原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（二）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（二）‎ ‎1.某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A．锌片作正极 B．铜片上有气泡产生 C．将电能转化为化学能 D．电子由铜片经导线流向锌片 ‎【解析】选B　根据原电池的工作原理，活泼金属作负极，锌比铜活泼，锌片作负极，A错误；铜片作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，铜片上有气泡冒出，B正确；该装置为原电池装置，是将化学能转化成电能的装置，C错误；根据原电池的工作原理，电子从负极经导线流向正极，即电子从锌片经导线流向铜片，D错误。‎ ‎2．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　)‎ A．铜棒的质量　　　　　 B．c(Zn2＋)‎ C．c(H＋) D．c(SO)‎ ‎【解析】选C　该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。‎ ‎3．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)‎ A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为 ‎6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎【解析】选B　①中Mg作负极；②中Al作负极；③中铜作负极；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎4.某可充电电池的原理如图K23-5所示,已知a、b为惰性电极,溶液呈酸性。充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。下列叙述正确的是 (　　)‎ A.放电时,H+从左槽迁移进右槽 B.放电过程中,左槽溶液颜色由黄色变为蓝色 C.充电时,b极接直流电源正极,a极接直流电源负极 D.充电过程中,a极的电极反应式为V+2H++e-VO2++H2O 图K23-6‎ ‎【解析】放电时,阳离子向正极移动,所以氢离子向左槽移动,A错误;放电时,a电极为原电池正极,左槽中得电子发生还原反应,所以溶液颜色由黄色变为蓝色,B正确;充电时,b电极为阴极,a极为阳极,则b极接直流电源负极,a极接直流电源正极,C错误;充电过程中,a极是电解池阳极,a极的反应式为VO2+-e-+H2OV+2H+,D错误。‎ ‎5.新华网报道,我国固体氧化物燃料电池技术研发取得新突破。科学家利用该技术实现H2S废气资源回收能量,并得到单质硫的原理如图K23-6所示。下列说法正确的是 (　　)‎ A.电极b为电池负极 B.电路中每流过4 mol电子,正极消耗44.8 L H2S C.电极b上的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O D.电极a上的电极反应为2H2S+2O2--4e-S2+2H2O ‎【解析】由图中信息可知,该燃料电池的总反应为2H2S+O2S2+2H2O,该反应中硫化氢是还原剂、氧气是氧化剂。硫化氢通入到电极a,所以a电极是负极,发生的电极反应为2H2S+2O2--4e-S2+2H2O;氧气通入到电极b,所以b电极是正极。电路中每流过4 mol电子,正极消耗1 mol O2,发生的电极反应为O2+4e-2O2-。综上所述,D正确。‎ ‎6. 锂空气电池充放电基本原理如图K23-7所示,下列说法不正确的是 (　　)‎ 图K23-7‎ A.充电时,锂离子向阴极移动 B.充电时阴极电极反应式为Li++e-Li C.放电时正极电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-‎ D.负极区的有机电解液可以换成水性电解液 ‎【解析】充电时的原理是电解原理,电解质中的阳离子移向阴极,即锂离子向阴极移动,A正确;充电时阴极上发生得电子的还原反应,即Li++e-Li,B正确;放电时的原理是原电池原理,正极上发生得电子的还原反应O2+4e-+2H2O4OH-,C正确;金属锂可以和水发生反应,所以负极区的有机电解液不能换成水性电解液,D错误。‎ ‎7.一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图K23-8所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是 (　　)‎ 图K23-8‎ A.b电极为该电池的负极 B.b电极附近溶液的pH减小 C.a 电极反应式: C6H10O5-24e-+7H2O6CO2↑+24H+‎ D.a交换膜为阳离子交换膜 ‎【解析】该原电池中,硝酸根离子得电子发生还原反应,则右边装置中电极b是正极,A错误;右边装置中电极b是正极,电极反应式为2N+10e-+12H+N2↑+6H2O,氢离子参加反应导致溶液酸性减小,溶液的pH增大,B错误; 左边装置电极a是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应,有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳,电极反应式为C6H10O5-24e-+7H2O6CO2↑+24H+,C正确;放电时,电解质溶液中阳离子移向正极室即右室,阴离子移向负极室即左室,a交换膜为阴离子交换膜,D错误。‎ ‎8．有一种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄纸质电池，在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液，电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法不正确的是(　　)‎ A．该电池的负极材料为锌 B．