2021高考化学一轮复习 核心素养测评二十 原电池 化学电源（含解析）苏教版

原电池化学电源一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020泰安检测)芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池,电池结构如图所示: 电池工作时,下列说法错误的是()a.该装置将化学能转化为电能b.负极上发生的电极反应为li- e-li+c.该电池可用lioh溶液作电解质d.电池工作时,电路中每流过1 mol电子,正极增重7 g【解析】选c。该电池为原电池,所以该装置将化学能转化为电能,a正确; 负极是锂失去电子,发生氧化反应,电极反应为li-e-li+,b正确; 电解质溶液中水与电极锂发生氧化还原反应,该电解池不能用水溶液作电解液,c错误; 根据转移电子守恒,电路中每流过1 mol电子,正极上发生还原反应,正极材料要结合1 mol锂离子,所以增重7 g,d正确。2.(2020北京海淀模拟)锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率,称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是()a.两者正极材料不同b.mno2的放电产物可能是kmno4c.两者负极反应式均为zn失电子d.原电池中zn与稀硫酸存在自放电现象【解析】选b。题中左图为干电池,干电池的正极材料是碳棒,题中右图为原电池,正极材料是铜单质,两者正极材料不同, a正确;干电池中mno2应作氧化剂,mn的化合价降低, b错误;所给装置中zn为负极,zn失去电子, c正确;根据自放电现象的定义,zn与稀硫酸能够发生反应,即原电池中zn与稀硫酸存在自放电现象, d正确。【加固训练】(2020长沙模拟)如图所示装置,电流表g发生偏转,同时a极逐渐变粗,b极逐渐变细,c为电解质溶液,则a、b、c应是下列各组中的()a.a是zn,b是cu,c为稀硫酸b.a是cu,b是zn,c为稀硫酸c.a是fe,b是ag,c为稀agno3溶液d.a是ag,b是fe,c为稀agno3溶液【解析】选d。该原电池中,a极逐渐变粗,b极逐渐变细,所以b作负极,a作正极,b的活泼性大于a的活泼性,所以排除a、c选项;a极逐渐变粗,说明有金属析出,b选项析出氢气不是金属,d选项析出金属。3.(双选)(2020青岛模拟改编)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,其中离子交换膜、分别是氯离子交换膜和钠离子交换膜中的一种,图中有机废水中的有机物可用c6h10o5表示。下列有关说法正确的是()a.a电极为该电池的负极,离子交换膜是钠离子交换膜b.a电极附近溶液的氯离子浓度增大,b电极附近溶液的ph减小c.a电极的电极反应式为c6h10o5-24e-+7h2o6co2+24h+d.中间室中na+移向右室,cl移向左室【解析】选c、d。a电极为该电池的负极,负极反应生成氢离子,为维持溶液呈电中性,咸水中阴离子cl-移向负极室左室,则离子交换膜是氯离子交换膜,故a错误;电解质溶液中阴离子cl-移向负极左室,a电极附近溶液的氯离子浓度增大,b电极消耗氢离子,溶液的ph增大,故b错误;a电极是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应,有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳,电极反应式为c6h10o5-24e-+7h2o6co2+24h+,故c正确;放电时,电解质溶液中阳离子na+移向正极右室,阴离子cl-移向负极左室,故d正确。【加固训练】1.某小组为了探究电化学原理,设计了如图所示的电化学装置,电极为锌,其他电极均为石墨,盐桥是浸泡了饱和氯化钾溶液的琼脂,丙池是滴加了酚酞的氯化钠溶液,下列叙述正确的是()a.电子由电极通过外电路流向电极b.装置工作过程中电极周围出现红色c.电极发生还原反应d.盐桥中cl-向乙池移动【解析】选c。是锌、其余电极都是石墨,锌易失电子作负极,是正极,甲、乙构成原电池,丙有外接电源,属于电解池,为阳极、为阴极。电子从负极沿导线流向阴极,故a错误;电极是阳极,阳极上氯离子放电生成氯气,为阴极,阴极上氢离子放电生成氢气,同时电极附近生成氢氧根离子,导致溶液变红色,故b错误;电极上铜离子得电子发生还原反应而析出cu单质,故c正确;盐桥中氯离子向负极甲池区域移动,故d错误。2.(2020邯郸模拟)下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是()a.