2019年高考化學一輪綜合復習第六章化學反應與能量變化練習（打包4套）.zip

2019年高考化學一輪綜合復習第六章化學反應與能量變化練習（打包4套）.zip,2019,年高,化學,一輪,綜合,復習,第六,化學反應,能量,變化,練習,打包 第21講　原電池　化學電源 考綱要求　1.理解原電池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解常見化學電源的種類及其工作原理。 考點一　原電池的工作原理及應用 1．概念和反應本質(zhì) 原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其反應本質(zhì)是氧化還原反應。 2．原電池的構成條件 (1)一看反應：看是否有能自發(fā)進行的氧化還原反應發(fā)生(一般是活潑性強的金屬與電解質(zhì)溶液反應)。 (2)二看兩電極：一般是活潑性不同的兩電極。 (3)三看是否形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：①電解質(zhì)溶液；②兩電極直接或間接接觸；③兩電極插入電解質(zhì)溶液中。 3．工作原理 以鋅銅原電池為例 (1)反應原理 電極名稱 負極 正極 電極材料 鋅片 銅片 電極反應 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反應類型 氧化反應 還原反應 電子流向 由Zn片沿導線流向Cu片 鹽橋中離子移向 鹽橋含飽和KCl溶液，K＋移向正極，Cl－移向負極 (2)鹽橋的組成和作用 ①鹽橋中裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。 ②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。 (1)理論上說，任何自發(fā)的氧化還原反應都可設計成原電池(√) (2)在原電池中，發(fā)生氧化反應的一極一定是負極(√) (3)用Mg、Al分別作電極，用NaOH溶液作電解液構成的原電池，Mg為正極(√) (4)在鋅銅原電池中，因為有電子通過電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生(×) (5)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動(×) (6)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定作負極(×) (7)一般來說，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高(√) (8)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池(×) 原電池正負極的判斷方法 (1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動性較強的金屬為______極，活動性較弱的金屬或能導電的非金屬為______極。 (2)根據(jù)電流方向或電子流動方向判斷。電流由______極流向______極；電子由______極流向______極。 (3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子移向______極，陰離子移向______極。 (4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。原電池的______極失電子發(fā)生氧化反應，其______極得電子發(fā)生還原反應。 (5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下，溶解的一極為______極，增重或有氣體逸出的一極為______極。 答案　(1)負　正　(2)正　負　負　正　(3)正　負　(4)負　正　(5)負　正　 提示　判斷電極時，不能簡單地依據(jù)金屬的活動性順序來判斷，要看反應的具體情況，例如：Al在強堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負極，Mg作正極；Fe、Al在濃HNO3中鈍化，比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負極，F(xiàn)e、Al作正極。 題組一　原電池的工作原理 1．(1)下列裝置屬于原電池的是________。 (2)在選出的原電池中，________是負極，電極反應為__________；________是正極，電極反應為__________。 答案　(1)⑤　(2)Fe　Fe－2e－===Fe2＋　Cu　2H＋＋2e－===H2↑ 2．(2017·信陽質(zhì)檢)分析下圖所示的四個原電池裝置，其中結論正確的是(　　) A．①②中Mg作負極，③④中Fe作負極 B．②中Mg作正極，電極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正極，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑ 答案　B 解析　②中Mg不與NaOH溶液反應，而Al能和NaOH溶液反應失去電子，故Al是負極；③中Fe在濃硝酸中鈍化，Cu和濃HNO3反應失去電子作負極，A、C錯；②中電池總反應為2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，負極反應式為2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相減得到正極反應式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正確；④中Cu是正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D錯。 (1)Fe作負極，發(fā)生氧化反應時，失2e－變成Fe2＋，而不是Fe3＋。 (2)書寫某一極電極反應式時，若書寫困難，也可先寫另一極的電極反應式。用“減法”來處理，即用總的電極反應式減去容易寫出一極的電極反應式(前提是電量守恒)。 題組二　聚焦“鹽橋”原電池 3．(2017·太原市第五中學高三模擬)根據(jù)下圖，下列判斷中正確的是(　　) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應 C．燒杯a中發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑ D．燒杯b中發(fā)生的反應為2Cl－－2e－===Cl2↑ 答案　B 解析　由題給原電池裝置可知，電子經(jīng)過導線，由Zn電極流向Fe電極，則O2在Fe電極發(fā)生還原反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，燒杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高；燒杯b中，Zn發(fā)生氧化反應：Zn－2e－===Zn2＋。 