1、课时作业20原电池化学电源时间：45分钟一、选择题1下列装置中，都伴随有能量变化，其中是由化学能转变为电能的是()答案：D解析：A项是将电能转化成化学能；B项是将水的势能转化成电能；C项是将太阳能转化成热能。2原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是()A由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，负极反应式为Al3e=Al3B由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al3e4OH=AlO2H2OC由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2D由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu2e=Cu2答案：C解析：
2、由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极材料是Fe，反应式为Fe2e=Fe2，C错。3下列关于实验现象的描述不正确的是()A把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B用铜片作阳极，铁片作阴极，电解氯化铜溶液，铁片表面出现一层铜C把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，放出气泡速率加快答案：C解析：A：形成CuZn原电池，Cu为正极，H在Cu片上得电子生成H2，A正确。B：为电镀，正确。C：Cu2Fe3Cu22Fe2，错误。D：Zn置换出铜附在Zn粒上，形成原电池加快了反应，正确。4(2015北京)在通风橱中进行下列实验：
3、步骤现象Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是()A中气体由无色变红棕色的化学方程式：2NOO2=2NO2B中的现象说明Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应C对比、中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3D针对中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化答案：C解析：本题考查Fe与硝酸的反应。是铁与稀硝酸反应生成无色气体NO，NO被空气中的氧气氧化生成红棕色的NO2气体，故A正确；的现象是因为铁遇浓HNO3发生了钝化，Fe表面形成致密的氧化层，阻止Fe进一步反应，故B正
4、确；实验停止是因为发生了钝化，不能用来比较稀硝酸和浓硝酸的氧化性强弱，物质氧化性强弱只能通过比较物质得电子能力强弱来分析，故C错误；中Fe、Cu都能与硝酸反应，二者接触，符合原电池构成条件，要想验证铁是否为负极，发生氧化反应，可以连接电流计根据电流计偏转方向判断，故D正确。5(2015天津)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡答案：C解析：本题考查原电池原理。由图象可知该原电池
5、反应原理为ZnCu2=Zn2Cu，故Zn电极为负极，失电子，发生氧化反应，Cu电极为正极，Cu2得电子，发生还原反应，故A项错误；该装置中因为阳离子交换膜只允许阳离子通过，故两池中c(SO)不变，故B项错误；电解过程中溶液中Zn2由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu22eCu，故乙池中为Cu2Zn2，摩尔质量M(Zn2)M(Cu2)，故乙池溶液的总质量增加，C项正确；该装置中因为阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解过程中溶液中Zn2由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，故D项错误；本题选C。6MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质
6、溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是()AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动答案：C解析：本题考查原电池原理。在原电池中活泼金属做负极，A错；H2O2具有强氧化性，在反应过程中发生还原反应，B错；石墨电极为电解池的正极，电极反应式为H2O22e2H=2H2O，电极附近溶液pH增大，C正确；原电池电解质溶液中阴离子向负极移动，D错。7银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，下列说法正确的是(
7、)A处理过程中银器一直保持恒重B银器为正极，Ag2S被还原生成单质银C该过程中总反应为2Al3Ag2S=6AgAl2S3D黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl答案：B解析：由题意可知，铝质容器、食盐溶液和银质器皿组成了原电池，铝为负极，银为正极。负极反应为：2Al6e6OH=2Al(OH)3；正极反应为：6Ag6e3S26H=6Ag3H2S；即该过程中总反应为2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S。又由于溶液中存在平衡Ag2S(s)2Ag(aq)S2(aq)，随着上述反应的进行，平衡正向移动，黑色的Ag2S逐渐反应而黑色褪去，银器表面的S元素减少，故银器质量减少；铝
8、离子与硫离子发生双水解反应而转化为Al(OH)3和H2S。8(2014天津)已知：锂离子电池的总反应为：LixCLi1xCoO2CLiCoO2锂硫电池的总反应为：2LiSLi2S有关上述两种电池说法正确的是()A锂离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电答案：B解析：本题考查电化学有关知识。电池放电时作为原电池，阳离子向正极迁移，A项错误；锂硫电池在充电时，锂电极上生成金属锂，发生还原反应，B项正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小，Li元素在两个电池的反应中均转化为1价，由
