原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（一）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（一）‎ ‎1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：‎ 实验 装置 部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)‎ A．a>b>c>d　　　　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c ‎【解析】选C　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d作原电池负极，c作正极，活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d>a。综合所述可知活动性：d>a>b>c。‎ ‎2．镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判断错误的是(　　)‎ A．放电时，Cd作负极 B．放电时，NiO(OH)作负极 C．电解质溶液为碱性溶液 D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2‎ ‎【解析】选B　镉镍电池放电时，Cd作负极，电板反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2；NiO(OH)作正极，电解质溶液为KOH等碱性溶液，B项错误。‎ ‎3‎ ‎．由我国科学家研发成功的铝锰电池是一种比能量很高的新型干电池，以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质，铝和二氧化锰石墨为两极，其电池反应为Al＋3MnO2＋3H2O===3MnO(OH)＋Al(OH)3。下列有关该电池放电时的说法不正确的是(　　)‎ A．二氧化锰石墨为电池正极 B．负极反应式为Al－3e－＋3NH3·H2O===Al(OH)3＋3NH C．OH－不断由负极向正极移动 D．每生成1 mol MnO(OH)转移1 mol电子 ‎【解析】选C　由电池反应方程式知，铝为电池负极，铝失去电子转化为Al(OH)3，A、B正确；阴离子移向负极，OH－应不断由正极向负极移动，C错误；由反应中锰元素价态变化知D正确。‎ ‎4.一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．Cl－由中间室移向左室 B．X气体为CO2‎ C．处理后的含NO废水的pH降低 D．电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下X气体的体积为22.4 L ‎【解析】该电池中，NO得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应生成X，电极反应C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋。放电时，电解质溶液中阴离子Cl－移向负极室(左室)，A项正确；X气体为CO2，B项正确；正极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液酸性减弱，溶液的pH增大，C项错误；根据负极电极反应C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过4 mol电子，产生标准状况下CO2气体的体积为 ×6×22.4 L·mol－1＝22.4 L，D项正确。‎ ‎5.为了强化安全管理,某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪,其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是 (　　)‎ A.石墨电极作正极,发生还原反应 B.铂电极的电极反应式:C8H18+16H2O-50e-8CO2↑+50H+‎ C.H+由质子交换膜左侧向右侧迁移 D.每消耗5.6 L O2,电路中通过1 mol电子 ‎【解析】选D。由图象知,石墨电极通入O2,发生还原反应O2+4e-+4H+2H2O,A项正确。铂电极上发生氧化反应,电极反应式为C8H18+16H2O-50e-8CO2↑+50H+,B项正确。在原电池中,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,C项正确。由于没有指明反应温度和压强,不能通过体积计算O2的物质的量,也就无法确定转移电子的物质的量,D项不正确。‎ ‎6.美国G-TEC燃料电池以利用民用燃气为原料气,其结构如图,有关该电池的说法不正确的是 (　　)‎ A.电池工作时,电流由负荷的a流向b B.电池工作一段时间后,电解质物质的量理论上保持不变 C.通入空气的一极其电极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-‎ D.外电路中每通过0.2 mol电子,所消耗的燃料体积不小于2.24 L(标准状况下)‎ ‎【解析】选C。外电路中电流由电池的正极流向负极,A项正确;电解质仅为传导作用,没有变化,B项正确;通入空气的一极是O2得到电子生成O2-,电极反应式为O2+4e-2O2-,C项错误;因2H2+O22H2O,2CO+O22CO2,故外电路中每通过 ‎0.2 mol电子时,需消耗的氢气或一氧化碳均为2.24 L,D项正确。‎ ‎7．各式各样电池的迅速发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是(　　)‎ A．手机上用的锂离子电池属于一次电池 B．锌锰干电池中，锌电极是负极 C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被还原 D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 ‎【解析】手机上的电池可以充电，属于二次电池；锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2＋，故作为负极；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化；太阳能电池的主要材料为硅。故A、C、D项错误，B项正确。‎ ‎8．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)‎ A．外电路的电流方向为X→外电路→Y B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁 C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y ‎【解析】外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，A项错误；X极失电子，作负极，X极发生的是氧化反应，Y极发生的是还原反应，C项错误；若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁，B项错误。‎ ‎9.乙烷燃料电池的原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A．a为负极，电极反应式为CH3CH3－14e－＋18OH－===2CO＋12H2O B．电子从a极经导线移向b极，再经溶液移向a极 C．电池工作一段时间后电解质溶液的pH增大 D．用该电池电解硫酸铜溶液(电解池的电极为惰性电极)，消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为2∶1‎ ‎【解析】通入乙烷的a极为负极，乙烷失电子，A项正确；原电池中电子从负极经导线流向正极，但电子不进入溶液，B项错误；该电池的总反应为2CH3CH3＋7O2＋8OH－===4CO＋10H2O，因为反应中消耗OH－，所以电池工作一段时间后，电解质溶液的pH减小，C项错误；1mol O2参与反应转移4 mol电子，而1 mol Cu2＋放电需要2 mol电子，所以消耗氧气的物质的量与析出铜的物质的量之比为1∶2，D项错误。‎ ‎10.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．Zn电极是负极 B．Ag2O电极发生还原反应 C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2‎ D．放电前后电解质溶液的pH保持不变 ‎【解析】选D　由电池的总反应Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag知，Zn从0价变为＋2价，化合价升高，失去电子，故Zn电极为负极，A正确；Ag2‎ O中Ag从＋1价变为0价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，B正确；在碱性条件下，Zn2＋与OH－结合生成Zn(OH)2，故Zn电极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C正确；根据总反应可知，反应中H2O被不断地消耗，电解质溶液中OH－浓度增大，所以放电后电解质溶液的pH增大，D错误。‎ ‎11．(1)锌锰(ZnMnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2NH4Cl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ZnCl2NH4Cl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________________________________________________________。