4．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是(　　) A．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原 C．電流表讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流表讀數(shù)為零后，在甲中加入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極 答案　D 解析　由圖示結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3＋得電子變成Fe2＋被還原，I－失去電子變成I2被氧化，所以A、B正確；電流表讀數(shù)為零時，F(xiàn)e3＋得電子速率等于Fe2＋失電子速率，反應達到平衡狀態(tài)，C正確；在甲中加入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2向左移動，I2被還原為I－，乙中石墨為正極，D不正確。 題組三　原電池工作原理的應用 5．(2018·江門質(zhì)檢)M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是(　　) A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 答案　A 解析　由①知，金屬活動性：M＞N；M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬活動性：P＞M；N、E構成的原電池中，N作負極，故金屬活動性：N＞E。綜合可知，A正確。 6．依據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設計的原電池如圖所示(鹽橋為盛有KNO3瓊脂的U形管)。 請回答下列問題： (1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是________(填化學式)。 (2)銀電極為電池的________極，其電極反應為____________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)鹽橋中的NO移向________溶液。 答案　(1)Cu　AgNO3　(2)正　Ag＋＋e－===Ag(3)Cu(NO3)2 原電池設計類試題的解題思路 (1)利用氧化還原反應知識判斷題給總反應中的氧化反應、還原反應。 (2)選擇合適的電極材料和電解質(zhì)溶液。 (3)畫出原電池裝置圖。畫圖時應注意：電極材料、電解質(zhì)溶液；簡易裝置圖和帶有鹽橋的裝置圖的區(qū)別等。 7．銀器日久表面會逐漸變黑，這是因為生成了硫化銀。有人設計用原電池原理進行“拋光”，其處理方法：將一定濃度的氯化鈉溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去，而銀器恢復光澤，且不會損失。試回答： (1)氯化鈉溶液的作用是________________________________________________。 (2)在此原電池反應中，負極發(fā)生的電極反應為______________________________________ __________________________________________________________，正極發(fā)生的電極反應為 ________________________________________________________________________。 (3)反應過程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，溶液中發(fā)生的反應為____________________________ ________________________________________________________________________，原電池總反應方程式為__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)為電解質(zhì)溶液，起導電作用 (2)2Al－6e－===2Al3＋　3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－ (3)2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑　3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑ 解析　要善于抓住題給信息，“黑色會褪去，而銀器恢復光澤，且不會損失”，必然發(fā)生Ag2S―→Ag，顯然這是原電池的正極反應，Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，負極反應為活潑金屬Al發(fā)生氧化反應：Al－3e－===Al3＋。正極生成的S2－和負極生成的Al3＋在溶液中發(fā)生雙水解反應：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，與題意產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體相吻合。原電池的總反應為上述三個反應的和：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑。 考點二　化學電源 1．日常生活中的三種電池 (1)堿性鋅錳干電池——一次電池 正極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)鋅銀電池——一次電池 負極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (3)二次電池(可充電電池) 鉛蓄電池是最常見的二次電池，負極材料是Pb，正極材料是PbO2。 ①放電時的反應 a．負極反應：Pb＋SO－2e－===PbSO4； b．正極反應：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O； c．總反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 ②充電時的反應 a．陰極反應：PbSO4＋2e－===Pb＋SO； b．陽極反應：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO； c．總反應：2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4。 注　可充電電池的充、放電不能理解為可逆反應。 2．“高效、環(huán)境友好”的燃料電池 氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分酸性和堿性兩種。 