2019版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第四單元 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第2節(jié) 原電池 化學(xué)電源課時(shí)練.doc

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第2節(jié)　原電池　化學(xué)電源 一、選擇題 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．我國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種新型的鋰離子電池，放電時(shí)有關(guān)離子轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A．Li＋透過(guò)膜除允許 Li＋通過(guò)外，還允許H2O分子通過(guò) B．放電時(shí)，進(jìn)入貯罐的液體發(fā)生反應(yīng)：S2O＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2SO C．充電時(shí)，鈦電極與外電源的負(fù)極相連 D．充電時(shí)，電池內(nèi)部發(fā)生的總反應(yīng)為 Li＋Fe3＋=== Li＋＋Fe2＋ 2．(2018年廣東深圳調(diào)研)一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)。 A．電池的正極反應(yīng)為H2O2＋2e－===2OH－ B．電池放電時(shí)Na＋從a極區(qū)移向b極區(qū) C．電子從電極b經(jīng)外電路流向電極a D．b極室的輸出液經(jīng)處理后可輸入a極室循環(huán)利用 3．(2018屆江蘇常州一模)一種三室微生物燃料電池污水凈化系統(tǒng)原理如下圖所示，圖中有機(jī)廢水中有機(jī)物可用C6H10O5表示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)。 A．b電極為該電池的負(fù)極 B．b電極附近溶液的pH減小 C．a(chǎn)電極反應(yīng)式：C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋ D．中間室：Na＋移向左室，Cl－移向右室 4．(2018屆遼寧重點(diǎn)中學(xué)模擬)“碳呼吸電池”是一種新型能源裝置，其工作原理如下圖。下列說(shuō)法正確的是(　　)。 A．該裝置是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能 B．利用該技術(shù)可捕捉大氣中的CO2 C．每得到1 mol草酸鋁，電路中轉(zhuǎn)移3 mol電子 D．正極的電極反應(yīng)為C2O－2e－===2CO2 5．(2018屆江西贛州聯(lián)考)“直接煤燃料電池”能夠?qū)⒚褐械幕瘜W(xué)能高效、清潔地轉(zhuǎn)化為電能。用熔融Na2CO3作電解質(zhì)的直接煤燃料電池的工作原理如下圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　)。 A．該電池的總反應(yīng)為C＋O2===CO2 B．煤直接燃燒發(fā)電比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率高 C．進(jìn)入反應(yīng)室的煤塊粉碎成粉末狀對(duì)反應(yīng)速率和限度均無(wú)影響 D．電子由電極b沿導(dǎo)線流向電極a，入口A加入的物質(zhì)為煤粉 6．(2018屆安徽安慶六校聯(lián)考)液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優(yōu)點(diǎn)。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)。 A．該燃料電池放電時(shí)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，pH變大 B．a(chǎn)極的反應(yīng)式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O C．放電時(shí)，電流從a極經(jīng)過(guò)負(fù)載流向b極 D．其中的離子交換膜需選用陽(yáng)離子交換膜 7．(2018屆福建莆田質(zhì)檢)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，下圖是利用一種微生物將廢水中的尿素[CO(NH2)2]轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害物質(zhì)的裝置。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)。 A．M電極有CO2和N2生成 B．H＋透過(guò)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng) C．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 D．N電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 二、非選擇題 8．在熔融碳酸鹽燃料電池中的應(yīng)用以熔融 Li2CO3和K2CO3為電解質(zhì)，天然氣經(jīng)內(nèi)重整催化作用提供反應(yīng)氣的燃料，電池示意圖如下： (1)外電路電子流動(dòng)方向：由______流向______(填字母“A”或“B”)。 (2)空氣極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)是______________________________。 (3)以此燃料電池為電源電解精煉銅，當(dāng)電路有0.6 mol e－轉(zhuǎn)移，有________g 精銅析出。 9．(2018屆山東日照期中)用氟硼酸(HBF4，屬于強(qiáng)酸)代替硫酸作鉛蓄電池的電解質(zhì)溶液，可使鉛蓄電池在低溫下工作時(shí)的性能更優(yōu)良，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pb＋PbO2＋4HBF4 2Pb(BF4)2＋2H2O，其中Pb(BF4)2為可溶于水的強(qiáng)電解質(zhì)，用該鉛蓄電池分別電解AgNO3溶液和Na2SO3溶液，裝置如下圖，a、b、c、d電極材料均為石墨，通電時(shí)a電極質(zhì)量增大。 回答下列問(wèn)題： (1)d電極為該裝置的________極，工作時(shí)，該池內(nèi)d電極上無(wú)氣體產(chǎn)生，寫出該池內(nèi)電解反應(yīng)的離子方程式：________________________________。 (2)該鉛蓄電池放電時(shí)X極附近pH________ (填“增大”“減小”或“不變”)，正極的電極反應(yīng)式為________________________________。 (3)鉛蓄電池充電時(shí)，Y電極與電源的________(填“正極”或“負(fù)極”)相連。 (4)另取一常規(guī)鉛蓄電池(濃硫酸作電解質(zhì)溶液)與該鉛蓄電池同時(shí)放電，當(dāng)電路中均通過(guò)1 mol電子時(shí)，分別取下Y電極稱重，兩電極質(zhì)量相差________g。 10．(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。 圖1 圖2 ①該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為________________________________。 若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn________g(已知F＝96 500 Cmol－1)。 ②鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向______(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向______(填“左”或“右”)移動(dòng)。 ③圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有______________________________。 (2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如下圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是________________________________________，A是________。 (3)利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。該電池中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)O2－的移動(dòng)方向____________(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________________________。 11．(1)某研究性學(xué)習(xí)小組為探究Fe3＋與Ag反應(yīng)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質(zhì)不參與反應(yīng))。 ①K閉合時(shí)，指針向左偏轉(zhuǎn)，石墨作________(填“正極”或“負(fù)極”)。 ②當(dāng)指針歸零后，向左側(cè)U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液，發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉(zhuǎn)，寫出此時(shí)銀電極的反應(yīng)式：________________________________。 ③結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)分析，寫出Fe3＋和Ag反應(yīng)的離子方程式：______________________。 ④丙同學(xué)進(jìn)一步驗(yàn)證其結(jié)論：當(dāng)指針歸零后，向右側(cè)U形管中滴加數(shù)滴飽和NaCl溶液，可觀察到的現(xiàn)象是____________________________________。 (2)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示： ①HS－在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO的反應(yīng)式是____________________________。 ②若維持該微生物電池中兩種細(xì)菌的存在，則電池可以持續(xù)供電，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)鈷酸鋰電池的正極采用鈷酸鋰(LiCoO2)，負(fù)極采用金屬鋰和碳的復(fù)合材料，該電池充放電時(shí)的總反應(yīng)式：LiCoO2＋6CLi1－xCoO2＋LixC6，寫出放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)：________________________________________。 (4)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖所示，其中作為電解質(zhì)的無(wú)水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。 ①放電過(guò)程中，Li＋向________(填“負(fù)極”或“正極”)移動(dòng)。 ②負(fù)極反應(yīng)式為____________________________。 ③電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，理論上生成________g Pb。 (5)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池的工作原理如下圖所示。 ①a電極的電極反應(yīng)式是____________________。 ②一段時(shí)間后，需向裝置中補(bǔ)充KOH，請(qǐng)依據(jù)反應(yīng)原理解釋原因是___________________ _______________________________________________________________________。 第2節(jié)　原電池　化學(xué)電源 1．B　解析：Li＋透過(guò)膜只允許Li＋通過(guò)，故A錯(cuò)誤；鈦電極是電池的正極，充電時(shí)，應(yīng)該與外電源的正極相連，故C錯(cuò)誤；放電時(shí)電池總反應(yīng)為L(zhǎng)i＋Fe3＋===Li＋＋Fe2＋，則充電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)為L(zhǎng)i＋＋Fe2＋Li＋Fe3＋，故D錯(cuò)誤。 2．C　解析：由圖分析可知，通入a電極的為BH，其中的B失電子，化合價(jià)升高，生成BO，因此a為電池的負(fù)極。b為電池的正極，H2O2中O由－1價(jià)降到－2價(jià)發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為H2O2＋2e－===2OH－，A正確；原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)，B正確；電子由負(fù)極流出，正極流入，即a→b，C錯(cuò)誤；正極區(qū)產(chǎn)生的 OH－經(jīng)處理后輸入a極室可循環(huán)使用，D正確。 3．C　解析：b電極上硝酸根離子得電子生成N2，發(fā)生還原反應(yīng)，故b電極應(yīng)為正極，A錯(cuò)誤；b電極反應(yīng)式：2NO＋10e－＋6H2O ===N2↑＋12OH－，故b電極附近溶液的pH增大，B錯(cuò)誤；原電池工作時(shí)陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)誤。 4．B　解析：“碳呼吸電池”為原電池原理，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故A錯(cuò)誤；“碳呼吸電池”能消耗二氧化碳?xì)怏w，所以利用該技術(shù)可捕捉大氣中的CO2，故B正確；根據(jù)工作原理圖，金屬鋁是負(fù)極，失電子生成草酸鋁，所以每得到1 mol草酸鋁，電路中轉(zhuǎn)移32＝6 mol電子，故C錯(cuò)誤；根據(jù)工作原理圖，CO2作為正極反應(yīng)物得電子生成草酸根，電極反應(yīng)為2CO2＋2e－===C2O，故D錯(cuò)誤。 5．A　解析：A項(xiàng)，在原電池中陰離子移向電源負(fù)極，由圖中CO移向左邊可知a為負(fù)極，電極反應(yīng)為C＋2CO－4e－===3CO2，b為正極，電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－===2CO，所以該電池的總反應(yīng)為C＋O2===CO2，故A正確；B項(xiàng)，煤直接燃燒發(fā)電會(huì)有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能，所以比直接煤燃料電池發(fā)電的能量利用率低，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，將煤塊粉碎成粉末狀，有利于在電極a附近參與反應(yīng)，加快了反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；D項(xiàng)，a為負(fù)極，電子由負(fù)極a沿導(dǎo)線流向正極b，故D錯(cuò)誤。 