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池b.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏c.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 gd.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源【解析】选c。在干电池中,zn作负极,被氧化,b正确;c项忽略了硫酸铅在该极上析出,该极质量应该增加而非减小;氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,d正确。 二、非选择题(本题包括2小题,共32分)4.(16分)(1)锌锰(zn-mno2)干电池应用广泛,其电解质溶液是zncl2-nh4cl混合溶液。该电池的负极材料是_。电池工作时,电子流向_(填“正极”或“负极”)。若zncl2-nh4cl混合溶液中含有杂质cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是_。(2)铅蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是pb和pbo2,电解液为硫酸。该电池总反应式为pb+pbo2+2h2so42pbso4+2h2o。该蓄电池放电时,电解质溶液中阴离子移向_(填“正极”或“负极”);正极附近溶液的酸性_(填“增强”“减弱”或“不变”),负极的电极反应式为_。(已知:硫酸铅为不溶于水的白色沉淀,生成时附着在电极上)实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,若制得0.050 mol cl2,这时电池内消耗的h2so4的物质的量至少是_ mol。(3)氢氧燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于铅蓄电池。若电解液为koh溶液,则氢氧燃料电池的负极反应式为_。该电池工作时,外电路每流过2 mol e-,消耗标准状况下氧气_ l。【解析】(1)负极上失电子发生氧化反应,则zn失电子为负极,电子由负极流向正极。电化学腐蚀较化学腐蚀更快,锌与还原出来的cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)在铅蓄电池中,根据原电池反应式中元素化合价变化知,在pb电极上pb元素化合价由0变为+2,发生氧化反应:pb-2e-+so42-pbso4,所以pb作负极,pbo2作正极,电解质溶液中阴离子移向负极。工作时,该铅蓄电池正极上pbo2得电子发生还原反应,电极反应为pbo2+so42-+2e-+4h+pbso4+2h2o,正极附近溶液的酸性减弱。设生成0.05 mol cl2需转移的电子为x mol。2cl-2e-cl2 2 mol 1 mol x mol 0.050 mol解得x=0.1,设转移0.1 mol e-时,消耗硫酸的物质的量为y mol,放电时,铅蓄电池的电池反应式为pbo2+pb+2h2so42pbso4+2h2o转移电子 2 mol 2 mol y mol 0.1 moly=0.1,所以消耗硫酸的物质的量为0.1 mol。(3)燃料与氧气反应的总化学方程式为2h2+o22h2o,电解质溶液呈碱性,负极上氢气失电子生成水,则负极的电极反应式为h2+2oh-2e-2h2o或2h2+4oh-4e-4h2o;该电池中正极上是氧气发生得电子的还原反应,其电极反应式为o2+2h2o+4e-4oh-,则外电路每流过2 mol e-,消耗氧气为0.5 mol,所以消耗标准状况下氧气的体积为0.5 mol22.4 lmol-1=11.2 l。答案:(1)zn正极zn与cu2+反应生成cu,zn与cu构成原电池,加快反应速率(2)负极减弱pb-2e-+so42-pbso40.1(3)h2-2e-+2oh-2h2o11.25.(16分)(1)(2020潍坊模拟)利用电解方法也可以实现铈的回收。在酸性条件下电解ce2o3 (如图):阳极电极反应式为_,离子交换膜为_(填“阴”或“阳”)离子交换膜。电解产物ce(so4)2是重要的氧化剂,将其配成标准溶液,在酸性条件下能测定工业盐中nano2的含量,写出发生反应的离子方程式_。(2)(2020临沂模拟)利用反应aso43-+2i-+2h+aso33-+i2+h2o设计成原电池,起始时在甲、乙两池中分别加入图示药品并连接装置(a、b均为石墨电极)。起始时,b电极的电极反应式为_。一段时间后电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反,可采取的措施是_。