1、课时规范练7原电池化学电源(时间:45分钟满分:100分)课时规范练第14页一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理如图所示,其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是()。A.溶液中OH-向电极a移动B.电极b上发生还原反应C.负极的电极反应式为2NH3+6OH-6e-N2+6H2OD.理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为34答案:D解析:电极a上NH3发生氧化反应生成N2,则电极a为负极,电极b为正极,原电池中,阴离子向负极移动,故A项正确;电极b为正极,正极上发生还原反应,B
2、项正确;负极上NH3失电子生成N2和H2O,电极反应式为2NH3+6OH-6e-N2+6H2O,C项正确;由电池反应4NH3+3O22N2+6H2O可知,理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为43,D项错误。2.乙烯催化氧化生成乙醛的反应可设计成如下图所示的燃料电池,能在制备乙醛的同时获得电能,其总反应为2CH2CH2+O22CH3CHO。下列有关说法正确的是()。A.a电极发生还原反应B.放电时,每转移2 mol电子,理论上需要消耗28 g乙烯C.b极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-D.电子移动方向:电极a磷酸溶液电极b答案:B解析:乙烯为负极反应物,所以a电极发生氧化反应,A项
3、错误;放电时,负极发生CH2CH2+H2O-2e-CH3CHO+2H+,每转移2 mol电子,理论上需要消耗1 mol乙烯即28 g,B项正确;b极上的电极反应式为O2+4H+4e-2H2O,C项错误;原电池中电子只能通过导线和电极传递,不能通过溶液传递,D项错误。3.(2019陕西西安中学高三模拟)在如图所示的装置中,a是金属活动性顺序中氢前的金属(K、Ca、Na除外),b为石墨棒,关于此装置的各种叙述不正确的是()。A.石墨棒上有气体放出,pH变大B.a是正极,b是负极C.导线中有电子流动,电子从a极经导线到b极D.a极上发生了氧化反应答案:B解析:a是金属活动性顺序中氢前的金属(K、Ca
4、、Na除外),b为石墨棒,该装置构成原电池,a为负极、b为正极,石墨棒上氢离子得电子生成氢气,溶液中氢离子浓度减小,溶液的pH增大,故A项正确;通过以上分析知,a是负极、b是正极,故B项正确。4.(2019吉林公主岭高三模拟)有位科学家说:“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。以下判断错误的是()。A.电池正极发生的反应:O2+4e-2O2-B.电池负极发生的反应:CH4+4O2-8e-CO2+2H2OC.固体电解质里的O2-
5、的移动方向:由正极流向负极D.向外电路释放电子的电极是正极(即电子由正极流向负极)答案:D解析:该燃料电池中,正极上氧气得电子生成O2-,电极反应式为O2+4e-2O2-,故A正确;负极上甲烷失电子与O2-反应生成二氧化碳和水,电极反应式为CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,故B正确;放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以氧离子向负极移动,故C正确;外电路中电子从负极流向正极,故D错误。5.(2019全国)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是()。A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和
6、,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动答案:B解析:该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。6.氮的化合物可以通过电化学转化,如图为NO转化为NO2的工作原理示意图,下列说法正确的是()。A.Pt电极上发生的是氧化反
7、应B.Pt电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-C.每转化1 mol NO,消耗O2的体积为11.2 LD.外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动答案:D解析:根据装置图可知,Pt电极上氧气得到电子转化为O2-,所以Pt电极作正极,发生还原反应,NiO电极作负极,A错误;Pt电极上氧气得到电子转化为O2-,B错误;不能确定氧气所处的状况,则不能计算氧气的体积,C错误;NiO是负极,NO在负极上失去电子,外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动,D正确。7.人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示的人工光合系统,成功地实现了以CO2和H
8、2O合成CH4,下列说法错误的是()。A.GaN表面发生氧化反应,有O2产生B.相同条件下,生成的O2和CH4体积比为21C.产生22.4 L O2时,电解液中H+从右向左迁移4 gD.Cu表面的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O答案:C解析:根据题给装置图中电子的流向可确定GaN电极为负极,发生反应:4H2O-8e-8H+2O2,GaN表面发生氧化反应,A项正确;Cu电极的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O,根据得失电子守恒知,相同条件下生成O2和CH4的体积比为21,B、D项正确;没有给出气体所处的状态,不能用标准状况下的气体摩尔体积进行计算,C项错误。8.(2
9、019全国)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二次电池,结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是()。A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l)C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-ZnO(s)+H2O(l)D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区答案:D解析:三维多
10、孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。二、非选择题(本题共3个小题,共52分)9.(12分)根据右图回答下列问题:.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象是,负极的电极反应式为
11、。(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为(填“Mg”或“Al”),总反应的化学方程式为。.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。(1)该电池工作时,b口通入的物质为,c口通入的物质为。(2)该电池负极的电极反应式为。(3)工作一段时间后,当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时,有NA个电子转移。答案:.(1)Mg逐渐溶解,Al片上有气泡冒出,电流计指针偏转Mg-2e-Mg2+(2)Al2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2.(1)CH3OHO2或空气(2)CH3OH+H2O-6e-CO2+6
12、H+(3)2.4解析:.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,因Mg的活泼性比Al强,故Mg作负极,负极上发生反应Mg-2e-Mg2+,镁片溶解;Al作正极,正极上发生反应2H+2e-H2,故Al片上有气泡冒出;因电路中产生电流,故电流计指针偏转。(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,因为Mg不与NaOH溶液反应,所以Al是负极,Mg是正极,总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2。.由H+移动方向可知,左侧为负极,右侧为正极,故b口通入CH3OH,c口通入O2或空气。负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+。当12.8 g甲醇(即0.4 mol)完全反应生成CO2时,转移2.
