2020-2021学年高三化学一轮复习提升练习 第20讲 原电池 化学电源

第 20 讲 原电池 化学电源 1．(2020·广州实验中学模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　) A．若 X 为 Fe，Y 为 Cu，则铁为正极 B．若 X 为 Fe，Y 为 Cu，则电子由铜片流向铁片 C．若 X 为 Fe，Y 为 C，则碳棒上有红色固体析出 D．若 X 为 Cu，Y 为 Zn，则锌片发生还原反应 【答案】C 【解析】Fe 比 Cu 活泼，Fe 做负极，电子从 Fe 流向 Cu，故 A、B 错误；若 X 为 Fe，Y 为 C，电解质 为硫酸铜，则正极碳棒上析出 Cu，故 C 正确；Zn 比 Cu 活泼，Zn 做负极，发生氧化反应，故 D 错误。 2．(2020· 山东省潍坊市二中模拟)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的 文字。下列有关说法错误的是(　　) A．该电池是一次电池 B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极 C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是 Hg D．该电池工作时，外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上减少 3.25 g 【答案】D 【解析】电池工作时，锌失去电子，电极反应式为 Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过 0.2 mol 电 子，锌的质量理论上应减少 6.5 g，所以 D 项错误。 3．(2020·模拟)根据下图判断，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 【答案】D 【解析】装置Ⅰ中的负极为 Zn，A 项错误；装置Ⅱ中的正极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，B 项错误；阳 离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C 项错误。 4．(2020·福建省厦门集美中学模拟)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O2－7 ＞Fe3＋，设计了 盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和 K2SO4 溶液。下列叙述中正确的是(　　) A．甲烧杯的溶液中发生还原反应 B．乙烧杯中发生的电极反应为 2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O2－7 ＋14H＋ C．外电路的电流方向为从 b 到 a D．电池工作时，盐桥中的 SO 2－4 移向乙烧杯 【答案】C 【解析】A 项，甲烧杯中发生的反应为 Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B 项，乙烧杯中 Cr2O 2－7 发生还原反应，得到电子，错误；C 项，a 极为负极，b 极为正极，外电路的电流方向为从 b 到 a，正确；D 项，SO 2－4 向负极移动，即移向甲烧杯，错误。 5．(2020·山东济南质检)如图为以 Pt 为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀 H2SO4 为电解质溶 液。下列有关说法不正确的是(　　)A．a 极为负极，电子由 a 极经外电路流向 b 极 B．a 极的电极反应式：H2－2e－===2H＋ C．电池工作一段时间后，装置中 c(H2SO4)增大 D．若将 H2 改为 CH4，消耗等物质的量的 CH4 时，O2 的用量增多 【答案】C 【解析】a 极通入的 H2 发生氧化反应，为负极，电子由 a 极经外电路流向 b 极；以稀 H2SO4 为电解质 溶液时，负极的 H2 被氧化为 H＋；电池总反应为 2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中 c(H2SO4) 减小；根据电池总反应 2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O 可知，等物质的量的 CH4 比 H2 消耗 O2 多。 6．(2020·安徽省旌德中学模拟)可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反 应为 Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　) A．镁为负极材料 B．正极的电极反应式为 MnF3＋e－===MnF2＋F－ C．电子从镁极流出，经电解质流向正极 D．每生成 1 mol MnF2 时转移 1 mol 电子 【答案】C 【解析】由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A 项正确；电池反应中，三氟化锰 发生还原反应，为正极，B 项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C 项不正确；锰元素由＋3 价降至＋2 价，每生成 1 mol MnF2 转移 1 mol 电子，D 项正确。 7．(2020·四川雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以 Li2CO3、K2CO3 为电解质，以 CH4 为燃料时，该电 池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．a 为空气，b 为 CH4B．CO 2－3 向正极移动 C．此电池在常温时也能工作 D．正极电极反应式为 2CO2＋O2＋4e－===2CO2－3 【答案】D 【解析】燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电 极是负极、右边电极是正极，所以 a 为 CH4，b 为空气，故 A 错误；原电池放电时，阴离子向负极移动， 则 CO 2－3 向负极移动，故 B 错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故 C 错误；正极上 O2 得到电子和 CO2 反应生成 CO2－3 ，电极反应式为 O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3 ，故 D 正确。 8．(2020·安徽省蚌埠四中模拟)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且 平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为 xMg＋Mo3S4放电 充电 MgxMo3S4，下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，正极反应为 Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4 B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移 C．