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跟蹤檢測(cè)（十七） 原電池 化學(xué)電源 1．下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是(　　) A．正極和負(fù)極必須是金屬 B．原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 C．原電池工作時(shí)，正極和負(fù)極上發(fā)生的都是氧化還原反應(yīng) D．鋅、銅和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時(shí)，鋅片上有6.5 g鋅溶解，正極上就有0.1 g氫氣生成 解析：選B　一般普通原電池中負(fù)極必須是金屬，正極可以是金屬或非金屬導(dǎo)體，A錯(cuò)誤；原電池工作時(shí)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，C錯(cuò)誤；鋅、銅和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時(shí)，鋅片上有6.5 g鋅溶解，正極上有0.2 g氫氣生成，D錯(cuò)誤。 2.(2019廈門模擬)將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。 下列說法不正確的是(　　) A．鹽橋中的K＋移向FeCl3溶液 B．反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負(fù)極 解析：選D　A項(xiàng)，甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負(fù)極，鹽橋中陽離子向正極移動(dòng)，所以向FeCl3溶液遷移，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)開始時(shí)，乙中I－失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；C項(xiàng)，當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，說明沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；D項(xiàng)，當(dāng)加入Fe2＋，導(dǎo)致平衡逆向移動(dòng)，則Fe2＋失去電子生成Fe3＋，甲中石墨作為負(fù)極，而乙中石墨成為正極，錯(cuò)誤。 3．某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是(　　) 裝置 現(xiàn)象 電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn) 電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) A.加熱鐵片Ⅰ所在燒杯，電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用KSCN溶液檢驗(yàn)鐵片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判斷電池的正、負(fù)極 C．鐵片Ⅰ、Ⅲ的腐蝕速率相等 D．“電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ均未被腐蝕 解析：選A　溫度不同，反應(yīng)速率不等，兩燒杯中存在電勢(shì)差，能夠產(chǎn)生電流，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A正確；兩燒杯中溶液的濃度不同，發(fā)生離子的定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流，鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成Fe2＋，與KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，不能判斷電池的正、負(fù)極，故B錯(cuò)誤；鐵片Ⅰ與鐵片Ⅱ未構(gòu)成原電池，鐵片Ⅲ與鐵片Ⅳ構(gòu)成了原電池，腐蝕速率一定不相等，故C錯(cuò)誤；“電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)”說明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ未構(gòu)成原電池，但鐵片表面均會(huì)發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯(cuò)誤。 4．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，KOH溶液的pH將降低，D錯(cuò)誤。 5．(2017全國卷Ⅲ)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(yīng)為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．電池工作時(shí)，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4 B．電池工作時(shí)，外電路中流過0.02 mol電子，負(fù)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(dǎo)電性 D．電池充電時(shí)間越長，電池中Li2S2的量越多 解析：選D　 原電池工作時(shí)，正極發(fā)生一系列得電子的還原反應(yīng)，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A項(xiàng)正確；該電池工作時(shí)，每轉(zhuǎn)移0.02 mol電子，負(fù)極有0.02 mol Li(質(zhì)量為0.14 g)被氧化為Li＋，則負(fù)極質(zhì)量減少0.14 g，B項(xiàng)正確；石墨烯能導(dǎo)電，利用石墨烯作電極，可提高電極a的導(dǎo)電性，C項(xiàng)正確；充電過程中，Li2S2的量逐漸減少，當(dāng)電池充滿電時(shí)，相當(dāng)于達(dá)到平衡狀態(tài)，電池中Li2S2的量趨于不變，故不是電池充電時(shí)間越長，電池中Li2S2的量越多，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 6.(2019武邑模擬)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。 7.硼化釩(VB2)—空氣電池是目前儲(chǔ)電能力最強(qiáng)的電池，電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖，該電池工作時(shí)總反應(yīng)為4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列說法正確的是(　　) A．電極a為電池負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) B．每消耗1 mol VB2轉(zhuǎn)移6 mol電子 C．電池工作時(shí)，OH－向電極a移動(dòng) D．VB2極發(fā)生的電極反應(yīng)式為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O 解析：選D　由題圖可知，空氣通入電極a，顯然電極a為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤；4 mol VB2發(fā)生反應(yīng)時(shí)消耗11 mol O2，同時(shí)轉(zhuǎn)移44 mol電子，故消耗1 mol VB2時(shí)轉(zhuǎn)移11 mol電子，B錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，陰離子(OH－)向負(fù)極(VB2極)移動(dòng)，C錯(cuò)誤；正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式的11倍即得負(fù)極反應(yīng)式，故VB2在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D正確。 8.近年來AIST報(bào)告正在研制一種“高容量、低成本”鋰—銅空氣燃料電池，該電池通過一種復(fù)雜的銅腐蝕“現(xiàn)象”產(chǎn)生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．放電時(shí)，Li＋透過固體電解質(zhì)向Cu極移動(dòng) B．放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ C．通空氣時(shí)，銅被腐蝕，表面產(chǎn)生Cu2O D．整個(gè)反應(yīng)過程中，銅相當(dāng)于催化劑 解析：選B　由題中裝置圖和放電時(shí)總反應(yīng)可知，放電時(shí)Li為負(fù)極，Cu為正極，陽離子向正極移動(dòng)，A項(xiàng)正確；放電時(shí)，負(fù)極Li失電子轉(zhuǎn)化成Li＋，B項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合題中裝置圖可知，通入空氣銅被腐蝕，生成Cu2O，C項(xiàng)正確；銅被腐蝕生成Cu2O，放電時(shí)Cu2O又被還原成Cu，所以整個(gè)反應(yīng)過程中Cu相當(dāng)于催化劑，D項(xiàng)正確。 9.Zn—ZnSO4—PbSO4—Pb電池裝置如圖，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．