原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（四）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（四）‎ ‎1.一种可充电锂—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＋O2‎ ‎【解析】　由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为O2＋2Li===Li2O2－x。该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A项错误；该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B项错误；该电池放电时，电解质溶液中的Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C项错误；充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D项正确。‎ ‎2.一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时负极电极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl B．放电时AlCl移向正极 C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)‎ D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原 ‎【解析】选C　A项，放电时铝作负极，失去电子被氧化为Al2Cl ‎，电极反应为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，错误；B项，放电时，AlCl移向负极，错误；C项，充电时阳极反应为Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，正确；D项，由总反应可知每1 mol Cn(AlCl4)被还原仅得到1 mol电子，错误。‎ ‎3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移 B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6‎ C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ ‎【解析】选C　A．原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B.放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正确；C.充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重7 g，错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正确。‎ ‎4.用单质铁去除酸性水体中N的原理如图所示,下列说法错误的是 (　　)‎ A.能量转化形式主要为化学能转化为电能 B.电极材料分别为Fe和Fe3O4‎ C.负极反应为N+8e-+10H+N+3H2O D.该原理的总反应可表示为N+3Fe+2H++H2ON+Fe3O4‎ ‎【解析】选C。此为原电池,其能量转化形式主要为化学能转化为电能,故A正确;由图示可知负极为Fe,正极材料为Fe3O4‎ ‎,故B正确;负极发生失电子的氧化反应,故C错误;该原电池的总反应可表示为N+3Fe+2H++H2ON+Fe3O4,故D正确。‎ ‎5.环境监察局常用“定电位”NOx传感器来监测化工厂的氮氧化物气体是否达到排放标准,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.“对电极”是负极 B.“工作电极”上发生的电极反应为NO2+2e-+2H+NO+H2O C.传感器工作时H+由工作电极移向对电极 D.对电极的材料可能为活泼金属锌 ‎【解析】选C。“工作电极”通入NO2生成NO,说明被还原,为原电池正极,则“对电极”是负极,原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。A项,根据以上分析,“对电极”是负极,故A正确;B项,“工作电极”上通入NO2生成NO,为原电池的正极,发生的电极反应为NO2+2e-+2H+NO+H2O,故B正确;C项,原电池工作时,阳离子移向正极,传感器工作时H+由“对电极”移向“工作电极”,故C错误;D项,“对电极”是负极,“对电极”的材料可能为活泼金属锌,故D正确。‎ ‎6.甲醇燃料电池体积小巧、洁净环保、理论比能量高,已在便携式通讯设备、‎ 汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O+3O22CO2+4H2O,如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是(　　)‎ A.a是甲醇,b是氧气 B.燃料电池将化学能转化为电能 C.质子从M电极区穿过交换膜移向N电极区 D.负极反应:CH4O-6e-+H2OCO2↑+6H+‎ ‎【解析】选A。由质子交换膜知,电解质溶液呈酸性,N极上生成水,则a为氧气,‎ N为正极,M为负极,负极反应式为CH4O-6e-+H2OCO2↑+6H+,正极反应式为O2+‎ ‎4H++4e-2H2O,b是甲醇、c是二氧化碳,质子从M电极区通过质子交换膜移向N电极区,通过以上分析知,A错误,B、C、D正确。‎ ‎7.固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是(　　)‎ A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4‎ B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 ‎【解析】选D　 原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。‎ ‎8．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皆错，D项正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C项错误。‎ ‎9．以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如下图。下列说法正确的是(　　)‎ 内重整碳酸盐燃料电池的原理图 A．以此电池为电源电解精炼铜，当有0.1 mol e－转移时，有3.2 g铜溶解 B．若以甲烷为燃料气时负极反应式：CH4＋5O2－－8e－===CO＋2H2O C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3‎ D．