種類 酸性 堿性 負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 電池總反應式 2H2＋O2===2H2O 備注 燃料電池的電極不參與反應，有很強的催化活性，起導電作用 對常見化學電源的認識與理解 (1)鉛蓄電池放電時，正極與負極質(zhì)量均增加(　　) (2)手機、電腦中使用的鋰電池屬于一次電池(　　) (3)若使反應Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原電池方式進行，可用鋅鐵作電極材料(　　) (4)堿性鋅錳干電池是一次電池，其中MnO2是催化劑，可使鋅錳干電池的比能量高、可儲存時間長(　　) (5)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能(　　) (6)氫氧燃料電池在堿性電解質(zhì)溶液中負極反應為2H2－4e－===4H＋(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)× 解析　(2)鋰離子電池屬于可充電電池，即二次電池。(3)若用鋅和鐵作電極，則電極反應就變?yōu)閆n＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋。(4)MnO2不是催化劑。(5)燃料電池直接將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?6)負極反應應寫為2H2－4e－＋4OH－===4H2O。 以甲烷燃料電池為例來分析在不同的環(huán)境下電極反應式的書寫方法。 (1)酸性條件 總反應式：______________________________________________________________； 正極反應式：________________________________________________________________； 負極反應式：________________________________________________________________。 (2)堿性條件 總反應式：__________________________________________________________________； 正極反應式：_______________________________________________________________； 負極反應式：________________________________________________________________。 (3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導O2－) 總反應式：__________________________________________________________________； 正極反應式：_________________________________________________________________； 負極反應式：____________________________________________________________。 (4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下 總反應式：___________________________________________________________________； 正極反應式：_______________________________________________________________； 負極反應式：__________________________________________________________________。 答案　(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O 2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O (3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (4)CH4＋2O2===CO2＋2H2O 2O2＋4CO2＋8e－===4CO CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 題組一　根據(jù)圖示理解化學電源 1．(一次電池的工作原理)(2017·銀川一模)普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示，它是用鋅皮制成的鋅筒作電極，中央插一根碳棒，碳棒頂端加一銅帽。在石墨碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物，并用離子可以通過的長纖維紙包裹作隔膜，隔膜外是用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調(diào)成糊狀作電解質(zhì)溶液。該電池工作時的總反應為Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是(　　) A．當該電池電壓逐漸下降后，利用電解原理能重新充電復原 B．電池負極反應式為2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原電池工作時，電子從負極通過外電路流向正極 D．外電路中每通過0.1mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g 答案　C 解析　普通鋅錳干電池是一次電池，不能充電復原，A項錯誤；根據(jù)原電池工作原理，負極失電子，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，B項錯誤；由負極的電極反應式可知，每通過0.1mol電子，消耗鋅的質(zhì)量是65g·mol－1×＝3.25g，D項錯誤。 2．鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2?；卮鹣铝袉栴}： (1)外電路的電流方向是由________(填字母，下同)極流向________極。 (2)電池正極反應式為_____________________________________________________。 (3)是否可用水代替電池中的混合有機溶劑？______(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)b　a (2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2 (3)否　電極Li是活潑金屬，能與水反應 解析　(1)結合所給裝置圖以及原電池反應原理，可知Li作負極材料，MnO2作正極材料，所以電子流向是從a→b，那么電流方向則是b→a。 (2)根據(jù)題目中的信息“電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li＋通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正極的電極反應式為MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。 (3)因為負極的電極材料Li是活潑的金屬，能夠與水發(fā)生反應，故不能用水代替電池中的混合有機溶劑。 題組二　燃料電池 3．(2017·湖南郴州一模)乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200℃左右時供電，電池總反應：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖如圖所示。下列說法中正確的是(　　) A．電池工作時，質(zhì)子向電池的負極遷移 B．電池工作時，電子由b極沿導線流向a極 C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應：C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋ D．b極上發(fā)生的電極反應：4H＋＋O2＋4e－===2H2O 答案　D 4．(2017·蘭州一診)科學家設計出質(zhì)子膜H2S燃料電池，實現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結構示意圖如下圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．電極a為電池的負極 B．電極b上發(fā)生的電極反應：O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．電路中每通過4mol電子，在正極消耗44.8LH2S D．每17gH2S參與反應，有1molH＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū) 答案　C 解析　根據(jù)題目可知，該電池為燃料電池，根據(jù)燃料電池的特點，通氧氣的一極為正極，故電極b為正極，電極a為負極，A項正確；電極b為正極，氧氣得電子生成水，B項正確；從裝置圖可以看出，電池總反應為2H2S＋O2===S2＋2H2O，電路中每通過4 mol電子，正極應該消耗1 mol O2，負極應該有2 mol H2S反應，但是題目中沒有給定標準狀況下，所以不一定是44.8 L，故C錯誤；17 g H2S即0.5 mol H2S，每0.5 mol H2S參與反應會消耗0.25 mol O2，根據(jù)正極反應式O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)，故D正確。 (1)要注意介質(zhì)是什么？是電解質(zhì)溶液還是熔融鹽或氧化物。 (2)通入負極的物質(zhì)為燃料，通入正極的物質(zhì)為氧氣。 (3)通過介質(zhì)中離子的移動方向，可判斷電池的正負極，同時考慮該離子參與靠近一極的電極反應。 題組三　可充電電池 5．(二次電池的理解與應用)鎳鎘(Ni－Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有關該電池的說法正確的是(　　) A．充電時陽極反應：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充電過程是化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程 C．放電時負極附近溶液的堿性不變 D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH－向正極移動 答案　A 解析　放電時Cd的化合價升高，Cd作負極，Ni的化合價降低，NiOOH作正極，則充電時Cd(OH)2作陰極，Ni(OH)2作陽極，電極反應式為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A項正確；充電過程是電能轉(zhuǎn)化為化學能的過程，B項錯誤；放電時負極電極反應式為Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd電極周圍OH－的濃度減小，C項錯誤；放電時OH－向負極移動，D項錯誤。 6．(2018·柳州模擬)鋅—空氣燃料電池可作電動車的動力電源，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應為2Zn＋O2＋2H2O＋4OH－===2Zn(OH)。下列說法正確的是(　　) A．放電時，電解質(zhì)溶液中K＋移向負極 B．放電時，電解質(zhì)溶液的pH不變 C．充電時，陰極的反應為Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－ D．充電時，當有4.48L氧氣(標準狀況下)釋放出來時，則析出固體Zn為13g 答案　C 解析　放電時，為原電池，溶液中陽離子向正極移動，即K＋向正極移動，故A錯誤；放電時，消耗氫氧根離子，堿性減弱，pH減小，故B錯誤；充電時，陰極上發(fā)生得電子的還原反應，則陰極反應為Zn(OH)＋2e－===Zn＋4OH－，故C正確；產(chǎn)生1 mol氧氣，轉(zhuǎn)移電子為4 mol，充電時，當有4.48 L氧氣(標準狀況下)釋放出來時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為×4＝0.8 mol，根據(jù)Zn～2e－，則析出固體Zn：×65 g·mol－1＝26 g，故D錯誤。 1.充放電電池 (1)放電時為原電池，充電時為電解池。 (2)充電時電極的連接：充電的目的是使電池恢復其供電能力，因此負極應與電源的負極相連以獲得電子，可簡記為負接負后作陰極，正接正后作陽極。 (3)工作時的電極反應式：同一電極上的電極反應式，在充電與放電時，形式上恰好是相反的；同一電極周圍的溶液，充電與放電時pH的變化趨勢也恰好相反。 2. 微專題　新型電源及電極反應式的書寫 近幾年高考中的新型電池種類繁多，“儲氫電池”“高鐵電池”“海洋電池”“燃料電池”“鋰離子電池”等，這些新型電源常以選擇題的形式呈現(xiàn)。解析這類考題，首先要理解常見的化學電源種類及原電池的工作原理，其次會判斷正負電極或陰陽極，以及會書寫電極反應式等。 1．電極反應式書寫的一般步驟(類似氧化還原反應方程式的書寫) 2．已知總方程式，書寫電極反應式 (1)書寫步驟 ①步驟一：寫出電池總反應式，標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目(ne－)。 ②步驟二：找出正、負極，失電子的電極為負極；確定溶液的酸堿性。 ③步驟三：寫電極反應式。 