9、于单质Li和Li1xCoO2的质量不同，所以二者的比能量不同， C项错误；由图示电极上反应的物质可看出，锂硫电池在放电，而锂离子电池在充电，故D项错误。9某新型电池，以NaBH4(B的化合价为3价)和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A电池工作时Na从b极区移向a极区B每消耗3 mol H2O2，转移3 mol eCb极上的电极反应式为H2O22e2H=2H2ODa极上的电极反应式为BH8OH8e=BO6H2O答案：D解析：该电池工作时，a电极反应式为BH8OH8e=BO6H2O；b电极反应式为4H2O28e=8OH；随着不断放电，a
10、极负电荷减少，b极负电荷增多，故Na从a极区移向b极区；每消耗3 mol H2O2转移6 mol e，故A、B、C错，D正确。10(2016兰州模拟)有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol e负极上CH4失去电子，电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH电池放电后，溶液的pH不断升高ABCD答案：A解析：CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，严格地讲生成的CO2还与
11、KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH48e10OH=CO7H2O,1 mol CH4参加反应有8 mol e发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH。虽然正极产生OH，负极消耗OH，但从总反应式CH42O22KOH=K2CO33H2O可看出是消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH值不断下降，故正确，错误。11(2014福建)某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是()A正极反应为AgCle=AgClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反
12、应随之改变D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子答案：D解析：本题考查原电池原理以及电解质溶液中离子的移动方向。根据电池总反应2AgCl2=2AgCl可知Ag为负极，Cl2发生正极反应，电极反应式为：Cl22e=2Cl，A项错误；负极上Ag失电子生成Ag，Ag与溶液中的Cl反应生成AgCl沉淀，故白色沉淀在离子交换膜左侧生成，B项错误；用NaCl代替盐酸电池总反应不变，C项错误；当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧产生0.01 mol的Ag，Ag与盐酸产生AgCl沉淀，同时约有0.01 mol的H通过阳离子交换膜到达右侧溶液中，故左侧约减少0
13、.02 mol离子，D项正确。12(2016天津六校联考)下图装置()是一种可充电电池，装置()为电解池。装置()的离子交换膜只允许Na通过，已知电池充、放电的化学方程式为2Na2S2NaBr3Na2S43NaBr，当闭合开关K时，X电极附近溶液变红。下列说法正确的是()A闭合开关K时，Na从右到左通过离子交换膜B闭合开关K时，负极反应式为3NaBr2e=NaBr32NaC闭合开关K时，X电极反应式为2Cl2e=Cl2D闭合开关K时，当有0.1 mol Na通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体1.12 L答案：D解析：“当闭合开关K时，X电极附近溶液变红”说明X是阴极，Y为阳极，则电池
14、的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动，故A错；NaBr33NaBr，溴元素的化合价降低，是得到电子而不是失去，故B错；X极是阴极，发生的电极反应式为：2H2e=H2，故C错；“当有0.1 mol Na通过离子交换膜时”说明转移了0.1 mol电子，则X电极生成0.05 mol H2，在标准状况下体积为1.12 L，故D正确。二、非选择题13原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是_。a和b用导线连接，Cu极为原电池_极(填“正”或“负”)，电极反应式是_，Zn极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，溶液中的
15、H移向_(填“Cu”或“Zn”)极。无论a和b是否连接，Zn片均被腐蚀，若转移了0.2 mol电子，则理论上Zn片质量减轻_g。(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：_。电池工作一段时间后电解质溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。答案：(1)Zn2H=Zn2H2正2H2e=H2氧化Cu6.5(2)aCH410OH8e=CO7H2O减小解析：分析本题装置，若a和b不连接，不能构成原电池；若a和b连接，则符合构成原电池的条件。(1)若a、b不连接则发生的是Zn和H2SO4的置换反应；a、b连接后，构成原电池，Cu的活
16、泼性弱于Zn，Cu为正极，Zn为负极，Zn极发生氧化反应；若转移0.2 mol电子，则消耗0.1 mol Zn，其质量为6.5 g。(2)CH4在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。电极反应式可由总反应式CH42OH2O2=CO3H2O减去正极反应式O22H2O4e=4OH，求得。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。14甲醇空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)。其工作原理示意图如下：请回答下列问题：(1)写出甲图中b、c两个入口通入的物质名称：b_，c_。