空气极发生的电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO ‎【解析】因为电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中的Zn、Fe等活泼金属均失电子，所以溶解的铜小于0.05 mol，质量小于3.2 g，A错误；因为电解质中无O2－，应以CO配平电荷，正确的负极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O、正极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，电池反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，不需要补充Li2CO3和K2CO3，B、C错误，D正确。‎ ‎10. 镁-次氯酸盐电池的工作原理如图K23-4,该电池反应为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2+Cl-。‎ 图K23-4‎ 下列有关说法正确的是 (　　)‎ A.电池工作时,正极a附近的pH将不断增大 B.电池工作时,C溶液中的溶质是MgCl2‎ C.负极反应式:ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-‎ D.b电极发生还原反应,每转移0.2 mol电子,理论上生成0.1 mol Cl-‎ ‎【解析】根据电池的装置示意图,ClO-→Cl-,化合价降低,得电子,根据原电池的工作原理,a极为正极,b极为负极。正极反应式为ClO-+H2O+2e-Cl-+2OH-,负极反应式为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2↓,因此电池工作时,正极a附近的pH将不断增大,A正确。‎ ‎11.(1)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。‎ ‎①该电池的负极材料是　　　。电池工作时,电子流向　　　(填“正极”或“负极”)。 ‎ ‎②若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的　　　　(填字母)。 ‎ A.NaOH B.Zn C.Fe D.NH3·H2O ‎(2)铅蓄电池是化学电源,它工作时的电池总反应为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O。试回答:‎ ‎①蓄电池负极的电极材料是　　　　　。 ‎ ‎②工作时该蓄电池正极的电极反应式是　　　　　　　。 ‎ ‎③铅蓄电池工作时,电解质溶液的密度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),pH　　　　。 ‎ ‎(3)锌银电池比能量大、电压平稳,广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。电解质溶液是KOH溶液,电池总反应为Zn+Ag2OZnO+2Ag。该电池的正极材料是　　　;电池工作时,阳离子向　　　(填“正极”或“负极”)移动;负极的反应式为　　　　　。 ‎ ‎【答案】(1)①Zn(或锌)　正极 ‎②Zn与Cu2+反应生成Cu,Zn与Cu构成原电池,加快反应速率　B ‎(2)①Pb　②PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O ‎③减小　增大 ‎(3)Ag2O　正极　Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O ‎[解析] (1) ①负极是失电子的一极,Zn失去电子,电子由负极经外电路流向正极。②锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀;除杂的基本要求是不能引入新杂质,所以应选Zn将Cu2+置换为单质而除去。(2)①由电池总反应可知,Pb发生氧化反应,所以Pb是负极。②正极上的反应是PbO2→PbSO4,则必然有H2SO4参加,电极反应式为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O(负极反应为Pb-2e-+SPbSO4,将正、负极反应合并,与题给总反应相符)。③在蓄电池的工作过程中,Pb被氧化,H2SO4被消耗,所以溶液的密度减小,pH增大。‎ ‎12．燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。‎ ‎(1)以多孔铂为电极，如图甲装置中A、B口分别通入CH3CH2OH和O2构成乙醇燃料电池，则b电极是______(填“正极”或“负极”)，该电池的负极电极反应式为_________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)科学家研究了转化温室气体的方法，利用图乙所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO，该电池负极反应式为__________________________________________________，‎ 工作时的总反应式为_____________________________________________。‎ ‎(3)绿色电源“二甲醚—氧气燃料电池”的工作原理如图丙所示。‎ ‎①氧气应从c处通入，则电极Y为________极，发生的电极反应式为____________；‎ ‎②二甲醚(CH3OCH3)应从b处加入，电极X上发生的电极反应式为________________________________________________________________________；‎ ‎③电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎【解析】(1)b电极通入O2，发生还原反应，则b电极为正极。乙醇(CH3CH2OH)在负极上发生氧化反应，电解质溶液为KOH溶液，负极反应式为CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O。‎ ‎(2)由题图乙可知，CO2在N极上发生还原反应生成CO，则N为正极，M为负极。H2O在负极上发生氧化反应生成O2，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。H2O在M极上生成O2，CO2在N极上生成CO，则电池总反应式为2CO2===O2＋2CO。‎ ‎(3)①二甲醚—氧气燃料电池中，O2通入正极，发生还原反应生成H2‎ O，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O。②二甲醚(CH3OCH3)在负极发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。③放电过程中，电极X上CH3OCH3被氧化生成CO2和H＋，电极X周围溶液中c(H＋)增大，溶液的pH减小。‎ 答案：(1)正极 CH3CH2OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O ‎(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　2CO2===O2＋2CO ‎(3)①正　4H＋＋O2＋4e－===2H2O ‎②CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋　③减小