SO從右向左遷移 B．電池的正極反應(yīng)為Pb2＋＋2e－===Pb C．左邊ZnSO4濃度增大，右邊ZnSO4濃度不變 D．若有6.5 g鋅溶解，有0.1 mol SO通過離子交換膜 解析：選B　鋅是負(fù)極，SO從右向左遷移，A正確；電池的正極反應(yīng)為PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B錯(cuò)誤；左邊鋅失去電子轉(zhuǎn)化為ZnSO4，ZnSO4濃度增大，右邊ZnSO4濃度不變，C正確；若有6.5 g鋅即0.1 mol鋅溶解，根據(jù)電荷守恒可知有0.1 mol SO通過離子交換膜，D正確。 10．(2019濮陽模擬)一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要反應(yīng)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．電池工作時(shí)，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，X為電池的負(fù)極 B．鍍鉑導(dǎo)電玻璃上發(fā)生氧化反應(yīng)生成I－ C．電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應(yīng)：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I(xiàn) D．電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中I－和I的濃度基本不變 解析：選B　電池工作時(shí)，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蓤D中電子的移動(dòng)方向可知，電極X為原電池的負(fù)極，故A正確；鍍鉑導(dǎo)電玻璃上，I得電子被還原為I－，故B錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，正極反應(yīng)為I＋2e－===3I－，又Ru2＋和Ru3＋、I和I－相互轉(zhuǎn)化，所以電解質(zhì)溶液中發(fā)生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I(xiàn)，故C正確；由電池中發(fā)生的反應(yīng)可知，I在正極上得電子被還原為I－，后又被氧化為I，I和I－相互轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光敏有機(jī)物在激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，電解質(zhì)溶液中I－和I的濃度基本不變，故D正確。 11．我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na—CO2電池。放電時(shí)該電池“吸入”CO2，充電時(shí)“呼出”CO2。吸入CO2時(shí)，其工作原理如圖所示。吸收的全部CO2中，有 轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管(MWCNT)電極表面。下列說法正確的是(　　) A．“吸入”CO2時(shí)，鈉箔為正極 B．“呼出”CO2時(shí)，Na＋向多壁碳納米管電極移動(dòng) C．“吸入”CO2時(shí)的正極反應(yīng)：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每“呼出”22.4 L CO2，轉(zhuǎn)移電子0.75 mol 解析：選C　“吸入”CO2時(shí)是原電池，根據(jù)圖示，鈉變成了Na＋，被氧化，鈉箔為負(fù)極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；“呼出”CO2時(shí)是電解池，陽離子向陰極移動(dòng)，Na＋向鈉箔電極移動(dòng)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)該電池“吸入”CO2，吸收的CO2有 轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體，有 轉(zhuǎn)化為C，正極反應(yīng)為4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，故C項(xiàng)正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4 L CO2的物質(zhì)的量為1 mol，根據(jù)2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2↑可知每“呼出”1 mol CO2，轉(zhuǎn)移電子 mol，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 12.如圖所示是原電池的裝置圖。請(qǐng)回答： (1)若C為稀H2SO4，電流表指針發(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”)。 (4)CO與H2反應(yīng)還可制備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)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極材料是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。(4)根據(jù)圖中的電子流向知c是負(fù)極，是甲醇發(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)狀況下體積為11.2 L。 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 (4)負(fù)極　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2 13．(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進(jìn)行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。 ①該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為__________________________________________。 若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn________g(已知F＝96 500 Cmol－1)。 ②鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向________(填“左”或“右”)移動(dòng)；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動(dòng)。 ③圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有________________________________________________________________________。 (2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖3所示，電池正極的電極反應(yīng)式是____________________________，A是________(填名稱)。 (3)利用原電池工作原理測(cè)定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖4所示。該電池中O2－可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng)，工作時(shí)O2－的移動(dòng)方向___________(填“從a到b”或“從b到a”)，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________________________。 解析：(1)①放電時(shí)高鐵酸鉀為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若維持電流強(qiáng)度為1 A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 mol＝0.006 217 6 mol。理論消耗Zn的質(zhì)量為65 gmol－1≈0.2 g。②電池工作時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng)；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動(dòng)。(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失去電子，在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則電解質(zhì)溶液為NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作時(shí)電極b作正極，O2－由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入CO的電極a是負(fù)極，負(fù)極上CO失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO＋O2－－2e－===CO2。 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2?、谟摇∽蟆、凼褂脮r(shí)間長、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化銨 (3)從b到a　CO＋O2－－2e－===CO2