1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。核心素养测评 二十原电池化学电源一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是()A.原电池是将化学能转化成电能的装置B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成C.图中a极为铝条、b极为锌片时,导线中会产生电流D.图中a极为锌片、b极为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片【解析】选D。D项,a极为负极,电子由负极(锌片)流出。2.(2020北京海淀模拟)锌锰碱性干电池
2、是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率,称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是()A.两者正极材料不同B.MnO2的放电产物可能是KMnO4C.两者负极反应式均为Zn失电子D.原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象【解析】选B。题中左图为干电池,干电池的正极材料是碳棒,题中右图为原电池,正极材料是铜单质,两者正极材料不同, A正确;干电池中MnO2应作氧化剂,Mn的化合价降低, B错误;所给装置中Zn为负极,Zn失去电子, C正确;根据自放电现象的定义,Zn与稀硫酸能够发生反应,即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象, D正确。【加
3、固训练】(2020长沙模拟)如图所示装置,电流表G发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的()A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液【解析】选D。该原电池中,A极逐渐变粗,B极逐渐变细,所以B作负极,A作正极,B的活泼性大于A的活泼性,所以排除A、C选项;A极逐渐变粗,说明有金属析出,B选项析出氢气不是金属,D选项析出金属。3.(2020衡阳模拟)Journal of Energy Chemistry杂志曾报道我国科学家设计的CO2
4、熔盐捕获与转化装置,其示意图如图所示,下列有关说法正确的是()A.b为负极B.中,捕获CO2时碳元素的化合价发生了变化C.a极电极反应式为2C2-4e-4CO2+O2D.转移1 mol电子可捕获CO2气体22.4 L【解析】选C。根据图片可知C2O2,则a电极发生失去电子的氧化反应,为阳极,与电源正极相接,所以b为原电池正极, A错误; CO2C2或C时碳元素的化合价均为+4,没有变化, B错误; 根据图片可知C2O2,电极上发生失去电子的氧化反应,所以a极的电极反应式为2C2-4e-4CO2 +O2, C正确; 由a极的电极反应式为2C2-4e-4CO2 +O2可知,转移1 mol的电子生成
5、1 mol的二氧化碳,转移1 mol电子可捕获CO2气体在标准状况下的体积为22.4 L,该选项未指明气体的条件, D错误。【加固训练】某小组为了探究电化学原理,设计了如图所示的电化学装置,电极为锌,其他电极均为石墨,盐桥是浸泡了饱和氯化钾溶液的琼脂,丙池是滴加了酚酞的氯化钠溶液,下列叙述正确的是()A.电子由电极通过外电路流向电极B.装置工作过程中电极周围出现红色C.电极发生还原反应D.盐桥中Cl-向乙池移动【解析】选C。是锌、其余电极都是石墨,锌易失电子作负极,是正极,甲、乙构成原电池,丙有外接电源,属于电解池,为阳极、为阴极。电子从负极沿导线流向阴极,故A错误;电极是阳极,阳极上氯离子放
6、电生成氯气,为阴极,阴极上氢离子放电生成氢气,同时电极附近生成氢氧根离子,导致溶液变红色,故B错误;电极上铜离子得电子发生还原反应而析出Cu单质,故C正确;盐桥中氯离子向负极甲池区域移动,故D错误。4.(2020邯郸模拟)下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是()A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 gD.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源【解析】选C。在干电池中,Zn作负极,被氧化,B正确;C项忽略了硫酸铅在该极上析出,该极质量应该增加而非减小;氢氧燃料电池不需要
7、将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D正确。 二、非选择题(本题包括2小题,共26分)5.(14分)(1)锌锰(Zn-MnO2)干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是_。电池工作时,电子流向_(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是_。(2)铅蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解液为硫酸。该电池总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。该蓄电池放电时,电解质溶液中阴离子移向_(
