原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（三）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（三）‎ ‎1.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．该电池放电时质子从电极b移向电极a B．电极a附近发生的电极反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋‎ C．电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1‎ ‎【解析】　A项，放电时为原电池，质子向正极移动，电极a为负极，则该电池放电时质子从电极a移向电极b，错误；B项，电极a为负极，发生氧化反应，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，错误；C项，酸性条件下，氧气得电子与氢离子反应生成水，电极b附近发生的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，错误；D项，由总反应式2SO2＋O2＋2H2O===2SO＋4H＋可知，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，正确。‎ ‎2.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．电流由呼气所在的铂电极流出 B．H＋通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极 C．电路中流过2 mol电子时，消耗11.2 L O2‎ D．该电池的负极反应为 CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋‎ ‎【解析】选B　呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应，故为负极，而电流由正极流出，A项错误；H＋通过质子交换膜流向正极(氧气所在的铂电极)，B项正确；正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，电路中流过2 mol电子时，消耗0.5 mol ‎ O2，在标准状况下体积为11.2 L，但题中未指明是否为标准状况，C项错误；该电池的负极反应为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋，D项错误。‎ ‎3.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)‎ A．b极发生氧化反应 B．a极的反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O C．放电时，电流从a极经过负载流向b极 D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜 ‎【解析】选B　燃料电池燃料(N2H4)在负极(a极)发生氧化反应：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O，O2在正极(b极)发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O，A项错误，B项正确；放电时电流由正极流向负极，C项错误；OH－在正极生成，移向负极消耗，所以离子交换膜应让OH－通过，故选用阴离子交换膜，D项错误。‎ ‎4．为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC)，该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．电子从b极经导线流向a极 B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ C．还可以选用NaOH固体作固态电解质 D．若反应中转移1 mol电子，则生成22.4 L(标准状况)CO2‎ ‎【解析】选A　燃料电池通入氧气的电极为正极，则a为正极，电子从b极经导线流向a极，故A正确；介质为固态熔融介质，不存在水溶液，则正极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；CO2能与NaOH反应生成Na2CO3，则不可选用NaOH固体作固态电解质，故C错误；若反应中转移1‎ ‎ mol电子，参加反应的氧气为0.25 mol，生成CO2为0.5 mol，体积为11.2 L(标准状况)，故D错误。‎ ‎5．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)‎ A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋‎ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑‎ ‎【解析】选B　MgAgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误；在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确；Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。‎ ‎6．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是(　　)‎ A．锌为正极，Ag2O为负极 B．锌为负极，Ag2O为正极 C．原电池工作时，将电能转化成化学能 D．原电池工作时，负极区溶液的pH增大 ‎【解析】选B　根据化合价变化可知Zn被氧化，应为原电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误，B正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，溶液的pH减小，故D错误。‎ ‎7．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)‎ ‎【解析】选D　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但ZnCu稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。‎ ‎8.近年，科学家们发明了一种能够给电子设备提供动力的生物燃料电池。该电池包括两个涂覆着酶的电极，它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．左边为该电池的负极 B．该电池可在高温环境下使用 C．该电池负极反应为H2－2e－===2H＋‎ D．该电池正极反应为O2＋4e－===2O2－‎ ‎【解析】选C　由电池示意图可知，H2→H＋，是H2被氧化的过程，通入H2的一极为原电池的负极，发生反应：H2－2e－===2H＋；O2→H2O，是O2被还原的过程，通入O2的一极为原电池的正极，发生反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故A、D错误，C正确；该电池包括两个涂覆着酶的电极，高温下会使酶变性，不能在高温下使用，B错误。‎ ‎9.利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示,该装置既能有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能。下列说法不正确的是 (　　)‎ A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B.电极A上发生氧化反应,电极B为正极 C.电极A的电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+‎ D.当有2.24 L(标准状况)NO2被处理时,转移电子0.4 mol ‎【解析】选C。由已知反应可知,反应中NO2为氧化剂,NH3为还原剂,则电极A 为负极,发生氧化反应,电极B为正极,发生还原反应,电流由正极经导线流向负极,A、B项正确;电解质溶液呈碱性,则电极A的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-‎ N2+6H2O,C项错误;当有标准状况下2.24 L(0.1 mol)NO2被处理时,转移电子为 ‎0.4 mol,D项正确。