6．B　解析：根據(jù)原電池的工作原理，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，通空氣的一極為正極，反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，pH增大，故A錯(cuò)誤；通肼的一極為負(fù)極，反應(yīng)式為N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，故B正確；根據(jù)原電池的工作原理，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，電流的方向和電子移動(dòng)的方向相反，即電流從b極經(jīng)過(guò)負(fù)載流向a極，故C錯(cuò)誤；根據(jù)電極反應(yīng)式，OH－應(yīng)從正極流向負(fù)極，交換膜應(yīng)選用陰離子交換膜，故D錯(cuò)誤。 7．D　解析：因?yàn)槭琴|(zhì)子交換膜，因此反應(yīng)的環(huán)境呈酸性，有O2的一邊(N)是正極反應(yīng)區(qū)，即O2＋4H＋＋4e－===2H2O。尿素[CO(NH2)2]轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害物質(zhì)，M極反應(yīng)為CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，H＋應(yīng)該透過(guò)質(zhì)子交換膜由左向右移動(dòng)；在微生物的作用下，此裝置構(gòu)成原電池，加速了反應(yīng)的進(jìn)行，促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移。綜上，A、B、C正確，D錯(cuò)誤。 8．(1)A　B　(2)O2＋4e－＋2CO2===2CO　(3)19.2 9．(1)陽(yáng)　SO＋H2OSO＋H2↑ (2)增大　PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O (3)負(fù)極　(4)151.5 解析：(1)a極質(zhì)量增大，發(fā)生的電極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag，a極為陰極，即Y為負(fù)極，X為正極，d為陽(yáng)極，d電極上無(wú)氣體放出，SO具有還原性，其d極反應(yīng)式為SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋，c極為陰極，反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，因此總電池反應(yīng)式為SO＋H2OSO＋H2↑。(2)X為正極，反應(yīng)式為PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，消耗 H＋，pH增大。(3)充電時(shí)，電池的正極接電源的正極，電池的負(fù)極接電源的負(fù)極，Y接電源的負(fù)極。(4)常規(guī)蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為Pb－2e－＋SO===PbSO4，新型蓄電池負(fù)極反應(yīng)式為Pb－2e－===Pb2＋，因此通過(guò)1 mol電子，兩極質(zhì)量差為0.5 mol303 gmol－1＝151.5 g。 10．(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2?、谟摇∽蟆、凼褂脮r(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化銨 (3)從b到a　CO＋O2－－2e－===CO2 解析：(1)①放電時(shí)高鐵酸鉀為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若維持電流強(qiáng)度為1A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 mol＝0.006 217 6 mol。理論消耗Zn的質(zhì)量為65 gmol－1≈0.2 g。②電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng)；若用陽(yáng)離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)。(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為NH4Cl、HCl混合溶液。 (3)工作時(shí)電極b作正極，O2－由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負(fù)極，負(fù)極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－===CO2。 11．(1)①正極?、贏g＋＋e－===Ag ③Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋ ④右側(cè)U形管中出現(xiàn)白色沉淀，電流表指針向左偏轉(zhuǎn) (2)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ ②HS－、SO離子濃度之和不會(huì)發(fā)生變化，只要有兩種細(xì)菌存在，就會(huì)循環(huán)地把有機(jī)物氧化成CO2放出電子 (3)LixC6－xe－===6C＋xLi＋ (4)①正極?、贑a＋2Cl－－2e－===CaCl2?、?0.7 (5)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O ②由于發(fā)生反應(yīng)4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，所以要補(bǔ)充KOH 解析：(1)①K閉合時(shí)，指針向左偏轉(zhuǎn)，石墨作正極。②指針向右偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明銀棒作正極，此時(shí)銀電極的反應(yīng)式為Ag＋＋e－===Ag。③結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)分析，F(xiàn)e3＋和Ag的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，離子方程式為Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋。④可觀察到的現(xiàn)象是右側(cè)U形管中出現(xiàn)白色沉淀，溶液中Ag＋濃度減小，Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋平衡正向移動(dòng)，Ag發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)。(3)由電池充放電時(shí)的總反應(yīng)式可知放電時(shí)Li元素化合價(jià)升高，得到放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)為L(zhǎng)ixC6－xe－===6C＋xLi＋。(4)根據(jù)方程式，電路中每轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。(5)①a電極是通入NH3的電極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，所以該電極作負(fù)極，電極反應(yīng)式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。