(江蘇專版)2020版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測(cè)(十六)原電池 化學(xué)電源(含解析).doc
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跟蹤檢測(cè)(十六) 原電池 化學(xué)電源 1.某原電池總反應(yīng)為Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,下列能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是( ) 選項(xiàng) A B C D 電極材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 解析:選D 由題意知,Cu為負(fù)極材料,正極材料的金屬活動(dòng)性必須弱于Cu,其中B、D項(xiàng)符合該條件;由Fe3+得電子生成Fe2+知,電解質(zhì)溶液中必須含有Fe3+,同時(shí)符合上述兩條件的只有D項(xiàng)。 2.鎂次氯酸鹽燃料電池,具有比能量高、安全方便等優(yōu)點(diǎn)。該電池的正極反應(yīng)式為 ClO-+H2O+2e-===Cl-+2OH-,關(guān)于該電池的敘述正確的是( ) A.該電池中鎂為負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng) B.電池工作時(shí),OH-向正極移動(dòng) C.該電池的總反應(yīng)為Mg+ClO-+H2O===Mg(OH)2↓+Cl- D.電池工作時(shí),正極周圍溶液的pH將不斷變小 解析:選C 次氯酸鹽在正極發(fā)生反應(yīng),則Mg為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;電池工作時(shí),陰離子向負(fù)極移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;負(fù)極反應(yīng)式為Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2↓,將正、負(fù)極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng),C項(xiàng)正確;根據(jù)正極反應(yīng)式可知,電池工作時(shí),正極周圍溶液的c(OH-)增大,pH將增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.由于具有超低耗電量、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn),LED產(chǎn)品越來越受人歡迎。下圖是氫氧燃料電池驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的裝置。下列有關(guān)敘述正確的是( ) A.a(chǎn)處通入氧氣,b處通入氫氣 B.該裝置中只涉及兩種形式的能量轉(zhuǎn)化 C.電池正極電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH- D.P型半導(dǎo)體連接的是電池負(fù)極 解析:選C 根據(jù)電子移向,a處應(yīng)通H2,b處應(yīng)通O2,A錯(cuò)誤;在該裝置中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能等,B錯(cuò)誤;P型半導(dǎo)體連接的是電池正極,D錯(cuò)誤。 4.一種新型鈉硫電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖,下列有關(guān)該電池的說法正確的是( ) A.B極中填充多孔的炭或石墨氈,目的是為了增加導(dǎo)電性 B.電池放電時(shí),A極電極反應(yīng)為2Na++xS+2e-===Na2Sx C.電池放電時(shí),Na+向電極A極移動(dòng) D.電池放電的總反應(yīng)為2Na+xS===Na2Sx,每消耗1 mol Na 轉(zhuǎn)移2 mol電子 解析:選A 根據(jù)圖可知,放電時(shí),Na發(fā)生氧化反應(yīng),所以A作負(fù)極,B作正極,負(fù)極反應(yīng)式為2Na-2e-===2Na+,正極反應(yīng)式為xS+2e-===S,充電時(shí)A為陰極,B為陽極,陰極、陽極電極反應(yīng)式與負(fù)極、正極反應(yīng)式正好相反,放電時(shí),電解質(zhì)中陽離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng);B極中填充多孔的炭或石墨氈,目的是為了增加導(dǎo)電性,A正確;放電時(shí),A為負(fù)極,電極反應(yīng)為2Na-2e-===2Na+,B錯(cuò)誤;放電時(shí),Na+向正極移動(dòng),即由A向B移動(dòng),C錯(cuò)誤;由電池放電的總反應(yīng)知,每消耗1 mol Na轉(zhuǎn)移1 mol電子,D錯(cuò)誤。 5.肼(N2H4)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液。下列說法中,不正確的是( ) A.該電池放電時(shí),通入肼的一極為負(fù)極 B.電池每釋放1 mol N2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA C.通入空氣的一極的電極反應(yīng)式是O2+2H2O+4e-===4OH- D.電池工作一段時(shí)間后,電解質(zhì)溶液的pH將不變 解析:選D 該電池中肼是燃料,在負(fù)極通入,A正確;肼中氮元素的化合價(jià)是-2價(jià),氧化產(chǎn)物是N2,負(fù)極反應(yīng)為N2H4+4OH--4e-===4H2O+N2↑,所以每釋放1 mol N2 轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA ,B正確;通入空氣的一極為正極,正極上O2發(fā)生還原反應(yīng),反應(yīng)式是O2+2H2O+4e-===4OH-,C正確;電池總反應(yīng)為N2H4+O2===N2↑+2H2O,反應(yīng)生成水,溶液濃度降低,電解質(zhì)溶液的pH將降低,D錯(cuò)誤。 