負極反應：還原劑－ne－===氧化產(chǎn)物 正極反應：氧化劑＋ne－===還原產(chǎn)物 (2)書寫技巧 若某電極反應式較難寫時，可先寫出較易的電極反應式，用總反應式減去較易寫的電極反應式，即可得出較難寫的電極反應式。如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料電池中： 總反應式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O 正極：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 負極：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ 特別提醒　簡單電極反應中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，必須與總方程式中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同。 3．氫氧燃料電池在四種常見介質(zhì)中的電極反應總結 負極 正極 專題訓練 1．(燃料電池)(2018·安順模擬)有一種MCFC型燃料電池，該電池所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3。電池的總反應為2H2＋O2===2H2O，負極反應：H2＋CO－2e－===H2O＋CO2。下列說法正確的是(　　) A．電路中的電子經(jīng)正極、熔融的K2CO3、負極后再到正極，形成閉合回路 B．電池放電時，電池中CO的物質(zhì)的量將逐漸減少 C．正極反應為2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．放電時CO向負極移動 答案　D 解析　電子不能通過熔融的K2CO3，故A項錯誤；該電池的正極反應為O2＋4e－＋2CO2===2CO，根據(jù)電子守恒，放電時負極消耗CO與正極生成CO的物質(zhì)的量相等，電池中CO的物質(zhì)的量不變，故B、C項錯誤；放電時陰離子向負極移動，故D項正確。 2．Li—SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4－SOCl2。電池的總反應可表示為4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。 請回答下列問題： (1)電池的負極材料為__________，發(fā)生的電極反應為______________________________。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應為____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)鋰　4Li－4e－===4Li＋ (2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑ 解析　分析反應的化合價變化，可知Li失電子，被氧化，為還原劑，SOCl2得電子，被還原，為氧化劑。 (1)負極材料為Li(還原劑)，4Li－4e－===4Li＋。 (2)正極反應式可由總反應式減去負極反應式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。 3．Mg—AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池總反應方程式為2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，試書寫該電池的正、負極電極反應式。 答案　負極：Mg－2e－===Mg2＋ 正極：2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－ 4．鋁—空氣海水電池：以鋁板為負極，鉑網(wǎng)為正極，海水為電解質(zhì)溶液，空氣中的氧氣與鋁反應產(chǎn)生電流。 電池總反應為4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3； 負極：________________________________________________________________________； 正極：________________________________________________________________________。 答案　4Al－12e－===4Al3＋　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 5．一種碳納米管能夠吸附氫氣，可作二次電池(如下圖所示)的碳電極。該電池的電解質(zhì)溶液為6mol·L－1的KOH溶液。 (1)寫出放電時的正、負極電極反應式。 答案　負極：H2－2e－＋2OH－===2H2O； 正極：2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。 (2)寫出充電時的陰、陽極電極反應式。 答案　陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； 陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiO(OH)＋2H2O。 1．(2016·全國卷Ⅱ，11)Mg－AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是(　　) A．負極反應式為Mg－2e－===Mg2＋ B．正極反應式為Ag＋＋e－===Ag C．電池放電時Cl－由正極向負極遷移 D．負極會發(fā)生副反應Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ 答案　B 解析　根據(jù)題意，Mg－海水－AgCl電池總反應式為Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A項，負極反應式為Mg－2e－===Mg2＋，正確；B項，正極反應式為2AgCl＋2e－===2Cl－＋2Ag，錯誤；C項，對原電池來說，陰離子由正極移向負極，正確；D項，由于鎂是活潑金屬，則負極會發(fā)生副反應Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正確。 2．(2017·全國卷Ⅲ，11)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，正極可發(fā)生反應：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4 B．電池工作時，外電路中流過0.02mol電子，負極材料減重0.14g C．石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D．