8、填“正极”或“负极”);正极附近溶液的酸性_(填“增强”“减弱”或“不变”),负极的电极反应式为_。(已知:硫酸铅为不溶于水的白色沉淀,生成时附着在电极上)实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,若制得0.050 mol Cl2,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是_ mol。(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为KOH溶液,则氢氧燃料电池的负极反应式为_。该电池工作时,外电路每流过2 mol e-,消耗标准状况下氧气_ L。【解析】(1)负极上失电子发生氧化反应,则Zn失电子为负极,电子由负极流向正极。电化学腐蚀较化学腐蚀更快,锌与还原出来
9、的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)在铅蓄电池中,根据原电池反应式中元素化合价变化知,在Pb电极上Pb元素化合价由0变为+2,发生氧化反应:Pb-2e-+SPbSO4,所以Pb作负极,PbO2作正极,电解质溶液中阴离子移向负极。工作时,该铅蓄电池正极上PbO2得电子发生还原反应,电极反应为PbO2+S+2e-+4H+PbSO4+2H2O,正极附近溶液的酸性减弱。设生成0.05 mol Cl2需转移的电子为x mol。2Cl-2e-Cl22 mol1 molx mol0.050 mol解得x=0.1,设转移0.1 mol e-时,消耗硫酸的物质的量为y mol,放电时,铅蓄电池的电池反应式
10、为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O转移电子2 mol2 moly mol 0.1 moly=0.1,所以消耗硫酸的物质的量为0.1 mol。(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2H2+O22H2O,电解质溶液呈碱性,负极上氢气失电子生成水,则负极的电极反应式为H2+2OH-2e-2H2O或2H2+4OH-4e-4H2O;该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应,其电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,则外电路每流过2 mol e-,消耗氧气为0.5 mol,所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 mol22.4 Lmol-1=11.2 L。答案:(1)Zn正极Zn与Cu2
11、+反应生成Cu,Zn与Cu构成原电池,加快反应速率(2)负极减弱Pb-2e-+SPbSO40.1(3)H2-2e-+2OH-2H2O11.26.(12分)(1) CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下:电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O,则电极c是_(填“正极”或“负极”),电极c的反应式为。若线路中转移2 mol电子,则上述CH3OH燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为_ L。 (2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:电池的负极是_(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为_。电
12、池工作一段时间后电解质溶液的pH_。(填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】(1) 根据图中的电子流向知c是负极,是甲醇发生氧化反应:CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+,线路中转移2 mol电子时,消耗氧气0.5 mol,标准状况下体积为11.2 L。(2)CH4在反应时失去电子,故a电极是电池的负极。负极反应式可由总反应式CH4+2OH-+2O2C+3H2O减去正极反应式O2+2H2O+4e-4OH-得到。由于电池工作过程中会消耗OH-,故一段时间后,电解质溶液的pH会减小。答案:(1)负极CH3OH-6e-+H2OCO2+6H+11.2(2)aCH4+10OH-8e-C+7H2O减