6.(2019昆山模擬)如圖所示為以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。關(guān)于該電池的敘述不正確的是( ) A.該電池不能在高溫下工作 B.電池的負(fù)極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+ C.放電過程中,電子從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)每轉(zhuǎn)移1 mol,便有1 mol H+從陽極室進(jìn)入陰極室 D.微生物燃料電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率、原料廣泛、操作條件溫和、有生物相容性等優(yōu)點(diǎn),值得研究與推廣 解析:選C 高溫條件下微生物會(huì)死亡,電池不能正常工作,A正確;電池的負(fù)極上燃料發(fā)生氧化反應(yīng),即葡萄糖失電子生成CO2氣體,B正確;放電過程中,電子從負(fù)極沿導(dǎo)線移向正極,C錯(cuò)誤;結(jié)合題給條件分析,D正確。 7.(雙選)(2019宿遷模擬)如圖所示為鎳鋅可充電電池放電時(shí)電極發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的示意圖,電池使用KOH 和K2Zn(OH)4為電解質(zhì)溶液,下列關(guān)于該電池說法正確的是( ) A.放電時(shí)溶液中的K+移向負(fù)極 B.充電時(shí)陰極附近的pH會(huì)升高 C.放電時(shí)正極反應(yīng)為H++NiOOH+e-===Ni(OH)2 D.負(fù)極質(zhì)量每減少6.5 g,溶液質(zhì)量增加6.3 g 解析:選BD 根據(jù)題圖中電子的移動(dòng)方向可知,鋅為負(fù)極,失去電子生成K2Zn(OH)4,NiOOH為正極,得到電子生成Ni(OH)2。原電池中陽離子向正極移動(dòng),故A錯(cuò)誤;充電時(shí)陰極發(fā)生的電極反應(yīng)是放電時(shí)負(fù)極的逆反應(yīng),反應(yīng)后電極附近的pH會(huì)升高,故B正確;放電時(shí)NiOOH為正極,得到電子生成Ni(OH)2,電解質(zhì)溶液顯堿性,正極反應(yīng)為NiOOH+ e-+H2O===Ni(OH)2+OH-,故C錯(cuò)誤;負(fù)極質(zhì)量每減少6.5 g,即0.1 mol鋅,轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,正極上0.2 mol NiOOH轉(zhuǎn)化為0.2 mol Ni(OH)2,質(zhì)量增加0.2 g,溶液質(zhì)量增加6.5 g-0.2 g=6.3 g,故D正確。 8.(2019蘇州模擬)如圖所示為新型的甲酸/鐵離子燃料電池,具有原料安全、質(zhì)子電導(dǎo)率高、能量密度高的特點(diǎn),適合應(yīng)用在規(guī)?;墓╇妶?chǎng)所。電池外殼采用聚四氯乙烯板,石墨作電極,在M端加注甲酸鈉和氫氧化鈉的混合液,在N端加注氯化鐵和氯化鈉的混合液。下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.放電時(shí),N端是正極 B.M端的電極反應(yīng)式為HCOO-+OH-+2e-===CO2↑+H2O C.電池放電后,N端的Fe2+通氯氣后轉(zhuǎn)化為Fe3+,實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溶液的循環(huán)利用 D.采用多孔納米電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積,有利于擴(kuò)散至催化層 解析:選B A項(xiàng),正極發(fā)生還原反應(yīng),F(xiàn)e3+得到電子生成Fe2+,N端是正極,正確;B項(xiàng),M端的電極反應(yīng)式為HCOO-+3OH--2e-===CO+2H2O,錯(cuò)誤;C項(xiàng),電池放電后,N端的Fe2+通氯氣后,氯氣具有氧化性能氧化Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+,F(xiàn)e3+在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溶液的循環(huán)利用,正確;D項(xiàng),反應(yīng)物接觸面積越大,反應(yīng)速率越快,所以采用多孔電極的目的是提高電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積,并有利于氧氣擴(kuò)散至電極表面,從而提高反應(yīng)速率,正確。 9.某傳感器工作原理如圖所示。利用該傳感器可以測(cè)定空氣中NO、CO、NH3、SO2等有害氣體的含量。下列說法正確的是( ) A.若M為熔融KOH,X為NH3,Y為N2,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-===N2+6H+ B.若M是含O2-的固體電解質(zhì),X為NO,則正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-===2O2- C.傳感器工作中,電子由Pt(Ⅰ)極經(jīng)電流儀傳到Pt(Ⅱ)極 D.若X為CO,M為KOH溶液,則電池總反應(yīng)為2CO+O2===2CO2 解析:選B 由于M是熔融的KOH,即使放電生成H+也會(huì)與OH-反應(yīng)生成水,所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,A項(xiàng)錯(cuò)誤;若M是含O2-的固體電解質(zhì),則負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NO-4e-+2O2-===2NO2,正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-===2O2-,B項(xiàng)正確;題述裝置屬于原電池,Pt(Ⅰ)極為正極,Pt(Ⅱ)極為負(fù)極,電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若X為CO,M為KOH溶液,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO-2e-+4OH-===CO+2H2O,電池總反應(yīng)為2CO+4KOH+O2===2K2CO3+2H2O,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 10.