電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越多 答案　D 解析　A項，原電池電解質(zhì)中陽離子移向正極，根據(jù)全固態(tài)鋰硫電池工作原理圖示中Li＋移動方向可知，電極a為正極，正極發(fā)生還原反應，由總反應可知正極依次發(fā)生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的還原反應，正確；B項，電池工作時負極電極方程式為Li－e－===Li＋，當外電路中流過0.02mol電子時，負極消耗的Li的物質(zhì)的量為0.02mol，其質(zhì)量為0.14g，正確；C項，石墨烯具有良好的導電性，故可以提高電極a的導電能力，正確；D項，電池充電時為電解池，此時電解總反應為8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量會越來越少，錯誤。 3．(2016·全國卷Ⅲ，11)鋅－空氣燃料電池可用作電動車動力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，反應為2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列說法正確的是(　　) A．充電時，電解質(zhì)溶液中K＋向陽極移動 B．充電時，電解質(zhì)溶液中c(OH－)逐漸減小 C．放電時，負極反應為Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放電時，電路中通過2mol電子，消耗氧氣22.4L(標準狀況) 答案　C 解析　A項，充電時，電解質(zhì)溶液中K＋向陰極移動，錯誤；B項，充電時，總反應方程式為2Zn(OH)2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，所以電解質(zhì)溶液中c(OH－)逐漸增大，錯誤；C項，在堿性環(huán)境中負極Zn失電子生成的Zn2＋將與OH―結合生成Zn(OH)，正確；D項，O2～4e－，故電路中通過2mol電子，消耗氧氣0.5mol，在標準狀況時體積為11.2L，錯誤。 4．(2015·全國卷Ⅰ，11)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是(　　) A．正極反應中有CO2生成 B．微生物促進了反應中電子的轉(zhuǎn)移 C．質(zhì)子通過交換膜從負極區(qū)移向正極區(qū) D．電池總反應為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 答案　A 解析　由題意可知，微生物電池的原理是在微生物的作用下，O2與C6H12O6發(fā)生氧化還原反應，將化學能轉(zhuǎn)化為電能，B項正確；氧氣在正極反應，由于質(zhì)子交換膜只允許H＋通過，則正極反應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，沒有CO2生成，A項錯誤；負極發(fā)生反應：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，H＋在負極區(qū)生成，移向正極區(qū)，在正極被消耗，C項正確；總反應為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，D項正確。 5．(2015·天津理綜，4)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是(　　) A．銅電極上發(fā)生氧化反應 B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)減小 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加 D．陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 答案　C 解析　由圖示可知，該電池總反應為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn發(fā)生氧化反應，為負極；陽離子交換膜，只允許陽離子和水分子通過，兩池中SO濃度不變。 6．(1)[2016·北京理綜，26(1)]用零價鐵(Fe)去除水體中的硝酸鹽(NO)已成為環(huán)境修復研究的熱點之一。 Fe還原水體中的NO的反應原理如圖所示。 ①作負極的物質(zhì)是________。 ②正極的電極反應式是__________________________________________________。 (2)[2013·北京理綜，26(4)]通過NOx傳感器可監(jiān)測NOx的含量，其工作原理示意圖如下： ①Pt電極上發(fā)生的是________反應(填“氧化”或“還原”)。 ②寫出NiO電極的電極反應式：__________________________________________________。 答案　(1)①鐵　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O　(2)①還原?、贜O＋O2－－2e－===NO2 1．(2018·泉州模擬)課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、電流計、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結論錯誤的是(　　) A．原電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 B．原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導線等組成 C．圖中a極為鋁條、b極為鋅片時，導線中會產(chǎn)生電流 D．圖中a極為鋅片、b極為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片 答案　D 解析　D項，a極為負極，電子由負極(鋅片)流出。 2．(2017·北京順義區(qū)期末統(tǒng)測)有關下列四個常用電化學裝置的敘述中，正確的是(　　) Ⅰ.堿性鋅錳電池 Ⅱ.鉛－硫酸蓄電池 Ⅲ.銅鋅原電池 Ⅳ.銀鋅紐扣電池 A.Ⅰ所示電池工作中，MnO2的作用是催化劑 B．Ⅱ所示電池放電過程中，硫酸濃度不斷增大 C．Ⅲ所示電池工作過程中，鹽橋中K＋移向硫酸鋅溶液 D．Ⅳ所示電池放電過程中，Ag2O是氧化劑，電池工作過程中被還原為Ag 答案　D 解析　堿性鋅錳電池中二氧化錳為氧化劑，A項錯誤；鉛蓄電池放電時電池反應為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，H2SO4濃度減小，B項錯誤；原電池中陽離子向正極移動，故鹽橋中K＋移向硫酸銅溶液，C項錯誤；該原電池中，正極上氧化銀得電子生成銀，所以Ag2O作氧化劑，D項正確。 3．有關下圖所示原電池的敘述不正確的是(　　) A．電子沿導線由Cu片流向Ag片 B．正極的電極反應是Ag＋＋e－===Ag C．Cu片上發(fā)生氧化反應，Ag片上發(fā)生還原反應 D．