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課時規(guī)范練21　化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池 一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分。每小題只有一個選項符合題目要求) 1.關于原電池的敘述正確的是(　　) A.原電池工作時,電極上不一定都發(fā)生氧化或還原反應 B.某可充電電池充、放電時的總反應式為Li1-xNiO2+xLiLiNiO2,放電時此電池的負極材料是Li1-xNiO2 C.鉛、銀和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時,鉛板上有5.175 g鉛溶解,正極上就有1 120 mL(標準狀況)氣體析出 D.在理論上可將反應CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0設計成原電池 2.有關下列四個常用電化學裝置的敘述中,正確的是(　　) Ⅰ.堿性鋅錳電池 Ⅱ.鉛—硫酸蓄電池 Ⅲ.銅鋅原電池 Ⅳ.銀鋅紐扣電池 A.Ⅰ所示電池工作中,MnO2的作用是催化劑 B.Ⅱ所示電池放電過程中,硫酸濃度不斷增大 C.Ⅲ所示電池工作過程中,鹽橋中K+移向硫酸鋅溶液 D.Ⅳ所示電池放電過程中,Ag2O是氧化劑,在電池工作過程中Ag2O被還原為Ag 3.用銅片、銀片設計成如圖所示的原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是(　　) A.電子通過鹽橋從乙池流向甲池 B.用銅導線替換鹽橋,原電池將能繼續(xù)工作 C.開始時,銀片上發(fā)生的反應是Ag-e-Ag+ D.將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池總反應相同 4.下面是4種燃料電池的工作原理示意圖,其中正極的反應產(chǎn)物為水的是(　　) 5.深埋在潮濕土壤中的鐵管道,在硫酸鹽還原菌作用下,能被硫酸根腐蝕,其電化學腐蝕原理如圖所示,下列與此原理有關的說法錯誤的是(　　) A.正極反應為SO42-+5H2O+8e-HS-+9OH- B.輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕 C.這種情況下,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3xH2O D.管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕 6.利用如圖裝置探究鐵在海水中的電化學防護,下列說法不正確的是(　　) A.若X為鋅棒,開關K置于M處,可減緩鐵的腐蝕 B.若X為鋅棒,開關K置于M處,鐵電極的反應為Fe-2e-Fe2+ C.若X為碳棒,開關K置于N處,可減緩鐵的腐蝕 D.若X為碳棒,開關K置于N處,鐵電極的反應為2H++2e-H2↑ 7.(2018廣東汕頭模擬)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示,下列說法正確的是(　　) A.電子從b流出,經(jīng)外電路流向a B.HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-的反應是HS-+4H2O-8e-SO42-+9H+ C.如果將反應物直接燃燒,能量的利用率不會變化 D.若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則有0.5 mol H+通過質(zhì)子交換膜 8.全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應為:16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是 (　　) A.電池工作時,正極可發(fā)生反應:2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4 B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負極材料減重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多 二、非選擇題(本題共3小題,共44分) 9.(14分)(1)如圖所示,若溶液C為濃硝酸,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),B電極材料為Fe,A電極材料為Cu,則B電極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　,A電極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　;反應進行一段時間后溶液C的pH會　　　　(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)我國首創(chuàng)以鋁—空氣—海水電池作為能源的新型海水標志燈,以海水為電解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流,只要把燈放入海水數(shù)分鐘,就會發(fā)出耀眼的白光。則電源的負極材料是　　　　　　(填化學名稱),負極反應為　　　　　　　　　　　　　　;正極反應為　　　　　　　　　　。 (3)熔融鹽電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負極燃氣,空氣與CO2的混合氣為正極助燃氣,制得在650 ℃下工作的燃料電池,其負極反應式為2CO+2CO32--4e-4CO2,則正極反應式為　　　　　　　　,電池總反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 10.(15分)氮元素的氫化物和氧化物在工業(yè)生產(chǎn)和國防建設中都有廣泛應用,回答下列問題: (1)肼可作為火箭發(fā)動機的燃料,與氧化劑N2O4反應生成N2和水蒸氣。 已知:①N2(g)+2O2(g)N2O4(l)　ΔH1=-19.5 kJmol-1 ②N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534.2 kJmol-1 寫出肼和N2O4反應的熱化學方程式:　。 (2)肼—空氣燃料電池是一種堿性電池,該電池放電時,負極的電極反應式為　　　　　　　　　　　。 (3)科研人員開發(fā)出一種由甲醇和氧氣構(gòu)成,以強堿溶液作電解質(zhì)溶液的新型手機電池,充一次電可供手機連續(xù)使用一個月,則通入甲醇的是　　　　　(填“正”或“負”)極,寫出該電池的負極反應式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)Zn-MnO2干電池應用廣泛,電解質(zhì)溶液是ZnCl2和NH4Cl的混合溶液。 ①該電池的負極材料是　　　　　(填名稱)。電池工作時,電子流向　　　　(填“正極”或“負極”)。 ②若ZnCl2和NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,則會加速某電極的腐蝕,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極,電解酸化的MnSO4溶液。陽極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。若電路中通過4 mol電子,標準狀況下產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為　　　　　。 11.(15分)SO2、CO、CO2、NOx是對環(huán)境影響較大的幾種氣體,對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。 (1)利用電化學原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料,裝置如圖所示: ①若A為CO,B為H2,C為CH3OH,則通入CO的一極為　　　極。 ②若A為SO2,B為O2,C為H2SO4,則負極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③若A為NO2,B為O2,C為HNO3,則正極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)某碳酸鹽燃料電池,以一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì),操作溫度為650 ℃,在此溫度下以鎳為催化劑,以煤氣(CO、H2的體積比為1∶1)直接做燃料,其工作原理如圖所示。 ①電池總反應為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②以此電源電解足量的硝酸銀溶液,若陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6 g,則陽極產(chǎn)生氣體標準狀況下體積為　　　　L。若電解后溶液體積為2 L,溶液的pH約為　　　　。 (3)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產(chǎn)新型硝化劑N2O5。 ①現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備N2O5,裝置如圖所示,其中Y為CO2。在該電極上同時還引入CO2的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②電解過程中,生成N2O5的電極反應方程式為　　　　　　　　　　　。  課時規(guī)范練21　化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池 1.D　A中原電池工作時電極上一定都發(fā)生氧化反應或還原反應;B中電池放電時,負極材料是Li;C中通過計算知正極上生成的氣體在標準狀況下的體積應為560 mL。 2. D　堿性鋅錳電池中二氧化錳為氧化劑,A項錯誤;鉛蓄電池放電時電池反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4濃度減小,B項錯誤;原電池中陽離子向正極移動,故鹽橋中K+移向硫酸銅溶液,C項錯誤;該原電池中,正極上氧化銀得電子生成銀,所以Ag2O作氧化劑,D項正確。 3.D　題給原電池負極銅失電子,正極上Ag+得電子,電子從負極沿導線流向正極,電解質(zhì)溶液通過離子的定向移動形成電流,所以電子不會經(jīng)過電解質(zhì)溶液,故A項錯誤;用銅線代替鹽橋,乙池是原電池,甲池是電解池發(fā)生電鍍,所以不是原來的原電池反應原理,故B項錯誤;銀片是原電池的正極,溶液中的銀離子得到電子發(fā)生還原反應,電極反應為Ag++e-Ag,故C項錯誤;銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池總反應都是Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,故D項正確。 4.C　A項,通空氣的電極作正極,正極反應式為O2+4e-2O2-,不符合題意;B項,通入氧氣的一極作正極,電解質(zhì)溶液是堿性溶液,電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-,不符合題意;C項,通入空氣的一極作正極,電解質(zhì)傳遞H+,正極反應式為O2+4H++4e-2H2O,符合題意;D項,通入氧氣的一極作正極,依據(jù)電池內(nèi)部傳遞CO32-,正極反應式為O2+2CO2+4e-2CO32-,不符合題意。 5.C　原電池的正極發(fā)生還原反應,由圖示可知發(fā)生的電極反應為SO42-+5H2O+8e-HS-+9OH-,故A正確;硫酸鹽還原菌是蛋白質(zhì),在高溫下易變性,會失去催化活性,則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕,故B正確;由圖示可知,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物不會是Fe2O3xH2O,故C錯誤;管道上刷富鋅油漆,可形成Zn-Fe原電池,Fe作為正極,可以延緩管道的腐蝕,故D正確。 6.B　若X為鋅棒,開關K置于M處,形成原電池,此時金屬鋅為負極,金屬鐵為正極,金屬鐵被保護,可減緩鐵的腐蝕,故A項正確;若X為鋅棒,開關K置于M處,形成原電池,此時金屬鋅為負極,金屬鐵為正極,氧氣在該極發(fā)生還原反應,故B項錯誤;若X為碳棒,開關K置于N處,形成電解池,此時金屬鐵為陰極,鐵被保護,可減緩鐵的腐蝕,故C項正確;若X為碳棒,開關K置于N處,形成電解池,X極為陽極,發(fā)生氧化反應,鐵電極為陰極,發(fā)生還原反應,故D項正確。 