电池充电时，阳极反应为 xMg2＋＋2xe－===xMg D．电池充电时，阴极发生还原反应生成 Mo3S4 【答案】A 【解析】电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4 为正极，被还原，电极反应为 Mo3S4 ＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A 项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B 项错误；电池充电时，阳极 发生氧化反应，C 项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D 项错误。 9．(2020·江苏省滨海中学模拟)我国最近在太阳能光电催化­化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相 关装置如图所示。下列说法中正确的是(　　) A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能 B．该装置工作时，H＋由 b 极区移向 a 极区 C．a 极上发生的电极反应为 Fe3＋＋e－===Fe2＋ D．a 极区需不断补充含 Fe3＋和 Fe2＋的溶液【答案】A 【解析】该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A 项正确；该装置工作时，H＋由 a 极区 移向 b 极区，B 项错误；a 极上发生氧化反应，失电子，所以 a 极上发生的电极反应为 Fe2＋－e－===Fe3＋，C 项错误；由题图可知，a 极区 Fe2＋和 Fe3＋可相互转化，故不需补充含 Fe3＋和 Fe2＋的溶液，D 项错误。 10．(2020·浙江省三门中学模拟) 一种新型钠硫电池结构示意图如图，下列有关该电池的说法正确的是 (　　) A．B 极中填充多孔的炭或石墨毡，目的是为了增加导电性 B．电池放电时，A 极电极反应为 2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx C．电池放电时，Na＋向电极 A 极移动 D．电池放电的总反应为 2Na＋xS===Na2Sx，每消耗 1 mol Na 转移 2 mol 电子 【答案】A 【解析】根据图可知，放电时，Na 发生氧化反应，所以 A 作负极，B 作正极，负极反应式为 2Na－2e－ ===2Na＋，正极反应式为 xS＋2e－===S2－x ，充电时 A 为阴极，B 为阳极，阴极、阳极电极反应式与负极、 正极反应式正好相反，放电时，电解质中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；B 极中填充多孔的炭或 石墨毡，目的是为了增加导电性，A 正确；放电时，A 为负极，电极反应为 2Na－2e －===2Na＋，B 错误； 放电时，Na＋向正极移动，即由 A 向 B 移动，C 错误；由电池放电的总反应知，每消耗 1 mol Na 转移 1 mol 电子，D 错误。 11．(2020·黑龙江省大庆市二中模拟) 瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪(图甲)能够 在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作 原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是 Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述正 确的是(　　)A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极 b 流向电极 a B．电极 b 是正极，O2－由电极 a 流向电极 b C．电极 a 的反应式为 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O D．当固体电解质中有 1 mol O2－通过时，电子转移 4 mol 【答案】C 【解析】电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，A 错误；O2－是阴离子，应向负极移动， 即 O2－由正极(电极 b)流向负极(电极 a)，B 错误；甲烷所在电极 a 为负极，电极反应为 CH4＋4O2－－8e－===CO2 ＋2H2O，C 正确；1 mol O2 得 4 mol 电子生成 2 mol O2－，故当固体电解质中有 1 mol O2－通过时，电子转 移 2 mol，D 错误。 12.(2020·辽宁省瓦房店市八中模拟) 利用反应 6NO 2＋8NH3===7N2＋12H2O 构成电池的装置如图所示。 此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　) A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极 B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜 C．电极 A 极反应式为 2NH3－6e－===N2＋6H＋ D．当有 4.48 L NO2 被处理时，转移电子数为 0.8NA 【答案】B【解析】该反应中，NO2 发生还原反应，NH3 发生氧化反应，通入 NO2 的电极是正极，通入 NH3 的电 极是负极，放电时，电流从正极沿导线流向负极，所以电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，A 错误； 电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止 NO2 反应生 成硝酸盐和亚硝酸盐，导致电池不能正常工作，B 正确；电解质溶液呈碱性，负极电极反应式为 2NH3－6e－＋ 6OH－===N2＋6H2O，C 错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算，D 错误。 13．(2020·河北省廊坊市一中模拟) 一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是(　　) A．a 电极发生还原反应，作电池的正极 B．b 电极反应式为 2NO－3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O C．H＋由右室通过质子交换膜进入左室 D．标准状况下，电路中产生 6 mol CO2 同时产生 22.4 L 的 N2 【答案】B 【解析】A 项，在该燃料电池中通入燃料的电极为负极，故电极 a 为负极，电极 b 为正极，a 电极发生 氧化反应，错误；B 项，b 电极为正极，发生还原反应，反应式为 2NO－3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，正 确；C 项，溶液中 H＋由负极移向正极，即由左室通过质子交换膜进入右室，错误；D 项，不能确定有机物 中碳元素的化合价，则不能计算转移的电子数，也不能通过二氧化碳计算氮气的体积，错误。 