（全國通用版）2022年高考化學一輪復習 第六章 化學反應與能量 課時梯級作業(yè)十八 6.2 原電池 化學電源

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1、（全國通用版）2022年高考化學一輪復習 第六章 化學反應與能量 課時梯級作業(yè)十八 6.2 原電池 化學電源 一、選擇題(本題包括6小題,每題7分,共42分) 1.如圖為氫氧燃料電池驅動LED發(fā)光的一種裝置示意圖。下列有關敘述正確的是 (　　) A.b處通入H2 B.該裝置將化學能最終轉化為電能 C.通入H2的電極發(fā)生反應:2H2-4e-4H+ D.a處為電池負極,發(fā)生氧化反應 【解析】選D。由電子流向可知a為負極通入H2, b為正極通入O2,發(fā)生還原反應,A錯誤、D正確;該裝置將化學能最終轉化為光能,B錯誤;電解質為KOH溶液,電極反應式中不能含有H+,C錯誤。 【加固訓

2、練】 　　各式各樣電池的迅速發(fā)展是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關電池的 敘述正確的是 (　　) A.手機上用的鋰離子電池可以用KOH溶液作電解液 B.鋅錳干電池中,鋅電極是負極 C.氫氧燃料電池工作時氫氣在負極上被還原 D.太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 【解析】選B。鋰能與水反應,不能用水溶液作電解液,A錯誤;鋅錳干電池中鋅失去電子生成Zn2+為負極,B正確;氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化,C錯誤;太陽能電池的主要材料為硅,D錯誤。 2.(2018·銅陵模擬)如圖是以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結構示意圖。關于該電池的敘述不正確的是 (　　) A.該電池

3、不能在高溫下工作 B.電池的負極反應為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+ C.放電過程中,電子從正極區(qū)向負極區(qū)每轉移1 mol,便有1 mol H+從陽極室進入陰極室 D.微生物燃料電池具有高能量轉換效率、原料廣泛、操作條件溫和、有生物相容性等優(yōu)點,值得研究與推廣 【解析】選C。高溫條件下微生物會死亡,該電池不能正常工作,A選項正確;電池的負極失電子,發(fā)生氧化反應,即葡萄糖失電子生成二氧化碳氣體,B選項正確;放電過程中,電子從負極區(qū)向正極區(qū)轉移,C選項錯誤;結合題給條件分析,D選項正確。 3.某學習小組的同學查閱相關資料知氧化性:Cr2>Fe3+,設計了鹽橋式的原

4、電池,如圖,鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是 (　　) A.甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應 B.乙燒杯中發(fā)生的電極反應為2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+ C.外電路的電流方向是從b到a D.電池工作時,鹽橋中的S移向乙燒杯 【解析】選C。因為氧化性:Cr2>Fe3+,所以該原電池反應是Cr2將Fe2+氧化為Fe3+,所以甲燒杯發(fā)生氧化反應,A錯誤;乙燒杯發(fā)生還原反應,電極反應為Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O,B錯誤;根據以上分析,a是負極,b是正極,則電流方向是從正極向負極流動,C正確;原電池中的陰離子向負極移動,所以S向甲燒杯移

5、動,D錯誤。 4.大功率的鎳氫電池使用在油電混合動力車輛中。鎳氫電池(NiMH電池)正極板材料為NiOOH,負極板材料為吸氫合金,下列關于該電池的說法中正確的是 (　　) A.放電電池內部H+向負極移動 B.充電時,將電池的負極與外接電源的正極相連 C.充電時陽極反應為Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O D.放電時負極的電極反應式為MHn-ne-M+nH+ 【解析】選C。A項,根據原電池工作原理,陽離子向正極移動,錯誤;B項,充電時電池的負極要接電源的負極,電池的正極要接電源的正極,錯誤;C項,根據電池工作原理圖,電池正極的電極反應式:NiOOH+H2O+e-

6、Ni(OH)2+OH-,充電是電解池,發(fā)生的電極反應式與原電池的電極反應式是相反的,即陽極電極反應式: Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,正確;D項,該電池的環(huán)境是堿性環(huán)境,不能有大量H+存在,電極反應式:MHn+nOH--ne-M+nH2O,錯誤。 5.(2017·浙江4月選考真題)銀鋅電池是一種常見化學電源,其反應原理:Zn+ Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag,其工作示意圖如下。下列說法不正確的是 (　　) A.Zn電極是負極 B.Ag2O電極發(fā)生還原反應 C.Zn電極的電極反應式:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 D.放電前后電解質溶液的p

7、H保持不變 【解析】選D。A.反應中鋅失去電子,Zn電極是負極,A正確;B.Ag2O得到電子,發(fā)生還原反應,B正確;C.電解質溶液顯堿性,Zn電極的電極反應式:Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2,C正確;D.根據方程式可知消耗水,且產生氫氧化鋅,氫氧根濃度增大,放電前后電解質溶液的pH升高,D錯誤。 6.(能力挑戰(zhàn)題)用氟硼酸(HBF4,屬于強酸)代替硫酸作鉛蓄電池的電解質溶液,可使鉛蓄電池在低溫下工作時的性能更優(yōu)良,反應方程式為Pb+PbO2+4HBF4 2Pb(BF4)2+2H2O。Pb(BF4)2為可溶于水的強電解質,下列說法正確的是 (　　) A.放電時的負極反應為