该电池反应中二氧化锰发生了还原反应 C．电池的正极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－‎ D．当有0.1 mol锌溶解时，流经电解质溶液的电子数为1.204×1023‎ ‎【解析】‎ 锌为活泼金属，失去电子作负极，A项正确；二氧化锰得到了电子，发生还原反应，B项正确；因电池的负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，用总反应式减去负极反应式得出正极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C项正确；电子只能经外电路流动，而不能在电解质溶液中流动，电解质溶液中应为阴、阳离子的定向移动，D项错误。‎ ‎9．Mg—AgCl电池是一种用海水激活的一次电池，在军事上用作电动鱼雷的电池，电池的总反应可表示为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。下列关于该电池的说法错误的是(　　)‎ A．该电池工作时，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag B．该电池的负极材料可以用金属铝代替 C．有24 g Mg被氧化时，可还原得到108 g Ag D．装有该电池的鱼雷在水中进行时，海水作为电解质溶液 ‎【解析】A项，由电池反应方程式看出，Mg是还原剂、AgCl是氧化剂，故金属Mg作负极，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，故A正确；B项，该电池的负极材料可以用金属铝代替，故B正确；C项，电极反应式：Mg－2e－===Mg2＋，24 g Mg即1 mol被氧化时，转移电子是2 mol，正极反应为2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，可还原得到216 g Ag，故C错误；D项，因为该电池能被海水激活，海水可以作为电解质溶液，故D正确。‎ ‎10.LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．b处通入H2‎ B．该装置将化学能最终转化为电能 C．通入H2的电极发生反应：2H2－4e－===4H＋‎ D．a处为电池负极，发生氧化反应 ‎【解析】由电子流向可知a为负极通入H2，发生氧化反应，b为正极通入O2，发生还原反应，A错误、D正确；该装置将化学能最终转化为光能，B错误；电解质为KOH溶液，所以电极反应式中不能含有H＋，C错误。‎ ‎11．如图所示为锌铜原电池。下列叙述中，正确的是(　　)‎ A．盐桥的作用是传导离子 B．外电路电子由铜片流向锌片 C．锌片上的电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn D．外电路中有0.2 mol电子通过时，铜片表面质量增加约3.2 g ‎【解析】选A　“双液”原电池中，盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液，传导离子，起到导电作用，A正确；锌的活泼性强于铜，则锌片作负极，铜片作正极；在外电路中，电子由负极流向正极，则电子由锌片流向铜片，B错误；锌片是负极，发生失去电子的氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，C错误；铜片是正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，外电路中通过0.2 mol电子时，铜片上析出0.1 mol Cu，其质量为0.1 mol×64 g·mol－1＝6.4 g，D错误。‎ ‎12.(1)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。二甲醚燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇燃料电池(5.93 kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚燃料电池的负极反应为__________________________‎ ‎_________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20 V,能量密度E=_________________‎ ‎__________(列式计算。能量密度=,1 kW·h=3.6×106 J)。 ‎ ‎(2)在丁烷燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为______________‎ ‎__________________、正极的反应式为______________________________。 ‎ ‎(3)如图为钠硫高能电池的结构示意图。‎ 该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为______________________________________________________________。 ‎ M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是________________________________。与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。 ‎ ‎【解析】(1)电解质为酸性时,CH3OCH3失去电子生成CO2和H+;CH3OCH3中的C为 ‎-2价,因此1个CH3OCH3可产生12个电子的电量;1 000 g CH3OCH3输出的电能为 ‎1.2 V××12×96 500 C·mol-1=3.02×107 J,则能量密度=‎ ‎=8.39 kW·h·kg-1。‎ ‎(3)消耗Na和Pb均为23 g,则钠硫电池理论放电量(转移电子数)是铅蓄电池的倍数为=4.5。