【解析】(1)电解池中,阳极发生失电子的反应(氧化反应)。图中电解装置的阳极为ce2o3,溶液为ce(so4)2、h2so4的混合溶液,故为ce2o3(ce+3价)失电子生成ce(so4)2(ce+4价),阳极电极反应式为ce2o3-2e-+6h+2ce4+3h2o。图中阳极产物ce4+在阴极排出,则电解池中为阳离子交换膜。ce(so4)2是重要的氧化剂,则nano2被其氧化为nano3,酸性条件下它们发生反应的离子方程式为2ce4+no2-+h2o2ce3+no3-+2h+。(2)根据方程式可知:i-在负极失去电子,发生氧化反应,电极式为2i-2e-i2,在正极上aso43-获得电子,发生还原反应,电极反应式为aso43-+2e-+2h+aso33-+h2o;一段时间后电流计指针不发生偏转。欲使指针偏转方向与起始时相反,则左边发生还原反应右边发生氧化反应,可采取的措施是向乙中加入na3aso3固体或加入碱。答案:(1)ce2o3-2e-+6h+2ce4+3h2o阳2ce4+no2-+h2o2ce3+no3-+2h+(2)aso43-+2e-+2h+aso33-+ h2o向乙中加入na3aso3固体或加入碱一、选择题(本题包括3小题,每题6分,共18分)1.(2020北京朝阳区模拟)我国科研人员借助太阳能,将光解水制h2与脱硫结合起来,既能大幅度提高光解水制h2的效率,又能脱除so2,工作原理如图所示。下列说法不正确的是()a.该装置可将太阳能转化为化学能b.催化剂a表面发生还原反应,产生h2c.催化剂b附近的溶液ph增大d.吸收1 mol so2,理论上能产生1 mol h2【解析】选c。在光解水的过程中,存在将太阳能转化为化学能的过程,a项正确;根据示意图,a为得到电子的一极,发生还原反应,电解水时2h2o2h2+o2,得到电子的一极产生氢气,b项正确;b为电子流出的一极,发生氧化反应,2h2o-4e-o2+4h+,产生h+,ph减小,c项错误;在b附近,氧气、二氧化硫,以及水生成硫酸,1 mol so2生成h2so4,转移2 mol电子,根据得失电子守恒,2h2o+2e-h2+2oh-,将产生1 mol氢气,d项正确。2.(2020钦州模拟)新型锂空气电池能量密度高、成本低,可作为未来电动汽车的动力源,其工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是()a.充电时,金属锂为阳极b.放电时,正负两极周围都有liohc.放电时,每消耗22.4 l o2,转移4 mol电子d.放电和充电时,li+迁移方向相反【解析】选d。由图可知,放电时是原电池原理,原电池放电反应为自发的氧化还原反应,即4li+o2+2h2o4lioh,锂为负极,失去电子发生氧化反应li-e-li+,正极上发生得电子的还原反应o2+4e-+2h2o4oh-;充电时的原理是电解池原理,金属锂电极为阴极,发生还原反应li+e-li,阳极反应为4oh-4e-o2+2h2o。根据以上分析,充电时,金属锂为阴极,故a错误;金属锂电极周围为有机电解液,非水溶液,放电时,该极周围不会有lioh,故b错误;没有标明是在标准状况下,无法计算22.4 l o2的物质的量,故c错误;放电时阳离子由负极向正极移动,充电时阳离子由阳极向阴极移动,所以li+迁移方向相反,故d正确。【加固训练】(2019潍坊高三检测)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为al+3cn(alcl4)+4alcl4-4al2cl7-+3cn(cn表示石墨)。下列说法正确的是()a.放电时负极反应为2al-6e-+7cl-al2cl7-b.放电时alcl4-移向正极c.充电时阳极反应为alcl4-e-+cncn(alcl4)d.电路中每转移3 mol电子,最多有1 mol cn(alcl4)被还原【解析】选c。根据放电时总反应为al+3cn(alcl4)+4alcl4-4al2cl7-+3cn(cn表示石墨)可知,放电时负极上是al失电子的氧化反应al+7alcl4-3e-4al2cl7-,故a错误;放电时alcl4-移向负极,故b错误;充电时阳极发生的反应和放电时正极反应相反,即阳极反应为alcl4-e-+cncn(alcl4),故c正确;正极上是cn(alcl4)得电子的还原反应cn(alcl4)+e-alcl4-+cn,电路中每转移3 mol电子,最多有3 mol cn(alcl4)被还原,故d错误。3.(2020开封模拟)某课题组以纳米fe2o3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的是()a.放电时,负极的电极反应式为li-e-li+b.