8、PbO2+4H++2e-Pb2++2H2O B.充電時,當陽極質量增加23.9 g時,溶液中有0.2 mol電子通過 C.放電時,正極區(qū)pH增大 D.充電時,Pb電極與電源的正極相連 【解析】選C。放電時,負極上應該是金屬鉛發(fā)生失電子的氧化反應,A錯誤;電子只能經過導線,不能經過電解質溶液,B錯誤;放電時正極上發(fā)生還原反應,PbO2 +4H++2e-Pb2++2H2O,氫離子濃度減小,所以pH增大,C正確;充電時,Pb電極和電源的負極相連,D錯誤。 【互動探究】 (1)充電時的陽極的電極反應式為____________。? 提示:Pb2++2H2O-2e-PbO2+4H+。充電時

9、的陽極的電極反應式和放電時的正極的電極反應式相反。 (2)該電池在放電過程中,負極質量________,正極質量________(填“減少”“增加”或“不變”)。? 提示:減少　減少。因Pb(BF4)2為可溶于水的強電解質,該電池在放電過程中,正極、負極質量都減少。 (3)放電時,電解液中氟硼酸的濃度將________(填“減少”“增加”或“不變”)。? 提示:減少。放電時消耗氟硼酸生成水,氟硼酸的濃度將變小。 二、非選擇題(本題包括3小題,共58分) 7.(18分)(2018·廣州模擬)某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。 (1)如圖為某實驗小組依據的氧化還原反應:

10、(用離子方程式表示)____________ ___________________________________________________________。? 設計的原電池裝置,反應前,電極質量相等,一段時間后,兩電極質量相差12 g,導線中通過________mol電子。? (2)其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,石墨電極反應式為______ ______________________,這是由于NH4Cl溶液顯________(填“酸性”“堿性”或“中性”),用離子方程式表示溶液顯此性的原因_____________________ _______

11、_________,用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中,向其中滴加少量新制飽和氯水,寫出發(fā)生反應的離子方程式____________________________,然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液,溶液變紅,繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水,顏色褪去,同學們對此做了多種假設,某同學的假設是:“溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)。”如果+3價鐵被氧化為Fe,試寫出該反應的離子方程式_________。? (3)其他條件不變,若將鹽橋換成彎銅絲與石墨相連成n形,如圖所示, 一段時間后,在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液,現象是____________________,電極反應為____________;乙裝

12、置中石墨(1)為____________極(填“正”“負”“陰”或“陽”),乙裝置中與銅絲相連石墨(2)電極上發(fā)生的反應式為_____,? 產物常用__________檢驗,反應的離子方程式為__________________。? 【解析】(1)若一段時間后,兩電極質量相差12 g,消耗負極0.1 mol Fe,同時正極生成0.1 mol Cu,導線中通過0.2 mol電子。(2)其他條件不變,若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液,由于N水解,N+H2ONH3·H2O+H+,所以NH4Cl溶液顯酸性,石墨電極上H+得到電子,電極反應式為2H++2e-H2↑;鐵電極反應式為Fe-2e-F,

13、用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中,向其中滴加少量新制飽和氯水,發(fā)生反應的離子方程式為2F+Cl22F+2Cl-,然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液,由于存在F,所以溶液變紅,繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水,顏色褪去,如果原因是+3價鐵被氧化為Fe,則該反應的離子方程式為2F+3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+。(3)如圖其他條件不變,若將鹽橋換成彎銅絲與石墨相連成n形,則甲池為原電池,鐵電極反應為Fe-2e-F,銅電極反應為O2+2H2O+4e-4OH-;乙池為電解池,石墨(2)電極為陽極,電極反應為2Cl--2e-Cl2↑,石墨(1)電極為陰極,電極反應為C+2e-Cu;所以一段時間后,在甲裝

14、置銅絲附近滴加酚酞試液,溶液變紅,乙裝置中石墨(2)電極產物可以用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗,反應的離子方程式為Cl2+2I-2Cl-+I2,反應后試紙變藍。 答案:(1)Fe+CF+Cu　0.2 (2)2H++2e-H2↑　酸性 N+H2ONH3·H2O+H+ 2F+Cl22F+2Cl- 2F+3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+ (3)溶液變紅　O2+2H2O+4e-4OH-　陰 2Cl--2e-Cl2↑　濕潤的淀粉碘化鉀試紙 Cl2+2I-2Cl-+I2 8.(20分)(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行中。如圖1是高

15、鐵電池的模擬實驗裝置: ①該電池放電時正極的電極反應式為? __;? 若維持電流強度為1 A,電池工作十分鐘,理論消耗Zn________g(已知F= 96 500 C·mol-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;若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動。? 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)點有? __。? (2)有人設想以N2和H2為反應物,以溶有A的稀

