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课时提升作业 十八
原电池 化学电源
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题，每题6分，共42分)
1.如图为氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是( )
A.b处通入H2
B.该装置将化学能最终转化为电能
C.通入H2的电极发生反应：2H2-4e-4H+
D.a处为电池负极，发生氧化反应
【解析】选D。由电子流向可知a为负极通入H2，b为正极通入O2，发生还原反应，A错误、D正确；该装置将化学能最终转化为光能，B错误；电解质为KOH溶液，电极反应式中不能含有H+，C错误。
【加固训练】
(2017·南阳模拟)
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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可以用KOH溶液作电解液
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】选B。锂能与水反应，不能用水溶液作电解液，A错误；锌锰干电池中锌失去电子生成Zn2+为负极，B正确；氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化，C错误；太阳能电池的主要材料为硅，D错误。
2.(2017·宜春模拟)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( )
A.该电池将热能转化为电能
B.外电路电子流动方向：由B流向A
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-+2CO22C
【解析】选D。原电池是将化学能转化为电能的装置，A错误；外电路电子流动方向与电流方向相反，为由A流向B，B错误；电池总反应式：CH4+2O2CO2+2H2O，不需要补充Li2CO3和K2CO3
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，C错误；正极反应式为O2+4e-+2CO22C，D正确。
【加固训练】
(2017·济南模拟)下列关于反应4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2的叙述中，不正确的是( )
A.SOCl2是氧化剂，Li是还原剂
B.2 mol SOCl2参加反应，共转移4 mol电子
C.将该反应设计成电池，SOCl2在正极发生反应
D.若将该反应设计成电池，可用稀硫酸作电解质溶液
【解析】选D。反应中S的化合价由+4降低为0，为正极，Li的化合价升高，A、C正确；由方程式可知2 mol SOCl2参加反应，一定有4 mol Li失4 mol电子，B正确；稀硫酸与Li会发生反应，D错误。
3.某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )
A.Zn为电池的负极
B.正极反应式为2Fe+10H++6e-Fe2O3+5H2O
C.该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D.电池工作时OH-向正极迁移
【解析】选A。Zn失电子作原电池的负极，A正确；K2FeO4为正极，KOH溶液为电解质溶液，则正极电极反应式为2Fe+6e-+8H2O2Fe(OH)3+10OH-，B错误；该电池放电过程中正极生成OH-，电解质溶液浓度增大，C错误；电池工作时阴离子OH-向负极迁移，D错误。
4.一种太阳能电池的工作原理如图所示，
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电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液，下列说法不正确的是( )
A.K+移向催化剂b
B.催化剂a电极表面发生的化学反应：
[Fe(CN)6-e-[Fe(CN)6
C.[Fe(CN)6在催化剂b表面被氧化
D.该池溶液中的[Fe(CN)6和[Fe(CN)6浓度基本保持不变
【解析】选C。根据电子的流向，a电极为负极，b电极为正极，K+移向正极，A正确；负极反应式为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-，正极反应式为
[Fe(CN)6]3-+e-[Fe(CN)6]4-，B、D正确；[Fe(CN)6]3-在催化剂b表面被还原，C错误。
5.有A、B、C、D四种金属，做如下实验，据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )
世纪金榜导学号30682314
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A.A>B>D>C B.B>D>C>A
C.C>A>B>D D.C>A>D>B
【解析】选C。装置Ⅰ中B上有气泡，B是正极，A的活动性大于B；装置Ⅱ中因为C的质量减轻，C作负极，C的活动性大于A；装置Ⅲ中因为D2+先放电，说明D2+的氧化性大于B2+，说明B的活动性大于D；故金属活动性：C>A>B>D。
6.(2017·上饶模拟)某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是 世纪金榜导学号30682315( )
A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时，交换膜左侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01 mol e-时，交换膜左侧溶液中约减少0.01 mol离子
【解析】选B。据2Ag+Cl22AgCl知，Ag失电子作负极，Cl2在正极发生Cl2+2e-2Cl-，A错误；放电时，Ag-e-Ag+，然后Ag+和溶液中的Cl-形成AgCl沉淀，B正确；据2Ag+Cl22AgCl知，用NaCl溶液代替盐酸，总反应不变，C错误；当电路中转移0.01 mol e-
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时，交换膜左侧会有0.01 mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动，同时会有0.01 mol Ag生成Ag+，Ag+与Cl-生成AgCl沉淀，所以氯离子会减少0.01 mol，则交换膜左侧溶液中共约减少0.02 mol离子，D错误。
【加固训练】
(2017·太原模拟)有关下列装置的叙述不正确的是( )
A.图①铝片发生的电极反应式是Al+4OH--3e-Al+2H2O
B.图②发生析氢腐蚀，离子反应方程式为Fe+2H+Fe2++H2↑
C.图③烧杯中发生了反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
D.图④充电时，阳极反应是PbSO4+2H2O-2e-PbO2+S+4H+
