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