放电时,电子通过电解质从li流向fe2o3c.充电时,fe作阳极,电池逐渐摆脱磁铁吸引d.充电时,阳极的电极反应式为2fe+3li2o-6e-fe2o3+6li+【解析】选b。该电池在充、放电时的反应为6li+fe2o33li2o+2fe;放电时,li为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式是li-e-li+,选项a正确;放电时,电子通过外电路从负极li流向正极fe2o3,不能经过电解质,选项b错误;充电时,fe作阳极,失去电子,发生氧化反应,被氧化为fe2o3,fe2o3不能被磁铁吸引,故电池逐渐摆脱磁铁吸引,选项c正确;充电时,阳极失去电子,发生氧化反应,该电极反应式为2fe-6e-+3li2ofe2o3+6li+,选项d正确。二、非选择题(本题包括2小题,共32分)4.(18分)(2020石家庄模拟)金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知:铬能与稀硫酸反应,生成氢气和硫酸亚铬(crso4)。(1)铜、铬构成的原电池如图甲,其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为_。盐桥中装的是饱和kcl琼脂溶液,下列关于此电池的说法正确的是_(填选项字母)。a.盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性,凡是有盐桥的原电池,盐桥中均可以用饱和kcl琼脂溶液b.理论上1 mol cr溶解,盐桥中将有2 mol cl-进入左池,2 mol k+进入右池c.此过程中h+得电子,发生氧化反应d.电子从铬极通过导线到铜极,又通过盐桥转移到左烧杯中(2)如果构成图乙电池,发现铜电极上不再有图甲的现象,铬电池上产生大量气泡,遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式:_。(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时,观察到了预料之外的现象:铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状;反应一段时间后有大量气泡逸出,且在一段时间内气泡越来越多,经点燃能发出爆鸣声,证明是氢气。请解释这两种现象的原因:_。【解析】(1)由于铬能与稀硫酸反应,生成氢气和硫酸亚铬(crso4),说明铬电极是负极,铜电极是正极,氢离子在正极放电,所以盛稀硫酸的烧杯中的现象为铜电极上有气泡产生。a项,盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性,若电解质溶液中有与kcl发生反应的离子,如当电解质溶液是agno3溶液时,盐桥中的电解质溶液就不能用kcl琼脂溶液,错误;b项,理论上1 mol cr溶解,cr-2e-cr2+,转移2 mol 电子,同时正极消耗2 mol h+,2h+2e-h2,根据溶液呈电中性可知,盐桥中将有2 mol cl-进入左池,2 mol k+进入右池,正确;c项,此过程中h+得电子,发生还原反应,错误;d项,电子不能在溶液中传递,溶液导电是通过离子的定向移动形成电流的,错误。(2)稀硝酸作电解液时,铬电极上产生大量气泡,遇空气呈红棕色,说明溶液中的硝酸根离子得到电子,产生no,no被氧化生成no2,因此铜是负极,铬是正极,则正极的电极反应式为4h+no3-+3e-no+2h2o。(3)cr比铜活泼,既能与铜盐发生置换反应生成cu,又能与酸反应生成氢气,由于cu2+水解使溶液呈酸性,铬与酸性溶液反应生成氢气,气泡使生成的铜疏松;生成的铜和铬形成原电池,因此使产生氢气的速率加快。答案:(1)铜电极上有气泡产生b(2)4h+no3-+3e-no+2h2o(3)cu2+水解使溶液呈酸性,铬既能与cu2+发生置换反应生成cu,又能与酸性溶液反应生成氢气,气泡使生成的铜疏松;生成的铜和铬形成原电池,使产生氢气的速率加快5.(14分)(1)(2020哈尔滨模拟节选)利用反应6no2+8nh37n2+12h2o构成电池的方法,既能实现有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能,装置如图所示。电极a的电极反应式为_。下列关于该电池的说法正确的是_。a.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极b.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜c.电池工作一段时间,溶液的ph不变d.当有4.48 l no2被处理