【解析】选B。图①中铝片作负极，电极反应式是Al+4OH--3e-Al+2H2O，A正确；图②发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能写成离子形式，B错误；图③发生吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化，C正确；图④充电时，硫酸铅被氧化为二氧化铅，D正确。
7.(能力挑战题)(2017·长沙模拟)用氟硼酸(HBF4，
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属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为Pb+PbO2+4HBF42Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法正确的是( )
世纪金榜导学号30682316
A.放电时的负极反应为PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O
B.充电时，当阳极质量增加23.9 g时，溶液中有0.2 mol电子通过
C.放电时，正极区pH增大
D.充电时，Pb电极与电源的正极相连
【解析】选C。放电时，负极上应该是金属铅发生失电子的氧化反应，A错误；电子只能经过导线，不能经过电解质溶液，B错误；放电时正极上发生还原反应，PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O，氢离子浓度减小，所以pH增大，C正确；充电时，Pb电极和电源的负极相连， D错误。
【互动探究】
(1)充电时的阳极的电极反应式为______________________________。
提示：Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+。充电时的阳极的电极反应式和放电时的正极的电极反应式相反。
(2)该电池在放电过程中，负极质量________，正极质量________(填“减少”“增加”或“不变”)。
提示：减少 减少。因Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，该电池在放电过程中，正极、负极质量都减少。
(3)放电时，电解液中氟硼酸的浓度将________(填“减少”“增加”或“不变”)。
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提示：减少。放电时消耗氟硼酸生成水，氟硼酸的浓度将变小。
二、非选择题(本题包括3小题，共58分)
8.(19分)(2017·周口模拟)某化学活动小组利用如下甲装置对原电池进行探究，请回答以下问题：(其中盐桥为含有琼胶的饱和KCl溶液)
(1)在甲装置中，当电流计中指针发生偏转时，盐桥中的Cl-移向________烧杯(填“A”或“B”)，装置中电子的移动方向为________。
(2)该小组同学提出设想：如果将实验中的盐桥换为铜导线，电流计是否也发生偏转呢？带着疑问，该小组利用乙装置进行了实验，发现电流计指针同样发生偏转。对于实验中产生电流的原因，起初认为该装置仍然为原电池，但老师提醒注意使用的是铜导线，经深入探讨后认为烧杯A实际为原电池，在此问题上，该小组成员的意见发生了很大分歧。
①一部分同学认为是由于A烧杯ZnSO4溶液水解显酸性，此时原电池实际是由Zn、Cu作电极，稀硫酸作电解质溶液而构成的原电池。若这个观点正确，写出烧杯B中铜片上发生反应的电极反应式________。
②另一部分同学认为A烧杯的溶液酸性较弱，由于溶解在溶液中氧气的作用，使得Zn、Cu之间形成原电池。如果这个观点正确，
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那么原电池的正极反应式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)若第(2)小题中观点②正确，则可以利用此原理设计电池为在偏远海岛工作的灯塔供电。若装置为以金属铝和石墨为电极，以海水为电解质溶液，请写出该电池工作时总反应的化学方程式
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
【解析】(1)甲装置中Zn为负极，Cu为正极，故Cl-移向A烧杯，电子由Zn电极经外电路流向Cu电极。
(2)若盐桥改为铜导线，且仍有电流产生，说明A为原电池，而B为电解池。A中Zn为负极Cu为正极，得电子的微粒可能为Zn2+水解产生的H+或溶解于溶液中的O2。则B中铜片为阴极，发生Cu2++2e-Cu。如②所述，A中正极上O2获得电子。
(3)Al为负极，石墨为正极，海水为电解质溶液，O2为氧化剂，总反应方程式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3。
答案：(1)A 由Zn电极沿导线流向Cu电极
(2)①Cu2++2e-Cu
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②O2+2H2O+4e-4OH-
(3)4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3
【加固训练】
(2017·武汉模拟)磷酸铁锂(LiFePO4)以其高倍率性、高比能量、高循环特性、高安全性、低成本、环保等优点而逐渐成为“能源新星”。
(1)磷酸铁锂电池比铅酸锂电池或锰酸锂电池更环保的原因是______________。
(2)磷酸铁锂电池装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过黏合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐。
电池工作时的总反应为Li1-xFePO4+LixC6LiFePO4+6C，则充电时，Li+迁移方向为________(填“由左向右”或“由右向左”)，图中聚合物隔膜应为_________
________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
【解析】(1)磷酸铁锂电池不会产生重金属污染。
(2)电池充电时，相当于电解池，阳离子移向阴极，Li+
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迁移方向为由左向右，聚合物隔膜能使Li+通过，应为阳离子交换膜。
答案：(1)磷酸铁锂电池不会产生重金属污染
(2)由左向右 阳
9.(19分)合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇(CH3OH)，常向废液中加入硫酸钴，再用微生物电池电解，电解时Co2+被氧化成Co3+，Co3+把水中的甲醇氧化成CO2，达到除去甲醇的目的。工作原理如图(c为隔膜，甲醇不能通过，其他离子和水可以自由通过)。
世纪金榜导学号30682317
(1)a电极连接微生物电池的________极(填“正”或“负”)。