最近我國科學(xué)家發(fā)明 “可充電鈉—二氧化碳電池”(如圖),放電時(shí)電池總反應(yīng)為4Na+3CO2===2Na2CO3+C。下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.充電時(shí),鈉箔與外接電源的負(fù)極相連 B.電池工作溫度可能在200 ℃以上 C.放電時(shí),Na+向正極移動(dòng) D.放電時(shí),正極的電極反應(yīng)為4Na++3CO2+4e-===2Na2CO3+C 解析:選B 由放電時(shí)的電池反應(yīng)式可知,鈉箔作負(fù)極,故充電時(shí)作陰極,與電源的負(fù)極相連,A正確;四甘醇、二甲醚都易揮發(fā),鈉的熔點(diǎn)低,故電池工作的溫度不能太高,B錯(cuò)誤;放電時(shí)陽離子向正極移動(dòng),C正確;放電時(shí)正極上CO2得電子生成C,D正確。 11.如圖所示,是原電池的裝置圖。請(qǐng)回答: (1)若C為稀H2SO4溶液,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),B電極材料為Fe且作負(fù)極,則A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為______________________;反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)若需將反應(yīng):Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池裝置,則A(負(fù)極)極材料為________,B(正極)極材料為________,溶液C為____________。 (3)若C為CuCl2溶液,Zn是____極,Cu極發(fā)生________反應(yīng),電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 反應(yīng)過程溶液中c(Cu2+)________(填“變大”“變小”或“不變”)。 解析:(1)鐵作負(fù)極,則該原電池反應(yīng)是鐵與稀硫酸置換H2的反應(yīng),所以正極反應(yīng)是H+得電子生成H2,電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑;溶液中H+放電,導(dǎo)致溶液中H+濃度減小,pH升高。(2)Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+設(shè)計(jì)成如題圖所示的原電池裝置,根據(jù)方程式中物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)類型判斷,Cu發(fā)生氧化反應(yīng),作原電池的負(fù)極,所以A材料是Cu,B極材料是比Cu不活潑的導(dǎo)電物質(zhì)如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3+,如FeCl3溶液。(3)Zn比較活潑,在原電池中作負(fù)極,Cu作正極,正極發(fā)生還原反應(yīng),Cu2+在正極得到電子變成Cu,電極反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu,Cu2+發(fā)生了反應(yīng),則c(Cu2+)變小。 答案:(1)2H++2e-===H2↑ 升高 (2)Cu 石墨(其他合理答案也可) FeCl3溶液 (3)負(fù) 還原 Cu2++2e-===Cu 變小 12.氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉,吸附氣體的能力強(qiáng),性質(zhì)穩(wěn)定。請(qǐng)回答: (1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化的主要形式是__________________,在導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)開_______(用a、b表示)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為__________________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開________________________________________。 (4)該電池工作時(shí),H2和O2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷提供電能。因此,大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一,金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料,吸氫和放氫原理如下: Ⅰ.2Li+H22LiH Ⅱ.LiH+H2O===LiOH+H2↑ ①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是________,反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是________。 ②已知LiH固體密度為0.82 gcm-3。用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2,生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為____________。 ③由②生成的LiH與H2O作用放出的H2用作電池燃料,若能量轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為__________mol。 解析:(1)電池的能量轉(zhuǎn)化形式為化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能??