13、小一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020北京朝阳区模拟)我国科研人员借助太阳能,将光解水制H2与脱硫结合起来,既能大幅度提高光解水制H2的效率,又能脱除SO2,工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A.该装置可将太阳能转化为化学能B.催化剂a表面发生还原反应,产生H2C.催化剂b附近的溶液pH增大D.吸收1 mol SO2,理论上能产生1 mol H2【解析】选C。在光解水的过程中,存在将太阳能转化为化学能的过程,A项正确;根据示意图,a为得到电子的一极,发生还原反应,电解水时2H2O2H2+O2,得到电子的一极产生氢气,B项正确;b为电子流出的一极,发生氧化反应,2
14、H2O-4e-O2+4H+,产生H+,pH减小,C项错误;在b附近,氧气、二氧化硫,以及水生成硫酸,1 mol SO2生成H2SO4,转移2 mol电子,根据得失电子守恒,2H2O+2e-H2+2OH-,将产生1 mol氢气,D项正确。2.(2020钦州模拟)新型锂空气电池能量密度高、成本低,可作为未来电动汽车的动力源,其工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是()A.充电时,金属锂为阳极B.放电时,正负两极周围都有LiOHC.放电时,每消耗22.4 L O2,转移4 mol电子D.放电和充电时,Li+迁移方向相反【解析】选D。由图可知,放电时是原电池原理,原电池放电反应为自发的氧化还原
15、反应,即4Li+O2+2H2O4LiOH,锂为负极,失去电子发生氧化反应Li-e-Li+,正极上发生得电子的还原反应O2+4e-+2H2O4OH-;充电时的原理是电解池原理,金属锂电极为阴极,发生还原反应Li+e-Li,阳极反应为4OH-4e-O2+2H2O。根据以上分析,充电时,金属锂为阴极,故A错误;金属锂电极周围为有机电解液,非水溶液,放电时,该极周围不会有LiOH,故B错误;没有标明是在标准状况下,无法计算22.4 L O2的物质的量,故C错误;放电时阳离子由负极向正极移动,充电时阳离子由阳极向阴极移动,所以Li+迁移方向相反,故D正确。【加固训练】锌-空气燃料电池可作电动车的动力电源
16、,电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+2H2O+4OH-2Zn(OH。下列说法正确的是()A.放电时,电解质溶液中K+移向负极B.放电时,电解质溶液的pH不变C.充电时,阴极的反应为Zn(OH+2e-Zn+4OH-D.充电时,当有4.48 L氧气(标准状况下)释放出来时,则析出固体Zn为13 g【解析】选C。放电时,为原电池,溶液中阳离子向正极移动,即K+向正极移动,故A错误;放电时,消耗氢氧根离子,碱性减弱,pH减小,故B错误;充电时,阴极上发生得电子的还原反应,则阴极反应为Zn(OH+2e-Zn+4OH-,故C正确;产生1 mol氧气,转移电子为4 mol,充电时,当有4.48 L
17、氧气(标准状况下)释放出来时,转移电子的物质的量为4=0.8 mol,根据Zn2e-,则析出固体Zn:65 gmol-1=26 g,故D错误。3.(2020开封模拟)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的是()A.放电时,负极的电极反应式为Li-e-Li+B.放电时,电子通过电解质从Li流向Fe2O3C.充电时,Fe作阳极,电池逐渐摆脱磁铁吸引D.充电时,阳极的电极反应式为2Fe+3Li2O-6e-Fe2O3+6Li+【解析】选B。该电池在充、放电时的
18、反应为6Li+Fe2O33Li2O+2Fe;放电时,Li为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式是Li-e-Li+,选项A正确;放电时,电子通过外电路从负极Li流向正极Fe2O3,不能经过电解质,选项B错误;充电时,Fe作阳极,失去电子,发生氧化反应,被氧化为Fe2O3,Fe2O3不能被磁铁吸引,故电池逐渐摆脱磁铁吸引,选项C正确;充电时,阳极失去电子,发生氧化反应,该电极反应式为2Fe-6e-+3Li2OFe2O3+6Li+,选项D正确。二、非选择题(本题包括2小题,共32分)4.(12分)(2020石家庄模拟)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知:铬能与稀硫酸反应,生成氢气和硫酸亚铬
19、(CrSO4)。(1)铜、铬构成的原电池如图甲,其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为_。盐桥中装的是饱和KCl琼脂溶液,下列关于此电池的说法正确的是_(填选项字母)。A.盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性,凡是有盐桥的原电池,盐桥中均可以用饱和KCl琼脂溶液B.理论上1 mol Cr溶解,盐桥中将有2 mol Cl-进入左池,2 mol K+进入右池C.此过程中H+得电子,发生氧化反应D.电子从铬极通过导线到铜极,又通过盐桥转移到左烧杯中(2)如果构成图乙电池,发现铜电极上不再有图甲的现象,铬电池上产生大量气泡,遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式:_。(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直
