1、课时作业17原电池化学电源时间：45分钟一、选择题1(2020广西桂林、贺州、崇左调研)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是(D)Ab极是电池的正极B甲烧杯中K经盐桥流向乙烧杯C甲烧杯中溶液的pH逐渐减小D电池的总反应离子方程式为MnO5Fe28H=Mn25Fe34H2O解析：本题考查原电池原理，侧重考查电极判断、离子移动方向等。由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则b为负极，a为正极，所以总的电极反应式为2KMnO410FeSO48H2SO4=2M
2、nSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O。由于Fe2在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A错误；K向正极移动，所以K从盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中a电极上MnO获得电子，发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应为MnO8H5e=Mn24H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反应式可知，反应的离子方程式为MnO5Fe28H=Mn25Fe34H2O，D正确。2(2020福建六校联考)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。反应过程中有红棕色气体产生。下列说
3、法错误的是(D)At1 s前，Al片的电极反应为：2Al3H2O6e=Al2O36HBt1 s时，因Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了Al继续反应Ct1 s之后，负极Cu失电子，电流方向发生改变D烧杯中发生反应的离子方程式为：2NO22OH=2NOH2O解析：t1 s前，Al片作负极，发生氧化反应，其电极反应式为2Al3H2O6e=Al2O36H，A项正确；t1 s时，随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应，B项正确；t1 s后Cu作负极发生氧化反应，电流方向发生改变，C项正确；NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2，即烧杯中发生反应的离子方程式为2NO22OH=NON
4、OH2O，D项错误。3(2020云南新平一中月考)可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(A)A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O22H2O4e=4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al3OH3e=Al(OH)3C以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析：本题考查铝空气燃料电池的工作原理，涉及电极反应式、电子流向、电解质溶液的变化等。电解质溶液显碱性或中性，该燃料电池的正极反应均为O22H2O4e=4OH，A正确；铝作
5、负极，铝失去电子变为Al3，在NaOH溶液中反应生成AlO，则负极反应为Al4OH3e=AlO2H2O，B错误；该电池在碱性条件下消耗了OH，生成H2O，总反应式为4Al3O24OH=4AlO2H2O，溶液pH降低，C错误；电池工作时，电子从负极流出经过外电路流到正极，D错误。4(2020陕西榆林第二次质检)联氨(N2H4)是火箭的燃料，一种用联氨制成的燃料电池示意图如下，下列有关该电池的说法正确的是(C)A该电池工作时，电子从负极经电解质溶液流向正极B负极的反应式为N2H44e=N24HC电池工作一段时间后，溶液的pH减小D当电路中通过0.1 mol电子时，负极上消耗0.56 L O2(标准
6、状况)解析：本题考查联氨燃料电池的构成及工作原理。电池工作时，电子从负极经导线流向正极，不进入电解质溶液，A错误；N2H4在负极上发生氧化反应生成N2，电解质溶液是KOH溶液，则电极反应式为N2H44OH4e=N24H2O，B错误；正极反应式为O22H2O4e=4OH，综合两电极反应式可得燃料电池总反应式为N2H4O2=N22H2O，反应生成H2O，c(KOH)逐渐减小，溶液的pH减小，C正确；O2参与正极反应，电路中通过0.1 mol电子时，正极上消耗0.025 mol O2，在标准状况下的体积为0.025 mol22.4 Lmol10.56 L，D错误。5(2020陕西宝鸡中学月考)某传感
7、器工作原理如图所示，利用该传感器可以测定空气中NO、CO、NH3、SO2等有害气体的含量。下列说法正确的是(C)A传感器工作中，电子由Pt()极经电流计传到Pt()极B若M为熔融KOH，X为NH3，Y为N2，则负极的电极反应式为2NH36e=N26HC若M是含O2的固体电解质，X为NO，则正极的电极反应式为O24e=2O2D若X为CO，M为KOH溶液，则电池总反应为2COO2=2CO2解析：本题考查传感器的工作原理，涉及电子流向、电极和电池反应式等。O2通入Pt()极，发生还原反应，则Pt()是正极，Pt()是负极，故电子由Pt()极经电流计传到Pt()极，A错误；X为NH3，Y为N2，M为熔
