原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（六）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（六）‎ ‎1．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图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．电子从b流出，经外电路流向a B．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应是 HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋‎ C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜 ‎【解析】选B　b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。‎ ‎2.一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中YSZ为6～10%Y2O3掺杂的ZrO2固体电解质，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．电子通过外电路从b极流向a极 B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．电路中每转移0.1 mol电子，消耗0.28 L的CH4‎ D．O2－由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极 ‎【解析】‎ 选D　该燃料电池中，通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，电子流出的电极为负极、电子流入的电极为正极，电子从a极沿导线流向b极，故A错误；b电极上氧气得电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算甲烷体积，故C错误；电解质中阴离子向负极移动，则O2－由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极，故D正确。‎ ‎3.一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法正确的是(　　)‎ A．电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2‎ B．正极反应式为Mg－2e－===Mg2＋‎ C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率 D．电子的移动方向由b经外电路到a ‎【解析】选A　负极电极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓、正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，得失电子相同的条件下，将正负极电极反应式相加得电池总反应式为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2，故A正确，B错误；通入O2的电极是正极，活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，故C错误；Mg作负极、活性炭作正极，电子从负极a经外电路到正极b，故D错误。‎ ‎4.如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(　　)‎ A．a为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移 ‎【解析】‎ 选C　图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，不正确；D项，放电时为原电池，Li＋为阳离子，应向正极(a极)迁移，正确。‎ ‎5．为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2来提供O2，我国科学家设计了如图装置，反应后，电解质溶液的pH保持不变。下列说法正确的是(　　)‎ A．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极 B．Y电极的反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．图中离子交换膜为阳离子交换膜 D．该装置实现了“太阳能→化学能→电能”的转化 ‎【解析】选B　A项，根据题图，电荷移动的方向，可判断N型半导体为负极，P型半导体为正极，错误；B项，Y电极连接电源的正极，作阳极，根据电解原理，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，正确；C项，反应后，电解质溶液的pH保持不变，离子交换膜应为阴离子交换膜，错误；D项，该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化，错误。‎ ‎6.太阳能光电池具有可靠稳定、寿命长、安装维护简便等优点，现已得到广泛应用。氮化镓(GaN)光电池的结构如图所示。下列说法中正确的是(　　)‎ A．该装置系统中只存在光能与电能之间的转化 B．Cu电极上的电极反应式为CO2＋8H＋－8e－===CH4＋2H2O C．工作时，产生的O2、CH4体积比为1∶1(同温同压)‎ D．离子交换膜为质子交换膜，H＋从左池移向右池 ‎【解析】选D　由题图可知，该装置系统中存在太阳能与化学能、化学能与电能及化学能与热能等的转化，A错误；CO2在Cu电极上发生还原反应生成CH4‎ ‎，则电极反应式为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，B错误；H2O在GaN电极上发生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，根据得失电子守恒可知，产生O2和CH4的物质的量之比为2∶1，在同温同压下的体积比为2∶1，C错误；由上述分析知左池产生H＋，右池消耗H＋，则离子交换膜为质子交换膜，H＋向正极移动，即H＋从左池移向右池，D正确。‎ ‎7．银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是(　　)‎ A．处理过程中银器一直保持恒重 B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C．该过程中总反应为2Al＋3Ag2S===6Ag＋Al2S3‎ D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl ‎【解析】由“电化学原理”可知正极反应式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，负极反应式为Al－3e－===Al3＋；电解质溶液中发生反应Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，S2－与H＋结合生成H2S，使Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋的平衡右移，最终生成Al(OH)3沉淀，只有B选项正确。‎ ‎8.某锂离子二次电池装置如图所示，其放电时的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋LiCoO2。下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨为正极 B．充电时，阳极质量不变 C．充电时，阴极反应式为xLi－xe－===xLi＋‎ D．放电时，正极反应为xLi＋＋Li1－xCoO2＋xe－===LiCoO2‎ ‎【解析】根据Li＋移动的方向，石墨作负极，A错误；充电时阳极LiCoO2失去电子质量发生变化，B错误；充电时，阴极要得电子，C错误。‎ ‎9．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜上能产生气泡的是(　　)‎ ‎　 ‎ A B C D ‎【解析】A选项是锌铜原电池，铜作正极，铜上氢离子放电生成氢气，有气泡产生，正确；B、C选项均能形成铜银原电池，铜比银活泼，铜作负极，铜上没有气泡产生，错误；D选项中没有形成闭合电路，错误。‎ ‎10．有一种新型燃料电池使用两块吸附气体的海绵状金属作电极插入KOH溶液中，然后向两极分别通入CH4和O2，其电极反应为X极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；Y极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。下列说法中，错误的是(　　)‎ A．通入甲烷的一极为电池的负极 B．