13、4 mol电子,即转移2.4NA个电子。10.(20分)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如图所示,比较两者的异同,回答问题:化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值110-17110-17110-39(1)酸性锌锰干电池的负极反应为。(2)碱性锌锰干电池在放电过程中产生MnOOH,写出正极反应式: 。(3)维持电流强度为0.6 A,电池工作10分钟。理论消耗Zn g。(结果保留到小数点后两位,已知1 mol e-的电量为96 500 C)(4)用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,除杂步骤如下(已知当离子浓度小于110-5 molL-1时,可认为该离
14、子沉淀完全):加入足量稀硫酸和溶液将锌皮溶解,此时锌离子浓度为0.1 molL-1;调节溶液的pH为到之间(结果保留到小数点后一位),过滤除去含铁元素的沉淀。答案:(1)Zn-2e-Zn2+(2)MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-(3)0.12(4)H2O22.76解析:(1)酸性锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为二氧化锰和氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。(2)在反应中锌元素化合价升高,被氧化,Zn为负极,电极反应式为Zn+2OH-2e-Zn(OH)2;锰元素化合价降低,被还原,MnO2为正极,电极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-。(
15、3)维持电流强度为0.6 A,电池工作10分钟,则通过的电量是0.6 A600 s=360 C,因此通过电子的物质的量是36096 500 mol3.7310-3 mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是3.7310-3mol265 gmol-10.12 g。(4)双氧水具有强氧化性,能把Fe2+氧化为Fe3+,因此加入足量稀硫酸和双氧水,铁转化为硫酸铁。根据Fe(OH)3的溶度积知,当铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)=310-3910-5 molL-10.510-11 molL-1,因此加碱调节pH为2.7时Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为0.1 molL-1,根据氢氧化
16、锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8 molL-1,所以c(H+)=10-6 molL-1,此时pH为6。11.(20分)(1)甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) H=-1 275.6 kJmol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJ mol-1则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为。(2)氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题:银制器皿日久表面变黑是因为表面生成了Ag2S的缘故,该现象属于腐蚀。如果加入一
17、定浓度硝酸将发生反应:3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S+2NO+4H2O,同时Ag与硝酸反应生成AgNO3、NO、H2O,当生成标准状况下22.4 mL的气体时,参加反应的HNO3的物质的量为 。在如图甲所示的原电池装置中,负极的电极反应为,H+的移动方向为(填“从右向左”或“从左向右”);电池总反应方程式为,当电路中转移0.1 mol e-时,交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为。甲电解NO制备NH4NO3原理如图乙所示,接电源正极的电极为(填“X”或“Y”),X电极反应式为,为使电解产物完全转化为NH4NO3,需要补充的物质A的化学式为。乙答案:(1)CH3OH(l)+O2(g)C
18、O(g)+2H2O(l) H=-442.8 kJmol-1(2)化学0.004 molAg+Cl-e-AgCl从左向右2Ag+Cl22AgCl0.2 molYNO+6H+5e-NH4+H2ONH3解析:(1)已知:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H=-1 275.6 kJ mol-1,2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJ mol-1,H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJmol-1,则根据盖斯定律,由(-+4)2得CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442.8 kJ mol-1。(2)银制器皿日久变黑,表面生成
19、了Ag2S,属于化学腐蚀;Ag、Ag2S分别和硝酸反应的方程式为6Ag+8HNO36AgNO3+2NO+4H2O、3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S+2NO+4H2O,两个方程式中消耗HNO3和生成NO的化学计量数之比相等,n(NO)=0.022 4 L22.4 L mol-1=0.001 mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=40.001 mol=0.004 mol。该原电池中,Ag失电子作负极、通入氯气的电极作正极,负极反应式为Ag+Cl-e-AgCl;电解质溶液中H+向正极Pt电极方向移动;该原电池相当于氯气和Ag反应生成AgCl,故电池总反应为2Ag+Cl22AgC
20、l;放电时,左侧装置中Ag失电子和Cl-反应生成AgCl沉淀,且溶液中H+向正极移动,当电路中转移0.1 mol电子时,生成0.1 mol Ag+,0.1 mol Ag+生成AgCl需要0.1 mol Cl-,向正极方向移动0.1 mol H+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为0.2 mol。根据图示知,左侧NO得电子生成NH4+,右侧NO失电子生成NO3-,最终得到NH4NO3,该电解池中失电子的电极为阳极、得电子的电极为阴极,所以X为阴极、Y为阳极,阳极接电源正极,所以Y接电源正极,X电极反应式为NO+6H+5e-NH4+H2O;生成一个NH4+得到5个电子、生成一个NO3-失去3个电子,根据转移电子相等知,生成NH4+的浓度小于生成NO3-的浓度,要使NO3-完全转化为NH4NO3,应该加入NH3,所以加入的物质A为NH3。