8、融KOH，则负极反应为2NH36OH6e=N26H2O，B错误；M是含O2的固体电解质，则正极的电极反应式为O24e=2O2，C正确；X为CO，M为KOH溶液，则电池总反应为2COO24KOH=2K2CO32H2O，D错误。6(2020北京海淀区模拟)全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为：VO(黄色)V2(紫色)2H=VO2(蓝色)H2OV3(绿色)。下列说法不正确的是(C)A正极反应为VO2He=VO2H2OB负极附近的溶液由紫色逐渐变为绿色C反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为0.5 molD原电池使用过程中溶液的pH逐渐增大解析：由电池总反应VO(黄色
9、)V2(紫色)2H=VO2(蓝色)H2OV3(绿色)可得，VO为正极的活性物质，V2为负极的活性物质，所以左室为正极室，右室为负极室。正极反应为VO2He=VO2H2O，A项正确；负极反应为V2e=V3，所以负极附近溶液的颜色由紫色逐渐变为绿色，B项正确；由电极反应VO2He=VO2H2O可知，反应每生成1 mol H2O时转移电子的物质的量为1 mol，C项错误；由原电池总反应可知，反应过程中H被不断消耗，所以溶液的pH逐渐增大，D项正确。7(2020四川泸州一模)如图是一种可充电锂电池，反应原理是4LiFeS2Fe2Li2S，SO(CH3)2是溶剂。下列说法正确的是(C)A放电时，a极被还
10、原B放电时，电解质溶液中PF向b极区迁移C充电时，b极反应式为Fe2Li2S4e=FeS24LiD充电时，a极连接电源的正极解析：本题考查可充电锂电池的构成及原理。放电时，该装置是原电池，Li作负极，发生氧化反应，电极反应式为Lie=Li，A错误；放电时，a极是负极，b极是正极，电解质溶液中阴离子移向负极，则PF向a极区迁移，B错误；充电时，该装置是电解池，b极是阳极，发生氧化反应，电极反应式为Fe2Li2S4e=FeS24Li，C正确；充电时，a极是阴极，连接电源的负极，D错误。8(2020湖南湘东六校联考)一种新型可充电电池的工作原理如图所示。总反应为Al3Cn(AlCl4)4AlCl4A
11、l2Cl3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是(C)A放电时负极反应为2Al6e7Cl=Al2ClB放电时AlCl移向正极C充电时阳极反应为AlCleCn=Cn(AlCl4)D电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原解析：放电时，铝为负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应式为：Al3e7AlCl=4Al2Cl，A错误。放电时，AlCl移向负极，B错误。充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，石墨中碳元素的化合价没有发生变化，失去电子的是AlCl，电极反应式为：CnAlCle=Cn(AlCl4)，C正确。1 mol Cn(AlCl4)被还原仅转移1 mol电子，D
12、错误。9(2020甘肃武威六中一诊)“锌碘”新型安全动力电池有望取代目前广泛使用的“铅蓄电池”“锂电池”等，已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(C)A该电池安全性高，且对环境友好B正极反应式为I2e=3I，电极a附近显红色C电子的移动方向为“Zn电极a电极b石墨毡”D“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损解析：本题考查“锌碘”电池的工作原理，以及以它作电源的电解原理。该电池对环境友好，且避免使用易燃的有机电解液，安全性高，A正确；“锌碘”电池中，Zn作负极，发生氧化反应，石墨毡作正极，I在正极得电子发生还原反应，其电极反应式为I2e=3I，石墨电极a连接负极，为电解池
13、阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O2e=H22OH，a极附近溶液显碱性，使酚酞变红，B正确；电子不能通过溶液，其移动方向为“Zn电极a，电极b石墨毡”，C错误；该新型电池的充放电过程会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，所以“回流通道”的作用是减缓电池两室的压差，避免电池受损，D正确。10(2020四川蓉城名校联盟联考)某课题研究小组设计如图所示装置(电极材料均为Pt)，该装置可将工业废水中的乙胺(CH3CH2NH2)转化为无毒无害物质。下列分析错误的是(D)A电极N为电池的负极B电池工作时，H由N极区通过交换膜移动到M极区C电极N的电极反应式为2CH3CH2NH28H2O30e
14、=4CO2N230HD当空气(含氧气20%)的进入量为7.5 mol时，可以处理含乙胺(质量分数为9%)的废水0.1 kg解析：本题考查利用原电池原理处理工业废水中乙胺的原理及分析。含有乙胺的废水通入电极N，空气通入电极M，则电极N是电池的负极，M是正极，A正确；电池工作时，阳离子向正极移动，则H由N极区通过交换膜移动到M极区，B正确；电极N上CH3CH2NH2发生氧化反应转化为无毒无害物质，应生成N2和CO2，电极反应式为 2CH3CH2NH28H2O30e=4CO2N230H，C正确；7.5 mol空气(含氧气20%)中含有O2的物质的量为1.5 mol，参与正极反应：O24H4e=2H2