‎ ‎(2)铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为硫酸。该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。‎ ‎①该蓄电池放电时，电解质溶液中阴离子移向________(填“正极”或“负极”)；正极附近溶液的酸性__________(填“增强”“减弱”或“不变”)，负极的电极反应式为______________________。(已知：硫酸铅为不溶于水的白色沉淀，生成时附着在电极上)‎ ‎②实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，今若制得0.050 mol Cl2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是________mol。‎ ‎(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为KOH溶液，则氢氧燃料电池的负极反应式为_________________________________。‎ 该电池工作时，外电路每流过2 mol e－，消耗标准状况下氧气________L。‎ ‎【解析】(1)①负极上失电子发生氧化反应，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极。②电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)①在铅蓄电池中，根据原电池反应式中元素化合价变化知，在Pb电极上Pb元素化合价由0价变为＋2价，发生氧化反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4，所以Pb作负极，PbO2作正极，电解质溶液中阴离子移向负极。工作时，该铅蓄电池正极上PbO2得电子发生还原反应，电极反应为PbO2＋SO＋2e－＋4H＋===PbSO4＋2H2O，正极附近溶液的酸性减弱。‎ ‎②设生成0.05 mol Cl2需转移的电子为x mol。‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2 mol　 1 mol x mol　 0.050 mol 解得x＝0.1，‎ 设转移0.1 mol e－时，消耗硫酸的物质的量为y mol，放电时，铅蓄电池的电池反应式为 PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O　转移电子 ‎2 mol　　　　　　　　　　　 2 mol ‎ y mol 0.1 mol y＝0.1，所以消耗硫酸的物质的量为0.1 mol。‎ ‎(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2H2＋O2===2H2O，电解质溶液呈碱性，负极上氢气失电子生成水，则负极的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O或2H2＋4OH－－4e－===4H2O；该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则外电路每流过2 mol e－，消耗氧气为0.5 mol，所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 mol×22.4 L·mol－1＝11.2 L。‎ 答案：(1)①Zn　正极　②Zn与Cu2＋反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率 ‎(2)①负极　减弱　Pb－2e－＋SO===PbSO4　②0.1‎ ‎(3)H2－2e－＋2OH－===2H2O　11.2‎ 两个反应式相减时要彻底消除O2。‎ ‎12．(1)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是__________。‎ A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D．以稀H2SO4、KOH为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 ‎(2)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为：‎ ‎3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH ‎①该电池放电时负极反应式为____________________________。‎ ‎②放电时每转移3 mol电子，正极有________ mol K2FeO4被还原。‎ ‎(3)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为Li1－xMnO4＋LixLiMnO4，下列有关说法不正确的是________。‎ A．放电时电池的正极反应式为：‎ Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－===LiMnO4‎ B．放电过程中，石墨没有得失电子 C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作 D．充电时电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连 ‎【解析】(1)选项A，电解获得H2消耗较多的能量，而在催化剂作用下利用太阳能来分解H2O获得H2更为科学；选项B，氢氧燃料电池中生成物为H2O，对环境无污染；选项C，以稀H2SO4为介质的电池负极反应式为：H2－2e－===2H＋，以KOH为介质的电池负极反应式为：H2＋2OH－－2e－===2H2O；选项D，氢氧燃料电池的总反应式均为：2H2＋O2===2H2O。‎ ‎(2)①放电时，在碱性条件下，负极反应式为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。‎ ‎②根据电池总反应式可知，2 mol K2FeO4被还原时有6 mol电子转移，所以放电时每转移3 mol电子，有1 mol K2FeO4被还原。‎ ‎(3)选项A，根据总反应式可知Li失去电子，电池负极反应式为：xLi－xe－===xLi＋，由总反应式减去负极反应式可得放电时电池的正极反应式为：Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－===LiMnO4；选项B，根据总反应式可判断石墨没有得失电子；选项C，Li能与KOH溶液中的H2‎ O反应，导致电池无法正常工作；选项D，充电过程是放电的逆向过程，外接电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应，所以标有“－”的电极应与外接电源的负极相连。‎ 答案：(1)C　(2)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　②1　(3)C ‎13.利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：‎ ‎(1)该原电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。‎ ‎(2)X是____________，图中“→”表示________的方向。‎ ‎(3)盐桥中的SO移向________溶液。‎ 答案：(1)Cu　氧化 ‎(2)Fe2(SO4)3(或FeCl3)溶液　电子移动 ‎(3)CuSO4‎ ‎14．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。如图是钒电池基本工作原理示意图：‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是________________________________________。‎ ‎(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2OV2＋＋VO＋2H＋‎ ‎。放电时的正极反应式为________________________，充电时的阴极反应式为________________。放电过程中，电解液的pH________(选填“升高”“降低”或“不变”)。‎ ‎(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________(填选项字母)。‎ a．VO、VO2＋混合液　 　b．V3＋、V2＋混合液 c．VO溶液 d．VO2＋溶液 e．V3＋溶液 f. V2＋溶液 ‎(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是________。‎ ‎【解析】：(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项a、c、d。(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。‎ 答案：(1)电解质溶液　抑制硫酸亚铁的水解 ‎(2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　V3＋＋e－===V2＋　升高 ‎(3)acd　(4)H＋‎