2019版高考化學一輪復習 第四單元 化學反應與能量轉化 第2節(jié) 原電池 化學電源課時練.doc

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第2節(jié)　原電池　化學電源 一、選擇題 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．我國科學家研發(fā)出一種新型的鋰離子電池，放電時有關離子轉化關系如下圖所示，下列說法正確的是(　　)。 A．Li＋透過膜除允許 Li＋通過外，還允許H2O分子通過 B．放電時，進入貯罐的液體發(fā)生反應：S2O＋2Fe2＋===2Fe3＋＋2SO C．充電時，鈦電極與外電源的負極相連 D．充電時，電池內部發(fā)生的總反應為 Li＋Fe3＋=== Li＋＋Fe2＋ 2．(2018年廣東深圳調研)一種以NaBH4和H2O2為原料的新型電池的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)。 A．電池的正極反應為H2O2＋2e－===2OH－ B．電池放電時Na＋從a極區(qū)移向b極區(qū) C．電子從電極b經外電路流向電極a D．b極室的輸出液經處理后可輸入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，圖中有機廢水中有機物可用C6H10O5表示。下列有關說法正確的是(　　)。 A．b電極為該電池的負極 B．b電極附近溶液的pH減小 C．a電極反應式：C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋ D．中間室：Na＋移向左室，Cl－移向右室 4．(2018屆遼寧重點中學模擬)“碳呼吸電池”是一種新型能源裝置，其工作原理如下圖。下列說法正確的是(　　)。 A．該裝置是將電能轉變?yōu)榛瘜W能 B．利用該技術可捕捉大氣中的CO2 C．每得到1 mol草酸鋁，電路中轉移3 mol電子 D．正極的電極反應為C2O－2e－===2CO2 5．(2018屆江西贛州聯(lián)考)“直接煤燃料電池”能夠將煤中的化學能高效、清潔地轉化為電能。用熔融Na2CO3作電解質的直接煤燃料電池的工作原理如下圖所示。下列有關說法正確的是(　　)。 A．該電池的總反應為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．進入反應室的煤塊粉碎成粉末狀對反應速率和限度均無影響 D．電子由電極b沿導線流向電極a，入口A加入的物質為煤粉 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。一種以液態(tài)肼(N2H4)為燃料的電池裝置如下圖所示。下列有關敘述正確的是(　　)。 A．該燃料電池放電時，正極發(fā)生氧化反應，pH變大 B．a極的反應式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O C．放電時，電流從a極經過負載流向b極 D．其中的離子交換膜需選用陽離子交換膜 7．(2018屆福建莆田質檢)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，下圖是利用一種微生物將廢水中的尿素[CO(NH2)2]轉化為對環(huán)境無害物質的裝置。下列敘述錯誤的是(　　)。 A．M電極有CO2和N2生成 B．H＋透過質子交換膜由左向右移動 C．微生物促進了反應中電子的轉移 D．N電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 二、非選擇題 8．在熔融碳酸鹽燃料電池中的應用以熔融 Li2CO3和K2CO3為電解質，天然氣經內重整催化作用提供反應氣的燃料，電池示意圖如下： (1)外電路電子流動方向：由______流向______(填字母“A”或“B”)。 (2)空氣極發(fā)生反應的電極反應是______________________________。 (3)以此燃料電池為電源電解精煉銅，當電路有0.6 mol e－轉移，有________g 精銅析出。 9．(2018屆山東日照期中)用氟硼酸(HBF4，屬于強酸)代替硫酸作鉛蓄電池的電解質溶液，可使鉛蓄電池在低溫下工作時的性能更優(yōu)良，反應的化學方程式為Pb＋PbO2＋4HBF4 2Pb(BF4)2＋2H2O，其中Pb(BF4)2為可溶于水的強電解質，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a電極質量增大。 回答下列問題： (1)d電極為該裝置的________極，工作時，該池內d電極上無氣體產生，寫出該池內電解反應的離子方程式：________________________________。 (2)該鉛蓄電池放電時X極附近pH________ (填“增大”“減小”或“不變”)，正極的電極反應式為________________________________。 (3)鉛蓄電池充電時，Y電極與電源的________(填“正極”或“負極”)相連。 (4)另取一常規(guī)鉛蓄電池(濃硫酸作電解質溶液)與該鉛蓄電池同時放電，當電路中均通過1 mol電子時，分別取下Y電極稱重，兩電極質量相差________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行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實驗裝置。 圖1 圖2 ①該電池放電時正極的電極反應式為________________________________。 若維持電流強度為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；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向______(填“左”或“右”)移動。 