放电一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量浓度不变 C．在标况下，通入5.6 L氧气，完全反应后，有1 mol 电子发生转移 D．放电时，1 mol甲烷在X极反应时有2 mol氧气在Y极反应 ‎【解析】由题意知电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，反应过程中消耗OH－，故KOH的物质的量浓度减小。‎ ‎11．据外媒报道，在特斯拉最新公布的Model E专利设计中，铝—空气电池组基本上取代增程式内燃机。铝空气电池工作原理如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)‎ A．铝电极作负极 B．可使用活性炭作正极材料 C．该电池工业时，每消耗2.7 g Al，需耗氧6.72 L(标准状况)‎ D．铝—空气电池的可持续应用要求是一方面在工业状态下要有足够的氧气供应，另一方面在非工作状态下能够密封防止金属腐蚀 ‎【解析】C项，负极反应式：4Al＋16OH－－12e－===4AlO＋8H2O，正极反应式：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－，所以每消耗2.7 g Al，需耗氧(标准状况)的体积为××3×22.4＝1.68(L)。‎ ‎12．某种利用垃圾渗透液发电的装置示意图如下。工作时，下列说法中不正确的是(　　)‎ A．盐桥中Cl－向Y极移动 B．化学能转化为电能 C．电子由X极沿导线流向Y极 D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，周围pH增大 ‎【解析】选A　A项，NH3生成N2，氮元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，X极作负极；NO生成N2，氮元素化合价降低，得电子，发生还原反应，Y极作正极，盐桥中 Cl－向负极X极移动，错误；B项，垃圾在微生物的作用下，发生氧化还原反应，形成了原电池，化学能转化为电能，正确；C项，根据A项分析可知X极作负极，Y极作正极，电子由负极X极沿导线流向正极Y极，正确；D项，Y极为正极，发生的电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，反应消耗H＋，pH增大，正确。‎ ‎13.金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知：铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。‎ 甲 ‎　　‎ 乙 ‎(1)铜、铬构成的原电池如图甲，其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为____________________________。盐桥中装的是饱和KCl琼脂溶液，下列关于此电池的说法正确的是__________(填选项字母)。‎ A．盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，凡是有盐桥的原电池，盐桥中均可以用饱和KCl琼脂溶液 B．理论上1 mol Cr溶解，盐桥中将有2 mol Cl－进入左池，2 mol K＋进入右池 C．此过程中H＋得电子，发生氧化反应 D．电子从铬极通过导线到铜极，又通过盐桥转移到左烧杯中 ‎(2)如果构成图乙电池，发现铜电极上不再有图甲的现象，铬电池上产生大量气泡，遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式：_______________________________________________________。‎ ‎(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时，观察到了预料之外的现象：①铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状；②‎ 反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越多，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。请解释这两种现象的原因：______________________________________。‎ ‎【解析】(1)由于铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)，说明铬电极是负极，铜电极是正极，氢离子在正极放电，所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。A项，盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，若电解质溶液中有与KCl发生反应的离子，如当电解质溶液是AgNO3溶液时，盐桥中的电解质溶液就不能用KCl琼脂溶液，错误；B项，理论上1 mol Cr溶解，Cr－2e－===Cr2＋，转移2 mol 电子，同时正极消耗2 mol H＋，2H＋＋2e－===H2↑，根据溶液呈电中性可知，盐桥中将有2 mol Cl－进入左池，2 mol K＋进入右池，正确；C项，此过程中H＋得电子，发生还原反应，错误；D项，电子不能在溶液中传递，溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的，错误。‎ ‎(2)稀硝酸作电解液时，铬电极上产生大量气泡，遇空气呈红棕色，说明溶液中的硝酸根离子得到电子，产生NO，NO被氧化生成NO2，因此铜是负极，铬是正极，则正极的电极反应式为4H＋＋NO＋3e－===NO↑＋2H2O。‎ ‎(3)Cr比铜活泼，既能与铜盐发生置换反应生成Cu，又能与酸反应生成氢气，由于Cu2＋水解使溶液呈酸性，铬与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，因此使产生氢气的速率加快。‎ 答案　(1)铜电极上有气泡产生　B ‎(2)4H＋＋NO＋3e－===NO↑＋2H2O ‎(3)Cu2＋水解使溶液呈酸性，铬既能与Cu2＋发生置换反应生成Cu，又能与酸性溶液反应生成氢气，气泡使生成的铜疏松；生成的铜和铬形成原电池，使产生氢气的速率加快 ‎14．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：‎ ‎(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)‎ ‎(2)电池正极反应式为_______________________________。‎ ‎(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_________________________________________________________‎ ‎(填“是”或“否”)，原因是__________________________。‎ ‎(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为_______________________。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。‎ ‎【解析】(1)结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，所以电子流向是从a→b，那么电流方向则是b→a。‎ ‎(2)根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。‎ ‎(3)因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。‎ ‎(4)由题目中的信息“MnO2可与KOH和KClO3在高温条件下反应，生成K2MnO4”，可知该反应属于氧化还原反，Mn元素化合价升高(→)，则Cl元素的化合价降低(→)，所以化学方程式为3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O；根据“K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4(K2O4→KO4)和MnO2(K2‎ O4→O2)”，根据得失电子守恒，可知生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1。‎ 答案　(1)b　a ‎(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2‎ ‎(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应 ‎(4)3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O　2∶1‎