反應時鹽橋中的陽離子移向Cu(NO3 )2溶液 答案　D 解析　該裝置是原電池裝置，實質(zhì)上發(fā)生的是Cu與硝酸銀的反應，所以Cu失去電子，發(fā)生氧化反應，則Cu是負極，Ag是正極，電子從負極流向正極，A正確；正極是Ag＋發(fā)生還原反應，得到電子生成Ag，B正確；根據(jù)以上分析，Cu片上發(fā)生氧化反應，Ag片上發(fā)生還原反應，C正確；原電池中，陽離子向正極移動，所以鹽橋中的陽離子移向AgNO3溶液，D錯誤。 4．(2018·大同質(zhì)檢)如圖為以Pt為電極的氫氧燃料電池的工作原理示意圖，稀H2SO4為電解質(zhì)溶液。下列有關說法不正確的是(　　) A．a(chǎn)極為負極，電子由a極經(jīng)外電路流向b極 B．a(chǎn)極的電極反應式：H2－2e－===2H＋ C．電池工作一段時間后，裝置中c(H2SO4)增大 D．若將H2改為CH4，消耗等物質(zhì)的量的CH4時，O2的用量增多 答案　C 解析　a極通入的H2發(fā)生氧化反應，為負極，電子由a極經(jīng)外電路流向b極，以稀H2SO4為電解質(zhì)溶液時，負極的H2被氧化為H＋，總反應為2H2＋O2===2H2O，電池工作一段時間后，裝置中c(H2SO4)減小，則C項錯誤；根據(jù)電池總反應：2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O，可知等物質(zhì)的量的CH4消耗O2較多。 5．①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時，外電路電流從②流向①；①③相連時，③為正極；②④相連時，②上有氣泡逸出；③④相連時，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由強到弱的順序是(　　) A．①③②④ B．①③④② C．③④②① D．③①②④ 答案　B 解析　利用原電池的形成和工作原理解決問題。在外電路中，電流從正極流向負極，則①作原電池的負極，②作正極，故活動性①>②；活動性相對較差的金屬作原電池的正極，故金屬的活動性①>③；有氣泡產(chǎn)生的電極發(fā)生的還原反應，為原電池的正極，故活動性④>②；質(zhì)量減少的電極發(fā)生氧化反應生成金屬離子而溶解，為原電池的負極，故活動性③>④，由此可得金屬活動性：①>③>④>②。 6．可充電氟鎂動力電池比鋰電池具有更高的能量密度和安全性，其電池反應為Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有關說法不正確的是(　　) A．鎂為負極材料 B．正極的電極反應式為MnF3＋e－===MnF2＋F－ C．電子從鎂極流出，經(jīng)電解質(zhì)流向正極 D．每生成1molMnF2時轉(zhuǎn)移1mol電子 答案　C 解析　由電池反應知，鎂作還原劑，發(fā)生氧化反應，鎂極為負極，A項不符合題意；電池反應中，三氟化錳發(fā)生還原反應，B項不符合題意；電子由負極(鎂極)流出經(jīng)外電路流向正極，C項符合題意；錳元素由＋3價降至＋2價，D項不符合題意。 7．(2017·泉州市第五中學高三模擬)下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學將反應“AsO＋2I－＋2H＋??AsO＋I2＋H2O”設計成的原電池裝置，其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸；乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40%NaOH溶液。 　 下列敘述中正確的是(　　) A．甲組操作時，電流表(A)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．甲組操作時，溶液顏色變淺 C．乙組操作時，C2作正極 D．乙組操作時，C1上發(fā)生的電極反應為I2＋2e－===2I－ 答案　D 解析　裝置Ⅰ中的反應，AsO＋2I－＋2H＋??AsO＋I2＋H2O，當加入適量濃鹽酸時，平衡向右移動，有電子轉(zhuǎn)移，但電子不會沿導線通過，所以甲組操作時，電流表(A)指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但由于I2濃度增大，所以溶液顏色變深；向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液，C2上發(fā)生：AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，電子沿導線到C1，I2＋2e－===2I－，所以C2為負極，C1為正極。 8．“ZEBRA”蓄電池的結構如圖所示，電極材料多孔Ni/NiCl2和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關于該電池的敘述錯誤的是(　　) A．電池反應中有NaCl生成 B．電池的總反應是金屬鈉還原三價鋁離子 C．正極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－ D．鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動 答案　B 解析　結合蓄電池裝置圖，利用原電池原理分析相關問題。A項，負極反應為Na－e－===Na＋，正極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故電池反應中有NaCl生成；B項，電池的總反應是金屬鈉還原二價鎳離子；C項，正極上NiCl2發(fā)生還原反應，電極反應為NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D項，鈉在負極失電子，被氧化生成Na＋，Na＋通過鈉離子導體在兩電極間移動。 9．(2017·長沙市第一中學高三測試)如圖所示為水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是(　　) A．a(chǎn)為電池的正極 B．電池充電反應為LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化 D．放電時，溶液中Li＋從b向a遷移 答案　C 解析　圖示所給出的是原電池裝置。A項，由圖示分析，金屬鋰易失電子，由原電池原理可知，含有鋰的一端為原電池的負極，即b為負極，a為正極，正確；B項，電池充電時為電解池，反應式為原電池反應的逆反應，正確；C項，放電時，a極為原電池的正極，發(fā)生還原反應的是Mn元素，鋰元素的化合價沒有變化，不正確；D項，放電時為原電池，鋰離子應向正極(a極)遷移，正確。 10．“神舟7號”宇宙飛船的能量部分來自太陽能電池，另外內(nèi)部還配有高效的MCPC型燃料電池，該電池可同時供應電和水蒸氣，所用燃料為氫氣，電解質(zhì)為熔融的碳酸鉀，已知該電池的總反應為2H2＋O2===2H2O，負極反應為H2＋CO－2e－===CO2↑＋H2O，則下列推斷中，正確的是(　　) A．