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)點有______________________________。 (2)有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質溶液，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式是________________________________________，A是________。 (3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如下圖所示。該電池中O2－可以在固體介質NASICON(固溶體)內自由移動，工作時O2－的移動方向____________(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發(fā)生的電極反應式為_________________________。 11．(1)某研究性學習小組為探究Fe3＋與Ag反應，進行如下實驗：按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質不參與反應)。 ①K閉合時，指針向左偏轉，石墨作________(填“正極”或“負極”)。 ②當指針歸零后，向左側U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液，發(fā)現(xiàn)指針向右偏轉，寫出此時銀電極的反應式：________________________________。 ③結合上述實驗分析，寫出Fe3＋和Ag反應的離子方程式：______________________。 ④丙同學進一步驗證其結論：當指針歸零后，向右側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能轉化為電能的裝置。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化為SO的反應式是____________________________。 ②若維持該微生物電池中兩種細菌的存在，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)，負極采用金屬鋰和碳的復合材料，該電池充放電時的總反應式：LiCoO2＋6CLi1－xCoO2＋LixC6，寫出放電時負極的電極反應：________________________________________。 (4)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源?；窘Y構如下圖所示，其中作為電解質的無水LiClKCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。 ①放電過程中，Li＋向________(填“負極”或“正極”)移動。 ②負極反應式為____________________________。 ③電路中每轉移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電極的電極反應式是____________________。 ②一段時間后，需向裝置中補充KOH，請依據(jù)反應原理解釋原因是___________________ _______________________________________________________________________。 第2節(jié)　原電池　化學電源 1．B　解析：Li＋透過膜只允許Li＋通過，故A錯誤；鈦電極是電池的正極，充電時，應該與外電源的正極相連，故C錯誤；放電時電池總反應為Li＋Fe3＋===Li＋＋Fe2＋，則充電時發(fā)生的總反應為Li＋＋Fe2＋Li＋Fe3＋，故D錯誤。 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，化合價升高，生成BO，因此a為電池的負極。b為電池的正極，H2O2中O由－1價降到－2價發(fā)生還原反應，反應式為H2O2＋2e－===2OH－，A正確；原電池工作時，電解質溶液中的陽離子由負極區(qū)向正極區(qū)移動，B正確；電子由負極流出，正極流入，即a→b，C錯誤；正極區(qū)產生的 OH－經處理后輸入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，故b電極應為正極，A錯誤；b電極反應式：2NO＋10e－＋6H2O ===N2↑＋12OH－，故b電極附近溶液的pH增大，B錯誤；原電池工作時陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，D錯誤。 4．B　解析：“碳呼吸電池”為原電池原理，將化學能轉變?yōu)殡娔埽蔄錯誤；“碳呼吸電池”能消耗二氧化碳氣體，所以利用該技術可捕捉大氣中的CO2，故B正確；根據(jù)工作原理圖，金屬鋁是負極，失電子生成草酸鋁，所以每得到1 mol草酸鋁，電路中轉移32＝6 mol電子，故C錯誤；根據(jù)工作原理圖，CO2作為正極反應物得電子生成草酸根，電極反應為2CO2＋2e－===C2O，故D錯誤。 5．A　解析：A項，在原電池中陰離子移向電源負極，由圖中CO移向左邊可知a為負極，電極反應為C＋2CO－4e－===3CO2，b為正極，電極反應為O2＋2CO2＋4e－===2CO，所以該電池的總反應為C＋O2===CO2，故A正確；B項，煤直接燃燒發(fā)電會有部分化學能轉變?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錯誤；C項，將煤塊粉碎成粉末狀，有利于在電極a附近參與反應，加快了反應速率，故C錯誤；D項，a為負極，電子由負極a沿導線流向正極b，故D錯誤。 