
CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2+N2+6H+
D.电池工作时,理论每净化1molCO(NH2)2,消耗33.6LO2
[解析] A项,原电池中阳离子向正极移动,则电池工作时H+移向正极,错误;B项,该原电池是酸性电解质,质子交换膜只允许氢离子通过,错误;C项,负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气,则负极反应式:
CO(NH2)2+H2O-6e-===CO2+N2+6H+,正确;D项,电池的总反应式:
2CO(NH2)2+3O2===2CO2+2N2+4H2O,每净化1molCO(NH2)2,消耗1.5molO2,则在标准状况下氧气为33.6L,由于没说明是标准状况,所以氧气的体积不能求算,错误。
[答案] C
5.(2019·兰州模拟)关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法:
①微生物促进了电子的转移 ②微生物所在电极区放电时发生还原反应 ③放电过程中,H+从正极区移向负极区 ④正极反应式为:
MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O正确的是( )
A.④B.①③
C.①④D.②③
[解析] ①在微生物作用下Cm(H2O)n转化为CO2促进电子的转移,正确;②微生物在右侧,右侧电极为电源的负极,所以微生物所在电极区放电时发生氧化反应,错误;③根据电流的方向,放电过程中,H+从负极区移向正极区,错误;④电池左侧为电池的正极区,MnO2在H+条件下发生得电子反应,所以正极反应式为:
MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,④正确。
[答案] C
6.甲烷燃料电池采用铂作电极,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过,其基本结构如右图,电池总反应为:
CH4+2O2===CO2+2H2O。
下列有关说法正确的是( )
A.电子由a极流出经过负载流向b极
B.电解质溶液中H+移向a极
C.每转移1mole-,消耗1.6gCH4
D.b极上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
[解析] 甲烷在负极通入,发生氧化反应,电子由a极流出经过负载流向b极,A项正确;电解质溶液中阳离子H+移向正极b极,B项错误;甲烷中碳元素是-4价,反应中转化为+4价CO2,1mol甲烷失去8mol电子,每转移1mole-,消耗2gCH4,C项错误;氢离子移向正极,则b极上的电极反应式为:
O2+4H++4e-===2H2O,D项错误。
[答案] A
7.(2019·贵州高三质检)铁镍蓄电池充放电时的总反应:
Fe+Ni2O3+3H2O
Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
[解析] A项,根据方程式可知,生成物是氢氧化亚铁和氢氧化镍,则电池的电解液为碱性溶液,原电池中正极得到电子,则根据方程式可知正极为Ni2O3、负极为Fe,正确;B项,电池放电时,负极铁失去电子转化为氢氧化亚铁,电极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,正确;C项,电池充电过程中,阴极是氢氧化亚铁得到电子转化为铁和氢氧根离子,因此阴极附近溶液的pH升高,错误;D项,电池充电时,阳极失去电子,根据方程式可知该极是氢氧化镍失去电子转化为Ni2O3,即电极反应式为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O,正确。
[答案] C
8.中国科学院成功开发出一种新型铝-石墨双离子电池,大幅提升了电池的能量密度。
该电池充电时的总反应为:
Al+xC+Li++PF
===AlLi+CxPF6,有关该电池说法正确的是( )
A.放电时,电子由石墨沿导线流向铝
B.放电时,正极反应式为:
Al+Li++e-===AlLi
C.充电时,铝电极质量增加
D.充电时,PF
向阴极移动
[解析] 新型铝-石墨双离子电池,充电时的总反应为:
Al+xC+Li++PF
===AlLi+CxPF6,阳极发生氧化反应:
xC+PF
-e-===CxPF6,所以充电时PF
向阳极移动,D项错误;充电时阴极发生还原反应:
Al+Li++e-===AlLi,所以铝电极质量会增加,C项正确;放电时,正极得电子发生还原反应:
CxPF6+e-===xC+PF
,B项错误;负极失电子发生氧化反应:
AlLi-e-===Al+Li+,电子由铝电极沿导线流向石墨电极,A项错误。
[答案] C
9.(2019·河北石家庄高三模拟)综合如图判断,下列说法正确的是( )
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,由于Zn比Fe活泼,所以Zn作原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;Fe作正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
由于正极有OH-生成,因此溶液的pH增大。
装置Ⅱ中,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+;Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑。
正极由于不断消耗H+,所以溶液的pH逐渐增大。
据此可知A、B错,D正确。
在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,所以C错误。
[答案] D
10.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。
反应过程中有红棕色气体产生。
下列说法错误的是( )
A.t1时刻前,Al片的电极反应为:
2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
B.t1时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应
C.t1之后,负极Cu失电子,电流方向发生改变
D.烧杯中发生的离子反应为:
2NO2+2OH-===2NO
+H2O
[解析] t1时刻前,铝片做负极反应,Al发生氧化反应,负极发生2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+,A项正确;随着反应进行铝表面钝化形成氧化膜阻碍反应进行,铜做负极反应,电流方向相反,故B、C项正确;NO2溶解于NaOH溶液生成NaNO3和NaNO2,烧杯中发生的离子反应为:
2NO2+2OH-===NO
+NO
+H2O,D项错误。
[答案] D
11.(2019·深圳模拟)如图所示,是原电池的装置图。
请回答:
(1)若C为稀H2SO4溶液,电流表指针发生偏转,B电极材料为Fe且做负极,则A电极上发生的电极反应为________________________;反应进行一段时间后溶液C的pH将________(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________,B(正极)极材料为________,溶液C为________。