電池工作時，CO向負極移動 B．電池放電時，外電路電子由通氧氣的正極流向通氫氣的負極 C．正極的電極反應：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D．通氧氣的電極為正極，發(fā)生氧化反應 答案　A 解析　A項，電池放電時，電解質(zhì)中陰離子向負極移動、陽離子向正極移動，所以CO向負極移動，正確；B項，原電池放電時，電子從負極沿導線流向正極，即電子從通入氫氣的負極沿導線流向通入氧氣的正極，錯誤；C項，正極上氧氣得電子和二氧化碳反應生成碳酸根離子，電極反應式為O2＋2CO2＋4e－===2CO，錯誤；D項，燃料電池中，通入燃料的電極是負極，通入氧化劑的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應，所以該燃料電池中，通入氫氣的電極是負極，通入氧氣的電極是正極，正極上得電子發(fā)生還原反應，錯誤。 11．高鐵電池是一種新型可充電電池，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，充放電時的總反應式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列敘述正確的是(　　) A．放電時，負極反應式為3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 B．放電時，正極區(qū)溶液的pH減小 C．充電時，每轉(zhuǎn)移3mol電子，陽極有1molFe(OH)3被還原 D．充電時，電池的鋅電極接電源的正極 答案　A 解析　A項，根據(jù)總方程式可知，在放電時，負極反應為3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2，正確；B項，放電時，正極區(qū)不斷消耗水，產(chǎn)生OH－，所以溶液的pH增大，錯誤；C項，充電時，每轉(zhuǎn)移3mol電子，陽極有1molFe(OH)3被氧化，錯誤；D項，充電時，電池的鋅電極接電源的負極，錯誤。 12．(2017·信陽高三模擬)化學家正在研究尿素動力燃料電池，尿液也能發(fā)電。用這種電池直接去除城市廢水中的尿素，既能產(chǎn)生凈化的水，又能發(fā)電，尿素燃料電池結構如圖所示，下列有關描述正確的是(　　) A．電池工作時H＋移向負極 B．該電池用的電解質(zhì)溶液是KOH溶液 C．甲電極反應式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋ D．電池工作時，理論上每凈化1molCO(NH2)2，消耗33.6LO2 答案　C 解析　A項，原電池中陽離子向正極移動，則電池工作時H＋移向正極，錯誤；B項，該原電池是酸性電解質(zhì)，質(zhì)子交換膜只允許氫離子通過，錯誤；C項，負極上是CO(NH2)2失電子生成二氧化碳和氮氣，則負極反應式：CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2＋N2＋6H＋，正確；D項，電池的總反應式：2CO(NH2)2＋3O2===2CO2＋2N2＋4H2O，每凈化1molCO(NH2)2，消耗1.5molO2，則在標準狀況下氧氣為33.6L，由于沒說明是標準狀況，所以氧氣的體積不能求算，錯誤。 13．(2018·伊春模擬)鉛蓄電池的主要構造如圖所示，它是目前使用量最大的二次電池(設工作時固體生成物附集在電極板上)。 (1)當某一電極反應式為PbO2(s)＋2e－＋SO(aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)時，電池中的能量轉(zhuǎn)化形式為________________，此時另一個電極發(fā)生的反應類型為____________。 (2)充電時PbO2(s)電極應與電源的________極相連，充電時總反應方程式為________________ ________________________________________________________。 (3)放電生成的固體會附聚在電極表面，若工作中正極質(zhì)量增重96g時，理論上電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為______NA，此過程中電池消耗________molH2SO4。 答案　(1)化學能轉(zhuǎn)化為電能　氧化反應(2)正　2PbSO4(s)＋2H2O(l)PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)　(3)3　3 解析　(1)由電池構造圖知，鉛是負極，PbO2是正極，故當PbO2得到電子時，表明此時電池處于放電過程，化學能轉(zhuǎn)化為電能。此過程中，負極發(fā)生氧化反應。(3)放電時正極反應為PbO2(s)＋2e－＋SO(aq)＋4H＋(aq)===PbSO4(s)＋2H2O(l)，由電極反應式知，當有1molPbO2發(fā)生反應生成1molPbSO4時，正極質(zhì)量增加了64g，同時電路中轉(zhuǎn)移2mol電子。當正極質(zhì)量增加96g時，表明有1.5molPbO2發(fā)生了反應，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為3NA，由電池總反應知共消耗3molH2SO4。 14．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1A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn________g(已知F＝96500C·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________________________________________________________________________。 答案　(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2 (2)右　左 (3)使用時間長、工作電壓穩(wěn)定 解析　(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FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若維持電流強度為1A，電池工作十分鐘，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1×10×60÷96500＝0.0062176mol。理論消耗Zn的質(zhì)量0.0062176mol÷2×65≈0.2g(已知F＝96500C·mol－1)。 (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)點是使用時間長、工作電壓穩(wěn)定。 - 24 -