原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（五）【解析版】.doc

原电池的基本原理及其应用、化学电源 突破训练（五）‎ ‎1．有一种“水”电池，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是(　　)‎ A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．Na＋不断向“水”电池的负极移动 C．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子 D．AgCl是还原产物 ‎【解析】选C　根据电池总反应，可判断出Ag应为原电池的负极，负极电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，故A错误；在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，故B错误；根据总反应式可知，5 mol MnO2生成1 mol Na2Mn5O10，转移2 mol电子，故C正确；反应中Ag的化合价升高，被氧化，Ag应为原电池的负极，AgCl是氧化产物，故D错误。‎ ‎2．已知：H2O2是一种强氧化剂。MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)‎ A．Mg电极是该电池的负极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应 C．该装置能将化学能转化为电能 D．溶液中Cl－向Mg电极移动 ‎【解析】‎ 选B　组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，故A正确；双氧水作为氧化剂，在石墨电极上被还原成水，发生还原反应，故B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C正确；原电池中，阴离子移向负极，Mg电极为该原电池的负极，则Cl－向Mg电极移动，故D正确。‎ ‎3.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一特点科学家发明了电动势(E)法测水泥初凝时间，此法的原理如图所示，反应的总方程式为2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．装置中电流方向由Cu经导线到Ag2O B．测量原理示意图中，Ag2O为负极 C．负极的电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O D．电池工作时，OH－向正极移动 ‎【解析】选C　由电池总反应可知，Cu发生氧化反应，则Cu极是负极，Ag2O/Ag极是正极，原电池中电流由正极经导线流向负极，故电流是由Ag2O/Ag极流向Cu极，A、B错误；负极上Cu失电子被氧化生成Cu2O，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，C正确；电池工作时，阴离子向负极移动，故OH－向Cu电极移动，D错误。‎ ‎4．锂—空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．电解质溶液中，Li＋由多孔电极迁移向锂电极 B．该电池放电时，负极发生了还原反应 C．充电时，电池正极的反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑‎ D．电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等 ‎【解析】选C　由题图可知，金属锂作负极，多孔电极作正极，阳离子向正极移动，则Li＋由锂电极迁移向多孔电极，A错误；放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，B错误；充电时，电池的正极与电源的正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，C正确；由于锂是活泼金属，可与稀盐酸反应生成LiCl和H2，故电解质溶液不能用稀盐酸，D错误。‎ ‎5.烧杯A中盛放0.1 mol·L-1的H2SO4溶液,烧杯B中盛放0.1 mol·L-1的CuCl2溶液(两种溶液均足量),装置如图所示,下列说法不正确的是 (　　)‎ A.A中Fe极质量减少,C极有气体产生 B.A为电解池,B为原电池 C.当A烧杯中产生0.1 mol气体时,B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol D.经过一段时间,B烧杯中溶液的pH增大(不考虑Cl2溶于水)‎ ‎【解析】选B。构成A装置的有活动性不同的两电极、电解质溶液,且两极形成了闭合的回路,所以A为原电池装置,且A为B的电解提供电能,B为电解池。电极反应式分别为(烧杯A中)C正极:2H++2e-H2↑,Fe负极:Fe-2e-Fe2+。(烧杯B中)阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。烧杯B中电解氯化铜,铜离子浓度减小,水解程度减小,pH增大(不考虑Cl2溶于水)。‎ ‎6.根据图判断,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】A项,装置Ⅰ中的负极为Zn;B项,装置Ⅱ中的正极反应为2H++2e-H2↑;C项,阳离子向正极移动,装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动。‎ ‎7.课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是 (　　)‎ A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成 C.图K23-2中a极为铝条、b极为锌片时,导线中会产生电流 D.图K23-2中a极为锌片、b极为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片 ‎【解析】D项,a极为负极,电子由负极(锌片)流出。‎ ‎8.原电池中,B极逐渐变粗,A极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的 (　　)‎ A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸 B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸 C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液 D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液 ‎【解析】 在原电池中,一般活泼金属作负极,失去电子发生氧化反应而逐渐溶解(质量减轻);不活泼金属(或导电的非金属)作正极,发生还原反应,有金属析出(质量增加)或有气体放出。依题意可知A为负极、B为正极,即活泼性A大于B,且A能从电解质溶液中置换出金属单质。C选项符合题意。‎ ‎9.日本一家公司日前宣布，他们已经开发并计划大量生产一种颠覆性的阳极和阴极，两个电极都是碳材料的双碳性电池(放电原理如图所示)，充电速率比普通的锂离子电池快20倍。放电时，正极反应：Cn(PF6)＋e－===PF＋nC，负极反应：LiCn－e－===Li＋＋nC。下列有关说法正确的是(　　)‎ A－表示阴离子 A．a极为电池的负极 B．A－为OH－‎ C．电池充电时的阴极反应为LiCn＋e－===Li＋＋nC D．充电时，溶液中A－从b极向a极迁移 ‎【解析】根据题给装置图判断，a电极有A－生成，b电极有Li＋生成，结合放电时，正极反应：Cn(PF6)＋e－===PF＋nC，负极反应：LiCn－e－===Li＋＋nC，可知a电极为正极，b电极为负极，故A项错误；A－为PF，故B项错误；充电时，阴极反应为Li＋＋nC＋e－===LiCn，故C项错误；充电时，溶液中A－从b(阴)极向a(阳)极迁移，故D项正确。‎ ‎10．PbO2微生物燃料电池(MFC)是利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置(如图)，若利用微生物分解香蕉皮(生成的葡萄糖作反应物)使该电池工业，下列说法不正确的是(　　)‎ A．