‎ 答案:(1)CH3OCH3-12e-+3H2O2CO2+12H+‎ ‎12　÷[(3.6×106)J·(kW·h)-1]≈‎ ‎8.39 kW·h·kg-1‎ ‎(2)C4H10+8H2O-26e-4CO2+26H+‎ O2+26e-+26H+13H2O ‎(3)xS+2e-(或2Na++xS+2e-Na2Sx)　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫　4.5‎ ‎13．(1)在以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_____________________________________________________________，‎ 正极的反应式为____________________________________________。‎ 已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。‎ ‎(2)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：‎ NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M ‎①电池放电时，负极的电极反应式为______________________。‎ ‎②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为______________________。‎ ‎【解析】(1)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为：CH3OH＋O2===CO2＋2H2O　①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O2＋6H＋＋6e－===3H2O　②，①－②得电池负极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；该燃料电池的理论效率为×100%＝96.6%。‎ ‎(2)①蓄电池放电时是原电池、充电时是电解池。根据原电池中“负氧化、正还原”，电解池中“阳氧化、阴还原”的规律，在分清楚是原电池还是电解池的基础上并结合电解质溶液显碱性，可写出该蓄电池放电时负极的电极反应式为MH＋OH－－e－===M＋H2O。‎ ‎②中阴极的电极反应有两个，第一个阶段是充电时的反应式，由①中的方法不难确定为M＋H2O＋e－===MH＋OH－，第二阶段为吸收氧气的电解反应式，由题意氧气在阴极上被还原，结合该蓄电池中电解质溶液碱性可知氧气被还原为OH－，所以其电解反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。‎ 答案：(1)CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋‎ O2＋6H＋＋6e－===3H2O　96.6%‎ ‎(2)①MH＋OH－－e－===M＋H2O ‎②2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ ‎14．(1)铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。‎ ‎①某原电池装置如图所示，右侧烧杯中的电极反应式为______________________，左侧烧杯中的c(Cl－)________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。‎ 甲 乙 ‎(2)碱性锌锰干电池的剖面图如图所示，已知电池放电后的产物是Zn(OH)2和MnOOH，则其总反应式为____________________________，正极反应式为____________________________。电池中的锌粉能和KOH发生反应，该反应类似于铝粉与KOH的反应，其化学方程式是__________________________________，因此电池长时间不用会发生体积的膨胀和漏液。‎ ‎(3)用高铁(Ⅵ)酸盐设计的高铁(Ⅵ)电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。‎ ‎①写出正极反应式_______________________________________。‎ ‎②用高铁(Ⅵ)电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有0.2 mol K2FeO4反应时，则在电解池中生成H2________ L(标准状况)。‎ ‎【解析】(1)①原电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧烧杯中电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl－向负极迁移，故NaCl溶液中c(Cl－)增大。②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据电池的总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。由已知条件知在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，C作原电池的正极，在右侧。(2)根据图示可知碱性锌锰干电池两极材料分别是Zn和MnO2，放电后的产物为Zn(OH)2和MnOOH，因此易得总反应式和正极反应式。(3)以转移的电子数为桥梁建立K2FeO4和H2的物质的量的关系：2K2FeO4～3H2，由此可知生成H2 0.3 mol，在标准状况下的体积为6.72 L。‎ 答案：(1)①2H＋＋2e－===H2↑　增大 ‎②甲中：左—Fe，右—C，乙中：左—Fe，右—C ‎(2)Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－‎ Zn＋2KOH===K2ZnO2＋H2↑‎ ‎(3)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－‎ ‎②6.72‎