16、鹽酸為電解質溶液,可制造出既能提供電能,又能固氮的新型燃料電池,裝置如圖所示,電池正極的電極反應式是________________,A是________。? (3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度,其裝置如下圖所示。該電池中O2-可以在固體介質NASICON(固溶體)內自由移動,工作時O2-的移動方向__________________(填“從a到b”或“從b到a”),負極發(fā)生的電極反應式為___________________________。? 【解析】(1)①放電時高鐵酸鉀為正極,正極發(fā)生還原反應,電極反應式為Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-;若維持電

17、流強度為1 A,電池工作十分鐘,轉移電子的物質的量為1×10×60÷96 500=0.006 217 6(mol)。理論消耗Zn的質量為0.006 217 6 mol÷2×65≈0.2(g)。 ②電池工作時,陰離子移向負極,陽離子移向正極,所以鹽橋中氯離子向右移動;若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動。 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)點有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定。 (2)該電池的本質反應是合成氨反應,電池中氫氣失去電子,在負極發(fā)生氧化反應,氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應,則正極反應式為N2+8H++6e-2N,氨氣與HCl反應生成氯化銨,則電解

18、質溶液為氯化銨溶液。 (3)工作時電極b作正極,O2-由電極b移向電極a;該裝置是原電池,通入一氧化碳的電極a是負極,負極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應,電極反應式為CO+O2--2e-CO2。 答案:(1)①Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-　0.2 ②右　左 ③使用時間長、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2+8H++6e-2N　氯化銨 (3)從b到a　CO+O2--2e-CO2 9.(20分)(能力挑戰(zhàn)題)(1)某研究性學習小組為探究Fe3+與Ag反應,進行如下實驗:按下圖連接裝置并加入藥品(鹽橋中的物質不參與反應)。 ①K閉合時,指針向左偏轉,石墨作_______

19、_(填“正極”或“負極”)。? ②當指針歸零后,向左側U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液,發(fā)現指針向右偏轉,寫出此時銀電極的反應式:___________________________。? ③結合上述實驗分析,寫出Fe3+和Ag反應的離子方程式:____________。? ④丙同學進一步驗證其結論:當指針歸零后,向右側U形管中滴加數滴飽和NaCl溶液,可觀察到的現象是____________________________。? (2)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如下圖所示: ①HS-在硫氧化菌作用下轉化為S的反應式是__

20、____________。? ②若維持該微生物電池中兩種細菌的存在,則電池可以持續(xù)供電,原因是___ _______________________________。? (3)PbSO4熱激活電池可用作火箭、導彈的工作電源。基本結構如圖所示,其中作為電解質的無水LiCl-KCl混合物受熱熔融后,電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應為PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。 ①放電過程中,Li+向________(填“負極”或“正極”)移動。? ②負極反應式為__________________。? ③電路中每轉移0.2 mol電子,理論上生成________g

21、 Pb。? (4)氨氧燃料電池具有很大的發(fā)展?jié)摿?。氨氧燃料電池工作原理如下圖所示。 ①a電極的電極反應式是__________________;? ②一段時間后,需向裝置中補充KOH,請依據反應原理解釋原因是__________。? 【解析】(1)①K閉合時,指針向左偏轉,石墨作正極。②當指針歸零后,向左側U形管中滴加幾滴FeCl2濃溶液,發(fā)現指針向右偏轉,說明銀棒作正極,此時銀電極的反應式Ag++e-Ag。③結合上述實驗分析,Fe3+和Ag反應為可逆反應,離子方程式為Ag+Fe3+Ag++Fe2+。④丙同學進一步驗證其結論:當指針歸零后,向右側U形管中滴加數滴飽和NaCl溶液,可

22、觀察到的現象是出現白色沉淀,溶液中Ag+濃度減小,Ag+Fe3+Ag++Fe2+平衡正向移動,Ag發(fā)生氧化反應為負極,電流表指針向左偏轉。 (2)①酸性環(huán)境中反應物為HS-,產物為S,利用質量守恒和電荷守恒進行配平,電極反應式:HS-+4H2O-8e-S+9H+;②從質量守恒角度來說,HS-、S濃度不會發(fā)生變化,只要有兩種細菌存在,就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子。 (3)根據方程式,電路中每轉移0.2 mol電子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g。 (4)①a電極是通入NH3的電極,失去電子,發(fā)生氧化反應,所以該電極作負極,電極反應式是2NH3-6e-+6OH-N2+6H2

23、O;②一段時間后,需向裝置中補充KOH,是由于發(fā)生4NH3+3O22N2+6H2O反應,有水生成,使得溶液逐漸變稀,為了維持堿的濃度不變,所以要補充KOH。 答案:(1)①正極　②Ag++e-Ag ③Ag+Fe3+Ag++Fe2+?、艹霈F白色沉淀,電流表指針向左偏轉 (2)①HS-+4H2O-8e-S+9H+ ②HS-、S濃度不會發(fā)生變化,只要有兩種細菌存在,就會循環(huán)把有機物氧化成CO2放出電子 (3)①正極　②Ca+2Cl--2e-CaCl2 ③20.7 (4)①2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O ②由于發(fā)生4NH3+3O22N2+6H2O反應,有水生成,使得溶液逐漸變稀,所以要補充KOH