(3)若C为CuCl2溶液,Zn是________极,Cu极发生________反应,电极反应为________________。
反应过程溶液中c(Cu2+)________(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________(填“正极”或“负极”),c电极的反应方程式为________________________。
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________L。
[解析]
(1)铁作负极,则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应,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↑;溶液中氢离子放电,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,根据方程式中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不活泼的导电物质如石墨、Ag等即可。
溶液C中含有Fe3+,如FeCl3溶液;
(3)Zn比较活泼,在原电池中做负极,Cu做正极,正极发生还原反应,Cu2+在正极得到电子变成Cu,电极反应为Cu2++2e-===Cu,Cu2+发生了反应,则c(Cu2+)变小;
(4)根据图中的电子流向知c是负极,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,标况下体积为11.2L。
[答案]
(1)2H++2e-===H2↑ 升高
(2)Cu 石墨 FeCl3溶液
(3)负 还原 Cu2++2e-===Cu 变小
(4)负极 CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+ 11.2
12.
(1)某研究性学习小组为探究Fe3+与Ag反应,进行如下实验:
按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。
①K闭合时,指针向左偏转,石墨作________(填“正极”或“负极”)。
②当指针归零后,向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液,发现指针向右偏转,写出此时银电极的反应式:
__________________________。
③结合上述实验分析,写出Fe3+和Ag反应的离子方程式:
______________。
④丙同学进一步验证其结论:
当指针归零后,向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液,可观察到的现象是______________________。
(2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。
某微生物燃料电池的工作原理如下图所示:
①HS-在硫氧化菌作用下转化为SO
的反应式是______________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在,则电池可以持续供电,原因是____________________。
(3)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2),负极采用金属锂和碳的复合材料,该电池充放电时的总反应式:
LiCoO2+6C
Li1-xCoO2+LixC6,写出放电时负极的电极反应。
____________________________________________。
(4)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl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。
①放电过程中,Li+向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为____________。
③电路中每转移0.2mol电子,理论上生成______gPb。
(5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。
氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
①a电极的电极反应式是________;
②一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因是________________。
[解析]
(1)①K闭合时,指针向左偏转,石墨作正极。
②当指针归零后,向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液,发现指针向右偏转,说明银棒作正极,此时银电极的反应式Ag++e-===Ag。
③结合上述实验分析,Fe3+和Ag反应为可逆反应,离子方程式为Ag+Fe3+Ag++Fe2+。
④丙同学进一步验证其结论:
当指针归零后,向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液,可观察到的现象是出现白色沉淀,溶液中Ag+浓度减小,Ag+Fe3+Ag++Fe2+平衡正向移动,Ag发生氧化反应为负极,电流表指针向左偏转。
(2)①酸性环境中反应物为HS-产物为SO
,利用质量守恒和电荷守恒进行配平,电极反应式:
HS-+4H2O-8e-===SO
+9H+;②从质量守恒角度来说,HS-、SO
离子浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(3)放电时,负极上发生氧化反应,碳单质可以看作是盛放锂单质的容器,结合电池充放电时的总反应式:
LiCoO2+6C
Li1-xCoO2+LixC6可知放电时Li元素化合价升高,得到放电时负极的电极反应为LixC6-xe-===C6+xLi+。
(4)根据方程式,电路中每转移0.2mol电子,生成0.1molPb,即20.7g。
(5)①a电极是通入NH3的电极,失去电子,发生氧化反应,所以该电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O;②一段时间后,需向装置中补充KOH,是由于发生4NH3+3O2===2N2+6H2O反应,有水生成,使得溶液逐渐变稀,为了维持碱的浓度不变,所以要补充KOH。
[答案]
(1)①正极 ②Ag++e-===Ag ③Ag+Fe3+Ag++Fe2+ ④出现白色沉淀,电流表指针向左偏转
(2)①HS-+4H2O-8e-===SO
+9H+
②HS-、SO
离子浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(3)LixC6-xe-===C6+xLi+
(4)①正极 ②Ca+2Cl--2e-===CaCl2 ③20.7
(5)①2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
②由于发生4NH3+3O2===2N2+6H2O反应,有水生成,使得溶液逐渐变稀,所以要补充KOH