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，通空氣的一極為正極，反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，pH增大，故A錯誤；通肼的一極為負極，反應式為N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，故B正確；根據(jù)原電池的工作原理，電子從負極經外電路流向正極，電流的方向和電子移動的方向相反，即電流從b極經過負載流向a極，故C錯誤；根據(jù)電極反應式，OH－應從正極流向負極，交換膜應選用陰離子交換膜，故D錯誤。 7．D　解析：因為是質子交換膜，因此反應的環(huán)境呈酸性，有O2的一邊(N)是正極反應區(qū)，即O2＋4H＋＋4e－===2H2O。尿素[CO(NH2)2]轉化為對環(huán)境無害物質，M極反應為CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，H＋應該透過質子交換膜由左向右移動；在微生物的作用下，此裝置構成原電池，加速了反應的進行，促進了反應中電子的轉移。綜上，A、B、C正確，D錯誤。 8．(1)A　B　(2)O2＋4e－＋2CO2===2CO　(3)19.2 9．(1)陽　SO＋H2OSO＋H2↑ (2)增大　PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O (3)負極　(4)151.5 解析：(1)a極質量增大，發(fā)生的電極反應為Ag＋＋e－===Ag，a極為陰極，即Y為負極，X為正極，d為陽極，d電極上無氣體放出，SO具有還原性，其d極反應式為SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋，c極為陰極，反應式為2H＋＋2e－===H2↑，因此總電池反應式為SO＋H2OSO＋H2↑。(2)X為正極，反應式為PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，消耗 H＋，pH增大。(3)充電時，電池的正極接電源的正極，電池的負極接電源的負極，Y接電源的負極。(4)常規(guī)蓄電池負極反應式為Pb－2e－＋SO===PbSO4，新型蓄電池負極反應式為Pb－2e－===Pb2＋，因此通過1 mol電子，兩極質量差為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間長、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放電時高鐵酸鉀為正極，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若維持電流強度為1A，電池工作十分鐘，轉移電子的物質的量為 mol＝0.006 217 6 mol。理論消耗Zn的質量為65 gmol－1≈0.2 g。②電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動。(2)該電池的本質反應是合成氨反應，電池中氫氣失去電子，在負極發(fā)生氧化反應，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應，則正極反應式為N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為NH4Cl、HCl混合溶液。 (3)工作時電極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是負極，負極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CO＋O2－－2e－===CO2。 11．(1)①正極?、贏g＋＋e－===Ag ③Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋ ④右側U形管中出現(xiàn)白色沉淀，電流表指針向左偏轉 (2)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ ②HS－、SO離子濃度之和不會發(fā)生變化，只要有兩種細菌存在，就會循環(huán)地把有機物氧化成CO2放出電子 (3)LixC6－xe－===6C＋xLi＋ (4)①正極　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2?、?0.7 (5)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O ②由于發(fā)生反應4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐漸變稀，所以要補充KOH 解析：(1)①K閉合時，指針向左偏轉，石墨作正極。②指針向右偏轉，說明銀棒作正極，此時銀電極的反應式為Ag＋＋e－===Ag。③結合上述實驗分析，F(xiàn)e3＋和Ag的反應為可逆反應，離子方程式為Ag＋Fe3＋Ag＋＋Fe2＋。④可觀察到的現(xiàn)象是右側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，Ag發(fā)生氧化反應，作負極，電流表指針向左偏轉。(3)由電池充放電時的總反應式可知放電時Li元素化合價升高，得到放電時負極的電極反應為LixC6－xe－===6C＋xLi＋。(4)根據(jù)方程式，電路中每轉移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，所以該電極作負極，電極反應式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。