偡磻?yīng)為2H2+O2===2H2O,其中H2氫元素從零價(jià)升至+1價(jià),失去電子,即電子從a流向b。(2)負(fù)極為失去電子的一極,即H2失電子生成H+,由于溶液是堿性的,故電極反應(yīng)式左右應(yīng)各加上OH-。(3)鉑粉的接觸面積大,可以加快反應(yīng)速率。(4)Ⅰ中Li從零價(jià)升至+1價(jià),作還原劑。ⅡH2O中的H從+1價(jià)降至H2中的零價(jià),作氧化劑。由反應(yīng)Ⅰ,當(dāng)吸收10 mol H2時(shí),則生成20 mol LiH,V== L=192.6810-3 L,則==≈8.6010-4。20 mol LiH可生成20 mol H2,實(shí)際參加反應(yīng)的H2為2080%=16 mol,1 mol H2轉(zhuǎn)化成1 mol H2O,轉(zhuǎn)移2 mol電子,所以16 mol H2可轉(zhuǎn)移32 mol電子。 答案:(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2+4OH--4e-===4H2O或H2+2OH--2e-===2H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),加快電極反應(yīng)速率 (4)①Li H2O?、?∶1 163或8.6010-4?、?2 13.(1)Fe和KClO4反應(yīng)放出的熱量,能為熔融鹽電池提供550~660 ℃的溫度,使低熔點(diǎn)鹽熔化導(dǎo)電,從而激活電池,這類電池稱為熱電池。Li/FeS2熱電池工作時(shí),Li轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧嚕現(xiàn)eS2轉(zhuǎn)變?yōu)殍F,該電池工作時(shí),電池總反應(yīng)式為 ________________________________________________________________________。 (2)鋰離子電池的應(yīng)用很廣,其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導(dǎo)電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時(shí),該鋰離子電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為6C+xLi++xe-===LixC6。充放電過程中,發(fā)生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉(zhuǎn)化,寫出放電時(shí)電池反應(yīng)方程式________________________________________________。 (3)與MnO2—Zn電池類似,K2FeO4—Zn也可以組成堿性電池,K2FeO4在電池中作為正極材料,其電極反應(yīng)式為__________________________,該電池總反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (4)CO與H2反應(yīng)可用于制備CH3OH,CH3OH可作為燃料使用,用CH3OH和O2組合形成的質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖: 電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,則c電極是________(填“正極”或“負(fù)極”),c電極的反應(yīng)方程式為_________________________________________________。 若線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子,則上述CH3OH燃料電池消耗的O2在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________ L。 解析:(1)依據(jù)題意可知,反應(yīng)物為FeS2、Li,生成物為Fe、Li2S,反應(yīng)的化學(xué)方程式為FeS2+4Li===Fe+2Li2S。(2)由充電時(shí)陰極(題目中鋰離子電池的負(fù)極)的電極反應(yīng)式知,放電時(shí)LixC6是反應(yīng)物、Li+是生成物,鋰的價(jià)態(tài)升高,故另一反應(yīng)物中鈷的價(jià)態(tài)降低,由此知該反應(yīng)物是Li1-xCoO2,相應(yīng)的反應(yīng)方程式為L(zhǎng)ixC6+Li1-xCoO2===LiCoO2+6C。(3)根據(jù)題意可寫出題給原電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,總反應(yīng)式為3Zn+2FeO+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH-。用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式可得正極反應(yīng)式為FeO+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH-。(4)根據(jù)圖中的電子流向知c是負(fù)極,甲醇發(fā)生氧化反應(yīng):CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+,線路中轉(zhuǎn)移2 mol電子時(shí)消耗氧氣0.5 mol,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 L。 答案:(1)FeS2+4Li===Fe+2Li2S (2)Li1-xCoO2+LixC6===LiCoO2+6C (3)FeO+3e-+4H2O===Fe(OH)3+5OH- 3Zn+2FeO+8H2O===3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4OH- (4)負(fù)極 CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+ 11.2- 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