14．(2020·山西省朔州市一中模拟) 下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO3－4 ＋2I－＋2H＋放电 充电 AsO 3－3 ＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中 C1、C2 均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组 向图ⅡB 烧杯中逐滴加入适量 40% NaOH 溶液。 　下列叙述中正确的是(　　) A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转 B．甲组操作时，溶液颜色变浅 C．乙组操作时，C2 作正极 D．乙组操作时，C1 上发生的电极反应为 I2＋2e－===2I－ 【答案】D 【解析】装置Ⅰ中的反应，AsO3－4 ＋2I－＋2H＋放电 充电 AsO3－3 ＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右 移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于 I2 浓 度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB 烧杯中加入 NaOH 溶液，C2 上发生：AsO3－3 －2e－＋2OH－===AsO 3－4 ＋H2O，电子沿导线到 C1，I2＋2e－===2I－，所以 C2 为负极，C1 为正极。 15．(2020·模拟) “ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔 Ni/NiCl2 和金属钠之间 由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　) A．电池反应中有 NaCl 生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为 NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 【答案】B【解析】结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A 项，负极反应为 Na－e－===Na＋，正 极反应为 NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有 NaCl 生成；B 项，电池的总反应是金属钠还原二价镍 离子；C 项，正极上 NiCl2 发生还原反应，电极反应为 NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D 项，钠在负极失电子， 被氧化生成 Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。 16．(2020·广西贵港市高级中学模拟) 如图所示为水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是(　　) A．a 为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a 极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中 Li＋从 b 向 a 迁移 【答案】C 【解析】图示所给出的是原电池装置。A 项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有 锂的一端为原电池的负极，即 b 为负极，a 为正极，正确；B 项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反 应的逆反应，正确；C 项，放电时，a 极为原电池的正极，发生还原反应的是 Mn 元素，锂元素的化合价没 有变化，不正确；D 项，放电时为原电池，锂离子应向正极(a 极)迁移，正确。 17．(2020· 广东省广州市南武中学模拟) “神舟 7 号”宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池，另外内部还 配有高效的 MCPC 型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，所用燃料为氢气，电解质为熔融的碳酸钾， 已知该电池的总反应为 2H2＋O2===2H2O，负极反应为 H2＋CO2－3 －2e－===CO2↑＋H2O，则下列推断中，正 确的是(　　) A．电池工作时，CO 2－3 向负极移动 B．电池放电时，外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极C．正极的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D．通氧气的电极为正极，发生氧化反应 【答案】A 【解析】A 项，电池放电时，电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动，所以 CO2－3 向负极移动， 正确；B 项，原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，即电子从通入氢气的负极沿导线流向通入氧气 的正极，错误；C 项，正极上氧气得电子和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为 O2＋2CO2＋4e－ ===2CO2－3 ，错误；D 项，燃料电池中，通入燃料的电极是负极，通入氧化剂的电极是正极，正极上得电子 发生还原反应，所以该燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，正极上得电子发生 还原反应，错误。 18．(2020·湖北省模拟) 铅蓄电池的主要构造如图所示，它是目前使用量最大的二次电池 (设工作时固体生成物附集在电极板上)。 (1)当某一电极反应式为 PbO2(s)＋2e－＋SO2－4 (aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)时，电池中的能量转 化形式为________________，此时另一个电极发生的反应类型为____________。 (2)充电时 PbO2(s)电极应与电源的________极相连，充电时总反应方程式为________________ ________________________________________________________。 (3)放电生成的固体会附聚在电极表面，若工作中正极质量增重 96 g 时，理论上电路中转移的电子数为 ______NA，此过程中电池消耗________mol H2SO4。 【答案】(1)化学能转化为电能　氧化反应 (2)正　2PbSO4(s)＋2H2O(l) =====电解 PbO2(s)＋Pb(s)＋ 2H2SO4(aq)　(3)3　3 【解析】(1)由电池构造图知，铅是负极，PbO2 是正极，故当 PbO2 得到电子时，表明此时电池处于放电过程，化学能转化为电能。