a电极为正极，b电极为负极 B．b电极附近有PbO2，发生的电极反应为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O C．电池的总反应式为12PbO2＋C6H12O6＋24H＋===6CO2↑＋12Pb2＋＋18H2O D．该电池一般是在常温环境中工作，使得电池维护成本低，安全性强 ‎【解析】根据图中H＋的流向和电子的流向可推知a电极为负极，b电极为正极，所以A项错误；PbO2在b极得到电子，发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，B项正确；香蕉皮经微生物分解后生成葡萄糖，负极是葡萄糖失电子生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，所以总反应式为12PbO2＋C6H12O6＋24H＋===6CO2↑＋12Pb2＋＋18H2O，C项正确；温度过高，微生物会发生变性死亡，所以D项正确。‎ ‎11.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。‎ ‎12．氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700 ℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用 B．负极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O C．该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放 D．电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2‎ ‎【解析】选B　根据题图可知，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电极作负极，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，通入氧气的电极作正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，总反应为2H2＋O22H2O。A项，根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，正确；C项，根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化碳，不能减少温室气体的排放，错误；D项，电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗0.05 mol氧气，质量为1.6 g，错误。‎ ‎13.(1)近年科学家提出“绿色自由”构想。把含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，再把CO2从溶液中提取出来，并使之与H2反应生成可再生能源甲醇。科学家还研究了其他转化温室气体的方法，利用如图所示装置可以将CO2转化为气体燃料CO。该装置工作时，N电极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)氢气是一种理想的清洁能源，其制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。有一种制氢方法为光电化学分解。其原理如图所示，钛酸锶光电极的电极反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，则铂电极的电极反应为_______________________________________________________。‎ ‎【解析】(1)根据装置图，N极CO2得电子生成CO，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。(2)依据装置图中的电子流向分析，铂电极作原电池正极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。‎ 答案：(1)CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O ‎(2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎14.(1)为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示。一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2－。‎ 以辛烷(C8H18)代表汽油，写出该电池工作时的负极反应式：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气中的氧气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。试回答下列问题：‎ ‎①该燃料电池的总反应式为___________________________________________；‎ ‎②正极电极反应式为_________________________________________________；‎ ‎③为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是________，它来自________。‎ ‎【解析】(1)电解质能在高温下能传导O2－，负极发生氧化反应，即1 mol C8H18失去50 mol电子生成8 mol CO2，18 mol H原子转化为9 mol H2O，根据质量守恒和电荷守恒写出负极反应式为C8H18－50e－＋25O2－===8CO2＋9H2O。(2)①该电池中，丁烷和氧气反应生成二氧化碳和水，该燃料电池的总反应式为2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O；②正极上氧气得电子发生还原反应和二氧化碳生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO；③由该电极的正极反应式O2＋2CO2＋4e－===2CO可知加入的物质是CO2，由负极反应式2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H ‎2O可知，CO2来源于负极上生成的CO2。‎ 答案：(1)C8H18＋25O2－－50e－===8CO2＋9H2O ‎(2)①2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O ‎②O2＋2CO2＋4e－===2CO ‎③CO2　负极反应产物 ‎15．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________(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________。‎ 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)放电时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式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，其反应式为V3＋＋e－===V2＋。(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＋‎ ‎16．(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________(填选项字母)。‎ 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________(填选项字母)。‎ 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H2O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