‎ ‎10．‎ 电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是(　　)‎ A．溶液中OH－向电极a移动 B．电极b上发生还原反应 C．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O D．理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4‎ ‎【解析】电极a上NH3发生氧化反应生成N2，则电极a为负极，电极b为正极，原电池中，阴离子向负极移动，故A项正确；电极b为正极，发生还原反应，B项正确；负极上NH3失电子生成N2和H2O，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，C项正确；由电池反应4NH3＋3O2===2N2＋6H2O可知，理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3，D项错误。‎ ‎11．甲醇燃料电池被认为是21世纪电动汽车的最佳候选动力源，其工作原理如图所示，下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．通氧气的一极为负极 B．H＋从正极区通过交换膜移向负极区 C．通甲醇的一极的电极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋‎ D．甲醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极 ‎【解析】　燃料电池中通入燃料的一极为负极，通入氧气或空气的一极为正极，A项错误；原电池中阳离子向正极移动，B项错误；通甲醇的一极为负极，负极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，C项正确；甲醇在负极发生反应，电子经过外电路流向正极，D项错误。‎ ‎12.某款双模电动汽车使用的是高铁电池,其总反应为3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH3Zn+2K2FeO4+8H2O,下列说法正确的是 (　　)‎ A.放电时,若有6 mol电子发生转移,则有2 mol K2FeO4被氧化 B.放电时,正极反应为Fe+4H2O-3e-Fe(OH)3+5OH-‎ C.充电时,电池的负极与外接电源的负极相连 D.充电时,阴极附近溶液的pH变小 ‎【解析】由反应方程式可知,放电时,K2FeO4被还原,A项错误;放电时正极得电子,电极反应为Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,B项错误;充电时,电池的负极与外接电源的负极相连,C项正确;充电时,阴极附近溶液的pH变大,D项错误。‎ ‎13‎ ‎.(1)将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。图K23-9是通过人工光合作用,以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。电极b作　　　极,发生的电极反应式为　　　　　　。 ‎ 图K23-9‎ ‎(2)浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图K23-10所示,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。‎ 图K23-10‎ ‎①X为　　　极,Y电极反应式为　　　　　。 ‎ ‎②Y极生成1 mol Cl2时,　　mol Li+移向　　(填“X”或“Y”)极。 ‎ ‎(3)一种以肼(N2H4)为液体燃料的电池装置如图K23-11所示。该电池用空气中的氧气作氧化剂,KOH溶液作电解质溶液。‎ 负极反应式为　 , 正极反应式为　 。 ‎ ‎【答案】(1)正　CO2+2e-+2H+HCOOH ‎(2)①正　2Cl--2e-Cl2↑　②2　X ‎(3)N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O O2+4e-+2H2O4OH-‎ ‎[解析] (1)从图示可以看出,左侧H2O转变成O2,氧元素被氧化,电极a为负极,反应原理为2H2O-4e-4H++O2↑,H+‎ 通过质子交换膜进入右侧发生反应,右侧通入的CO2转变成HCOOH,碳元素被还原,电极b为正极,反应原理为CO2+2e-+2H+HCOOH。(2)根据装置可知生成H2的电极为正极,生成Cl2的电极为负极。(3)根据装置可知N2H4→N2为氧化反应,在负极上反应。‎ ‎14.电化学在处理环境污染方面发挥了重要的作用。‎ ‎(1)据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料,其原理如图1所示。其中电解时b极上生成乙烯的电极反应式为 ‎________________________________。 ‎ ‎(2)利用电解原理可将NO还原为N2,装置见图2,以高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)为介质,金属钯薄膜作电极。钯电极A为__________________极,电极反应式为_____________________________________________。 ‎ ‎(3)脱去冶金工业排放烟气中SO2的方法有多种。离子膜电解法:利用硫酸钠溶液吸收SO2,再用惰性电极电解。将阴极区溶液导出,经过滤分离硫黄后,可循环吸收利用,装置如图3所示,则阴极的电极反应式为________________________, ‎ 阳极产生的气体的化学式为____________________________________。 ‎ ‎【解析】(1)b电极与电源的负极相连为阴极,该极通入CO2,故在该电极上CO2得电子后结合迁移过来的H+生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O。(2)因为A电极上NO得电子后生成N2,故A电极为阴极,电极反应式为2NO+4H++‎ ‎4e-N2+2H2O。(3)由于阴极生成了硫黄,则在阴极上SO2在酸性溶液中得电子生成单质硫的同时生成了H2O,电极反应式为SO2+4H++4e-S↓+2H2O;阳极发生氧化反应,溶液中OH-失电子生成O2,故产生的气体为O2。‎ 答案:(1)2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O ‎(2)阴　2NO+4H++4e-N2+2H2O ‎(3)SO2+4H++4e-S↓+2H2O(或H2SO3+4H++4e-S↓+3H2O)　O2‎ ‎15．某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：‎ ‎(1)请补充下面原电池的装置图，在括号内填上正负极的材料、电解质溶液。‎ ‎(2)发生氧化反应的电极反应式为_______________________________________。‎ ‎(3)反应达到平衡时，外电路导线中__________(填“有”或“无”)电流通过。‎ ‎(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为__________(填“正”或“负”)极。‎ ‎【解析】(1)依据原电池原理分析，氧化还原反应中Fe3＋在正极上得电子发生还原反应，I－在负极上发生氧化反应，负极所在的电解质溶液为KI溶液，正极所在的电解质溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极，如石墨或其他不活泼的金属。‎ ‎(2)发生氧化反应的电极是负极，I－失电子。‎ ‎(3)反应达到平衡时，从左到右和从右到左移动的电子数目相等，故无电流产生。‎ ‎(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2的平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，电极变成负极。‎ 答案：(1)如图 ‎(2)2I－－2e－ ===I2‎ ‎(3)无　(4)负