17、(2)负极的电极反应式为_。(3)用该原电池电解AgNO3溶液，若Fe电极增重5.4 g，则燃料电池在理论上消耗的氧气的体积为_mL(标准状况)。答案：(1)甲醇氧气(2)CH3OHH2O6e=CO26H(3)280解析：(1)根据题干图中氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上投放燃料甲醇，正极上投放氧化剂氧气。(2)负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OHH2O6e=CO26H。(3)电解硝酸银溶液，阴极上析出银，阳极上生成氧气，根据转移电子守恒知，氧气的体积0.28 L280 mL。15(2015海南)银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰
18、器皿，现代在电池和照相器材等领域亦有广泛应用。回答下列问题：(1)久存的银制品表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是_。(2)已知Ksp(AgCl)1.81010，若向50 mL 0.018 molL1的AgNO3溶液中加入50 mL 0.020 molL1的盐酸，混合后溶液中Ag的浓度为_molL1，pH为_。(3)AgNO3光照易分解，生成Ag和红棕色气体等物质，其光照分解反应的化学方程式为_。(4)下图所示原电池正极的反应式为_。答案：(1)银制品与空气中的硫化物反应生成Ag2S，Ag2S为黑色固体(2)1.81072(3)2AgNO32Ag2NO2O2(4)Age=Ag解析：本题考查溶度
19、积的相关计算，原电池等。(2)二者混合后，Ag与Cl反应，剩余Cl 浓度为：(0.020 molL1 0.018 molL1)0.001 molL1，则c(Ag)molL11.8107 molL1；混合溶液中c(H) 0.020 molL10.010 molL1，pH2。(4)该电池中Cu作负极，Ag作正极，正极电极反应式为Age= Ag。16(2015新课标)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：溶解度/(g/100 g
20、水) 化合物温度/020406080100NH4Cl29.337.245.855.365.677.3ZnCl2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值101710171039回答下列问题：(1)该电池的正极反应式为_，电池反应的离子方程式为_。(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌_g。(已知F96 500 Cmol1)(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过_分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、_和_，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为 _，其原理是_。(4)用废
21、电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为_，加碱调节至pH为 _时，铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1105molL1时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH为_时，锌开始沉淀(假定Zn2浓度为0.1 molL1)。若上述过程不加H2O2后果是_，原因是_。答案：(1)MnO2eH=MnOOHZn2MnO22H=Zn22MnOOH(2)0.05(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnOOH在空气中加热碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2(4)Fe32.76Zn2和Fe2分离不开Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近解析
22、：本题考查原电池原理的应用、物质的分离与提纯等。(1)酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn2e=Zn2。中间是碳棒，碳棒是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO2eH=MnOOH，总反应式为Zn2MnO22H=Zn22MnOOH。(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作五分钟，则通过的电量是150 C，因此通过电子的物质的量是 mol1.554103 mol，锌在反应中失去2个电子，则理论消耗Zn的质量是65 g/mol0.05 g。(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵，由于氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过
23、结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是灼烧。(4)双氧水具有氧化性，能把铁氧化为Fe3，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中氢氧根的浓度4.71012 molL1，所以氢离子浓度是2.13103 mol/L，因此加碱调节pH为2.7，铁刚好完全沉淀。Zn2浓度为0.1 mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为108 mol/L，则pH6，即锌继续加碱调节pH为6，锌开始沉淀。如果不加双氧水，则在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2和Fe2。