20、接投入氯化铜溶液时,观察到了预料之外的现象:铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状;反应一段时间后有大量气泡逸出,且在一段时间内气泡越来越多,经点燃能发出爆鸣声,证明是氢气。请解释这两种现象的原因:_。【解析】(1)由于铬能与稀硫酸反应,生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4),说明铬电极是负极,铜电极是正极,氢离子在正极放电,所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。A项,盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性,若电解质溶液中有与KCl发生反应的离子,如当电解质溶液是AgNO3溶液时,盐桥中的电解质溶液就不能用KCl琼脂溶液,错误;B项,理论上1 mol Cr溶解,
21、Cr-2e-Cr2+,转移2 mol 电子,同时正极消耗2 mol H+,2H+2e-H2,根据溶液呈电中性可知,盐桥中将有2 mol Cl-进入左池,2 mol K+进入右池,正确;C项,此过程中H+得电子,发生还原反应,错误;D项,电子不能在溶液中传递,溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的,错误。(2)稀硝酸作电解液时,铬电极上产生大量气泡,遇空气呈红棕色,说明溶液中的硝酸根离子得到电子,产生NO,NO被氧化生成NO2,因此铜是负极,铬是正极,则正极的电极反应式为4H+N+3e-NO+2H2O。(3)Cr比铜活泼,既能与铜盐发生置换反应生成Cu,又能与酸反应生成氢气,由于Cu2+水解使溶
22、液呈酸性,铬与酸性溶液反应生成氢气,气泡使生成的铜疏松;生成的铜和铬形成原电池,因此使产生氢气的速率加快。答案:(1)铜电极上有气泡产生B(2)4H+N+3e-NO+2H2O(3)Cu2+水解使溶液呈酸性,铬既能与Cu2+发生置换反应生成Cu,又能与酸性溶液反应生成氢气,气泡使生成的铜疏松;生成的铜和铬形成原电池,使产生氢气的速率加快5.(20分)(1)(2020哈尔滨模拟节选)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O构成电池的方法,既能实现有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能,装置如图所示。电极A的电极反应式为_。下列关于该电池的说法正确的是_。A.电子从右侧电极经过
23、负载后流向左侧电极B.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜C.电池工作一段时间,溶液的pH不变D.当有4.48 L NO2被处理时,转移电子物质的量为0.8 mol(2)(2020揭阳模拟节选)以甲烷为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池,目前得到广泛研究。如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题:B极上的电极反应式为_。若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解硫酸铜溶液,当阳极收集到5.6 L(标准状况)气体时,消耗甲烷的体积为_ L(标准状况下)。【解析】(1)根据电池反应的化学方程式可知氨气中氮元素的化合价升高,被氧化,所以通入氨
24、气的一极为负极,发生的反应是氨气失去电子生成氮气,因为电解质溶液为KOH溶液,所以氨气失去电子与氢氧根离子结合为水,电极反应式是2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。A项,电子从负极(左侧)流出经过负载后流向正极(右侧),故A错误;B项,溶液中的OH-从右侧移动到左侧,参与负极的电极反应,为使电池持续放电,则必须用阴离子交换膜,同时防止二氧化氮与碱反应,生成硝酸盐与亚硝酸盐,导致原电池不能正常工作,故B正确;C项,负极区消耗OH-,生成水,溶液pH减小,正极区消耗水,生成OH-,溶液pH增大,故C项错误;D项,没说明4.48 L NO2是否为标准状况下测得的数据,无法利用标准状况下气体摩尔体积计算,故D错误。综上,选B。(2)由阴离子移动方向可知B为负极,负极发生氧化反应,甲烷被氧化生成二氧化碳和水,电极方程式为CH4+4O2-8e-CO2+2H2O。若用该燃料电池作电源,用石墨作电极电解硫酸铜溶液,当阳极收集到5.6 L(标准状况)氧气时,反应转移1 mol 电子,由得失电子数目守恒可知消耗甲烷的物质的量为0.125 mol,则甲烷的体积为0.125 mol22.4 Lmol-1=2.8 L。答案:(1)2NH3-6e-+6OH-N2+6H2OB(2)CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O2.8关闭Word文档返回原板块