15、O，电路中通过6 mol电子，据得失电子守恒可知，电极N上消耗0.4 mol CH3CH2NH2，则有m(CH3CH2NH2)0.4 mol45 gmol118 g，故处理含乙胺废水的质量为200 g0.2 kg，D错误。二、非选择题11(2020山西太原月考)SO2、CO、CO2等是对环境影响较大的几种气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。(1)利用电化学原理可将CO、SO2转化为重要化工原料，装置如图所示：若A为CO，B为H2，C为CH3OH，则通入CO的一极为正极。若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应式为SO22H2O2e=SO4H。(2)碳酸盐燃
16、料电池，以一定比例低熔点Li2CO3和Na2CO3为电解质，操作温度为650 ，在此温度下以镍为催化剂，以水煤气(CO、H2的体积比为11)直接作燃料，其工作原理如图所示。电池总反应为COH2O2=CO2H2O。以此电源电解足量的硝酸银溶液，若阴极产物的质量为21.6 g，则阳极产生的气体在标准状况下的体积为1.12 L。电解后溶液体积为2 L，溶液的pH为1。解析：(1)燃料电池中，通入氧化剂的一侧电极是正极、通入还原剂的一侧电极是负极，左室中C元素化合价由2变为2，右室中H元素化合价由0变为1，所以CO是氧化剂，则通入CO的一侧电极为正极，电极反应式为CO4e4H=CH3OH。若A为SO2
17、，B为O2，C为H2SO4，负极上的电极反应式为SO22H2O2e=SO4H。(2)该燃料电池中，负极的气体按物质的量之比为11参与反应，CO、H2和O2反应生成CO2和水，电池总反应为COH2O2=CO2H2O。电解AgNO3溶液，阴极反应为Age=Ag，阳极反应为2H2O4e=4HO2，由上述分析可知，阴极产物为Ag，若阴极生成21.6 g银，其物质的量为21.6 g108 gmol10.2 mol，转移电子为0.2 mol，根据得失电子守恒，阳极产生0.05 mol O2，标准状况下产生O2的体积为0.05 mol22.4 Lmol11.12 L，根据电极反应可知，电解后生成的H为0.2
18、 mol，则c(H)0.2 mol/2 L0.1 molL1，故溶液的pHlg0.11。12为实现废旧普通干电池中锌与MnO2的同时回收，某研究小组设计了如图1的工艺流程和如图2的实验探究装置：回答下列问题：(1)普通锌锰干电池放电时被还原的物质是MnO2，用离子方程式解释其被称为“酸性”电池的原因NHH2ONH3H2OH。(2)测得滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)，则稀硫酸酸浸时主要反应的化学方程式为ZnMnO22H2SO4=ZnSO4MnSO42H2O，粉碎的重要作用是增大锌粉与二氧化锰粉末的接触面积。(3)燃料电池的优点是能量转换率高、环境友好，图2中甲烷燃料电池负极的电极反
19、应为CH48e10OH=CO7H2O。(4)闭合开关K一段时间后，阳极附近溶液的pH减小(填“增大”“不变”或“减小”)，电解池中回收锌与MnO2的总反应的离子方程式为Zn2Mn22H2OZnMnO24H。(5)若燃料电池中负极消耗2.24 L(标准状况)CH4，且均完全转化为电能，电解池中回收制得19.5 g单质Zn，计算图2装置的电流效率75%。(生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数100%)。解析：(1)普通锌锰干电池的构造：外壳为锌筒，中间是石墨棒，其周围是由MnO2和NH4Cl等组成的糊状填充物，还原剂锌在负极失去电子被氧化，氧化剂MnO2在正极得到电子被还原。(2)“酸浸”时首
20、先会想到活泼金属锌与稀硫酸的反应：ZnH2SO4=ZnSO4H2，结合“滤液”的溶质为ZnSO4和MnSO4可推知，在酸性溶液中锌把MnO2还原为Mn2：ZnMnO22H2SO4=ZnSO4MnSO42H2O；进而由“滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)”判断出，粉碎的重要作用是增大锌粉与MnO2粉末的接触面积，使上述两个反应中的第二个反应成为主要反应。(3)“高效、环境友好的发电装置”是教材给出的燃料电池概念，据此知燃料电池的优点是能量转换率高和环境友好。碱性燃料电池中，甲烷的氧化产物为CO，负极反应为：CH48e10OH=CO7H2O。(4)铝电极与负极相连，作电解池的阴极，电解时溶液中的锌离子在铝电极上得到电子被还原为单质锌：Zn22e=Zn。阳极上Mn2失去电子被氧化为MnO2：Mn22e2H2O=MnO24H，生成的氢离子使阳极附近溶液的pH减小。阴、阳两个电极反应相加即为电解池的总反应：Zn2Mn22H2OZnMnO24H。(5)n(CH4)2.24 L/22.4 Lmol10.1 mol，由负极反应知消耗0.1 mol甲烷失去0.8 mol e；n(Zn)19.5 g/65 gmol10.3 mol，由阴极反应知生成0.3 mol Zn得到0.6 mol e；图2装置的电流效率100%75%。