7.B　b電極通入氧氣,是正極,a電極是負極,電子從a電極流出,經(jīng)外電路流向b電極,A錯誤;a電極是負極,發(fā)生失去電子的氧化反應,即HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-,電極反應為HS-+4H2O-8e-SO42-+9H+,B正確;如果將反應物直接燃燒,會有部分化學能轉(zhuǎn)化為光能,因此能量的利用率會變化,C錯誤;若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,根據(jù)電荷守恒可知有0.4 mol H+通過質(zhì)子交換膜與0.1 mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水,D錯誤。 8.D　A項,在該電池中電極a為正極,發(fā)生的反應依次為: S8+2Li++2e-Li2S8 3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6 2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4 Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A正確;B項,原電池工作時,轉(zhuǎn)移0.02 mol電子時,被氧化的Li的物質(zhì)的量為0.02 mol,質(zhì)量減少0.14 g,正確;C項,石墨烯能導電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導電性,正確;D項,電池充電時由于Li+得到電子生成Li,則電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越少,錯誤。 9.答案 (1)4H++2NO3-+2e-2NO2↑+2H2O Cu-2e-Cu2+　升高 (2)鋁　4Al-12e-4Al3+　3O2+6H2O+12e-12OH- (3)O2+2CO2+4e-2CO32-　2CO+O22CO2 解析 (1)Fe在濃硝酸中發(fā)生鈍化,作正極,B電極的電極反應式為4H++2NO3-+2e-2NO2↑+2H2O,A電極的電極反應式為Cu-2e-Cu2+;反應消耗H+,反應進行一段時間后溶液C的pH會升高。(2)電源的負極材料是鋁,負極反應為4Al-12e-4Al3+;正極反應為3O2+6H2O+12e-12OH-。(3)正極反應式為O2+2CO2+4e-2CO32-,電池總反應式為2CO+O22CO2。 10.答案 (1)2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 048.9 kJmol-1 (2)N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O (3)負　CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O (4)①鋅　正極?、赯n與Cu2+反應生成Cu,Zn、Cu形成原電池而加快Zn的腐蝕　③Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+　2 mol 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由2②-①得肼與N2O4反應的熱化學方程式:2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=2ΔH2-ΔH1=-1 048.9 kJmol-1。(2)肼在負極上參加反應,根據(jù)反應②以及環(huán)境是堿性,可知電極反應式為N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O。(3)根據(jù)燃料電池的原理可知,通入甲醇的一極為負極,其電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O。(4)①鋅是活潑金屬,因此鋅為負極,根據(jù)原電池的工作原理,電子從負極經(jīng)外電路流向正極;②鋅比銅活潑,能把銅置換出來,鋅、銅與電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池,可加快鋅的腐蝕;③陽極失電子發(fā)生氧化反應,因此陽極的電極反應式為Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+,陰極的電極反應式為2H++2e-H2↑,因此電路中通過4 mol e-,生成氫氣的物質(zhì)的量為2 mol。 11.答案 (1)①正?、赟O2-2e-+2H2OSO42-+4H+ ③O2+4e-+4H+2H2O (2)①CO+H2+O2CO2+H2O　②1.12　1 (3)①在電極上與O2共同轉(zhuǎn)化為CO32-,保持熔融鹽成分不變 ②N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+ 解析 (1)一氧化碳和氫氣反應轉(zhuǎn)化為甲醇的過程中氫元素的化合價升高,碳元素的化合價降低,因此氫氣被氧化在負極反應,一氧化碳被還原在正極反應。二氧化硫、氧氣和水反應生成硫酸過程中,硫元素化合價升高,二氧化硫被氧化在負極反應。二氧化氮、氧氣和水反應生成硝酸過程中,氧元素的化合價降低,氧氣被還原在正極反應。(2)一氧化碳和氫氣按物質(zhì)的量1∶1混合,再與氧氣反應生成二氧化碳和水。電解硝酸銀溶液時陰極反應為Ag++e-Ag,陽極反應為4OH--4e-2H2O+O2↑,生成21.6 g銀時轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,根據(jù)電子守恒可知,陽極生成氧氣0.05 mol,其在標準狀況下的體積為1.12 L。生成氫離子0.2 mol,則氫離子的濃度為0.2mol2 L=0.1 molL-1,因此溶液的pH=1。(3)燃料電池工作時燃料失電子,在負極反應,因此氫氣在負極失去電子被氧化,轉(zhuǎn)化為氫離子,氫離子和碳酸根離子結(jié)合,最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。氧氣在正極反應,得到電子被還原,轉(zhuǎn)化為氧負離子,氧負離子和二氧化碳結(jié)合,最終轉(zhuǎn)化為碳酸根離子,進而保證了電解質(zhì)熔融鹽成分不變。二氧化氮轉(zhuǎn)化為五氧化二氮,氮元素化合價升高,發(fā)生失電子的氧化反應。