(2)写出除去甲醇的离子方程式________________________________________。
(3)微生物电池是绿色酸性燃料电池，写出该电池正极的电极反应式：________。
(4)有人提出可以用甲醇燃料电池进行电解，如图为甲醇燃料电池的工作原理。该电池工作时，b口通入的物质为____________。负极的电极反应式为_________
__________；工作一段时间后，当9.6 g甲醇完全反应时，有________NA个电子转移。
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【解析】(1)电极a中Co2+被氧化成Co3+，发生氧化反应，为电解池的阳极，应连接原电池的正极。
(2)甲醇被氧化生成二氧化碳，Co3+被还原生成Co2+，反应离子方程式为6Co3++CH3OH+H2OCO2↑+6Co2++6H+。
(3)微生物电池是绿色酸性燃料电池，氧气在正极放电4H++O2+4e-2H2O。
(4)根据甲醇燃料电池的工作原理分析：OH-从b口的电极移向a口的电极，推断a口的电极为负极，则b口通入的物质为氧气；先写出CH3OH在碱性条件下与O2反应生成C的离子方程式，然后减去正极反应式：O2+4e-+2H2O4OH-，即可得到负极反应式；9.6 g甲醇的物质的量是0.3 mol，1 mol CH3OH完全反应时有6 mol电子转移，所以当9.6 g甲醇完全反应时，有1.8NA个电子转移。
答案：(1)正 (2)6Co3++CH3OH+H2O6Co2++CO2↑+6H+
(3)4H++O2+4e-2H2O (4)O2
CH3OH+8OH--6e-C+6H2O 1.8
10.(20分)(能力挑战题)(1)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，其电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：
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____________________________。
(2)已知Fe2++Ag+Fe3++Ag，某同学为探究Ag+和Fe2+反应的程度，进行如下实验。
①按如图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)，发现电压表指针偏移。偏移的方向表明：电子由石墨经导线流向银，则甲烧杯里的电极反应式是___________________________________________________________________。
②随后向甲烧杯中逐滴加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。电压表指针逆向偏移后，银为________极(填“正”或“负”)。
(3)如右图所示，D是允许离子通过的盐桥，E是48 V稳压电源，R是可变电阻，K是开关，是灵敏电流计，C1、C2是碳棒，A、B是烧杯。已知As+2I-+2H+
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As+I2+H2O是可逆反应。若A中盛KI-I2溶液，B中盛Na3AsO4和Na3AsO3溶液，则当K接1，
①向B中滴加浓盐酸时，发现的指针发生偏转，写出此时正极的电极反应式__。
②向B中滴加40%的NaOH溶液时，的指针则向反方向偏转。此时正极的电极反应式是___________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式_______
______________，科学家利用此原理，设计成氨气、氧气燃料电池，则通入氨气的电极是________(填“正极”或“负极”)，碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为________________，从理论上分析，该电池工作过程中________
__________________(填“需要”或“不需要”)补充碱。
(5)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A物质的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示。电池正极的电极反应式是______________，电解质溶液的pH________________(填“增大”“减小”或“不变”)，A物质是______________(写化学式)。
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【解析】(1)根据反应物和生成物写出方程式，然后根据电子得失配平即可。
(2)①根据电子的流向分析石墨为负极，是溶液中的Fe2+失电子，电极反应式为Fe2+-e-Fe3+。
②根据电压表指针逆向偏移判断发生的反应为Fe3++AgFe2++Ag+，则银为负极。
(3)根据总反应As+2I-+2H+As+I2+H2O，和烧杯中的半反应分析：A中盛KI-I2溶液，是I-与I2之间的转化；B中盛Na3AsO4和Na3AsO3溶液，是As与As之间的转化。
①向B中滴加浓盐酸时，反应As+2I-+2H+As+I2+H2O向正反应方向移动，As在正极上发生还原反应，I-在负极上发生氧化反应，电极反应式为
正极：As+2e-+2H+As+H2O；
负极：2I――2e-I2。
②改向B中滴加40%的NaOH溶液时，的指针则向反方向偏转。反应As+2I-+2H+As+I2+H2O向逆反应方向移动，电极反应式如下：
正极：I2+2e-2I―
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负极：As+2OH――2e-As+H2O
(4)根据反应4NH3+3O22N2+6H2O分析，负极NH3失电子，正极O2得电子，在碱性条件下，正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，所以将总反应减去正极反应即可得负极反应式。由于在放电过程中，正极上O2不断放电生成OH-，从理论上分析，该电池工作过程中不需要补充碱。
(5)根据题意分析，N2和H2为反应物，设计出的既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，因稀盐酸为电解质溶液，所以总反应是N2和H2反应生成NH3，然后NH3与HCl反应生成NH4Cl，由于不断消耗H+，所以电解质溶液的pH增大。
答案：(1)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag
(2)①Fe2+-e-Fe3+ ②负
(3)①As+2e-+2H+As+H2O
②I2+2e-2I―
(4)4NH3+3O22N2+6H2O 负极
2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O 不需要
(5)N2+8H++6e-2N 增大 NH4Cl
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