此过程中，负极发生氧化反应。(3)放电时正极反应为 PbO2(s)＋2e－＋SO2－4 (aq)＋ 4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)，由电极反应式知，当有 1 mol PbO2 发生反应生成 1 mol PbSO4 时，正极质量 增加了 64 g，同时电路中转移 2 mol 电子。当正极质量增加 96 g 时，表明有 1.5 mol PbO2 发生了反应，转移 的电子数为 3NA，由电池总反应知共消耗 3 mol H2SO4。 19．(2020·河南省登封市一中模拟) 高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研 制也在进行中。如图 1 是高铁电池的模拟实验装置： (1)该电池放电时正极的电极反应式为_________________________________________；若维持电流强度 为 1 A，电池工作十分钟，理论消耗 Zn________g(已知 F＝96 500 C·mol－1)。 (2)盐桥中盛有饱和 KCl 溶液，此盐桥中氯离子向______(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐 桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。 (3)图 2 为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有 ________________________________________________________________________。 【答案】(1)FeO2－4 ＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2 (2)右　左 (3)使用时间长、工作电压稳定 【解析】(1)放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为 FeO2－4 ＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓ ＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 217 6 mol。理论消耗 Zn 的质量 0.006 217 6 mol÷2×65≈0.2 g(已知 F＝96 500 C·mol－1)。 (2)电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜 代替盐桥，则钾离子向左移动。 (3)图 2 为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点是使用时间长、工 作电压稳定。 20．(2020·山东省北镇中学模拟)某兴趣小组做如下探究实验： (1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为___________。反应前，两电极 质量相等，一段时间后，两电极质量相差 12 g，则导线中通过________mol 电子。 (2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将 CuCl2 溶液换为 NH4Cl 溶液，石墨电极的反应式为 ________________________________________________________________________， 这是由于 NH4Cl 溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因： _________________________________________________________。 (3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成 n 形，则乙装置中石墨(1)为 ________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为 __________________________________________。 (4)将图Ⅱ乙装置中的 CuCl2 溶液改为 400 mL CuSO4 溶液，一段时间后，若电极质量增重 1.28 g，则此 时溶液的 pH 为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。 【解析】(1)Fe 是活性电极，失电子被氧化生成 Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中 Cu2＋在石墨电极得电 子被还原生成 Cu，故该原电池反应为 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe 做负极，电极反应式为 Fe－ 2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，电极反应式为 Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电 极质量相差 12 g 时电路中转移电子为 x mol，则有 x mol×1 2×56 g·mol－1＋x mol×1 2×64 g·mol－1＝12 g，解得 x ＝0.2。(2)NH4Cl 溶液中 NH ＋4 发生水解反应：NH＋4 ＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即 正极)上发生的反应为 2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜丝与(2)石墨相连成 n 形，则甲 装置为原电池，Fe 做负极，Cu 做正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中 Cl－在阳极放电生成 Cl2，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑。(4)若将乙装置中的 CuCl2 溶液改为 400 mL CuSO4 溶 液，电解 CuSO4 溶液的总反应方程式为 2CuSO4＋2H2O ===== 电解 2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重 1.28 g(即 析出 0.02 mol Cu)时，生成 0.02 mol H2SO4，则 c(H＋)＝0.02 mol × 2 0.4 L ＝0.1 mol·L－1，pH＝－lg 0.1＝1，故此 时溶液的 pH 为 1。 【答案】(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2 (2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋4 ＋H2ONH3·H2O＋H＋ (3)阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　(4)1