（江蘇專版）2020版高考化學一輪復習 跟蹤檢測（十六）原電池 化學電源（含解析）.doc

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跟蹤檢測（十六） 原電池 化學電源 1．某原電池總反應為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實現該反應的原電池是(　　) 選項 A B C D 電極材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 電解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 解析：選D　由題意知，Cu為負極材料，正極材料的金屬活動性必須弱于Cu，其中B、D項符合該條件；由Fe3＋得電子生成Fe2＋知，電解質溶液中必須含有Fe3＋，同時符合上述兩條件的只有D項。 2．鎂次氯酸鹽燃料電池，具有比能量高、安全方便等優(yōu)點。該電池的正極反應式為 ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋2OH－，關于該電池的敘述正確的是(　　) A．該電池中鎂為負極，發(fā)生還原反應 B．電池工作時，OH－向正極移動 C．該電池的總反應為Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－ D．電池工作時，正極周圍溶液的pH將不斷變小 解析：選C　次氯酸鹽在正極發(fā)生反應，則Mg為負極，發(fā)生氧化反應，A項錯誤；電池工作時，陰離子向負極移動，B項錯誤；負極反應式為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2↓，將正、負極反應式相加可得總反應，C項正確；根據正極反應式可知，電池工作時，正極周圍溶液的c(OH－)增大，pH將增大，D項錯誤。 3．由于具有超低耗電量、壽命長的特點，LED產品越來越受人歡迎。下圖是氫氧燃料電池驅動LED發(fā)光的裝置。下列有關敘述正確的是(　　) A．a處通入氧氣，b處通入氫氣 B．該裝置中只涉及兩種形式的能量轉化 C．電池正極電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．P型半導體連接的是電池負極 解析：選C　根據電子移向，a處應通H2，b處應通O2，A錯誤；在該裝置中化學能轉化為電能，電能轉化為光能、熱能等，B錯誤；P型半導體連接的是電池正極，D錯誤。 4．一種新型鈉硫電池結構示意圖如圖，下列有關該電池的說法正確的是(　　) A．B極中填充多孔的炭或石墨氈，目的是為了增加導電性 B．電池放電時，A極電極反應為2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx C．電池放電時，Na＋向電極A極移動 D．電池放電的總反應為2Na＋xS===Na2Sx，每消耗1 mol Na 轉移2 mol電子 解析：選A　根據圖可知，放電時，Na發(fā)生氧化反應，所以A作負極，B作正極，負極反應式為2Na－2e－===2Na＋，正極反應式為xS＋2e－===S，充電時A為陰極，B為陽極，陰極、陽極電極反應式與負極、正極反應式正好相反，放電時，電解質中陽離子向正極移動，陰離子向負極移動；B極中填充多孔的炭或石墨氈，目的是為了增加導電性，A正確；放電時，A為負極，電極反應為2Na－2e－===2Na＋，B錯誤；放電時，Na＋向正極移動，即由A向B移動，C錯誤；由電池放電的總反應知，每消耗1 mol Na轉移1 mol電子，D錯誤。 5．肼(N2H4)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。下列說法中，不正確的是(　　) A．該電池放電時，通入肼的一極為負極 B．電池每釋放1 mol N2轉移的電子數為4NA C．通入空氣的一極的電極反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．電池工作一段時間后，電解質溶液的pH將不變 解析：選D　該電池中肼是燃料，在負極通入，A正確；肼中氮元素的化合價是－2價，氧化產物是N2，負極反應為N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，所以每釋放1 mol N2 轉移的電子數為4NA ，B正確；通入空氣的一極為正極，正極上O2發(fā)生還原反應，反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確；電池總反應為N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反應生成水，溶液濃度降低，電解質溶液的pH將降低，D錯誤。 6．(2019昆山模擬)如圖所示為以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池的結構示意圖。關于該電池的敘述不正確的是(　　) A．該電池不能在高溫下工作 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，電池不能正常工作，A正確；電池的負極上燃料發(fā)生氧化反應，即葡萄糖失電子生成CO2氣體，B正確；放電過程中，電子從負極沿導線移向正極，C錯誤；結合題給條件分析，D正確。 7．(雙選)(2019宿遷模擬)如圖所示為鎳鋅可充電電池放電時電極發(fā)生物質轉化的示意圖，電池使用KOH 和K2Zn(OH)4為電解質溶液，下列關于該電池說法正確的是(　　) A．放電時溶液中的K＋移向負極 B．充電時陰極附近的pH會升高 C．放電時正極反應為H＋＋NiOOH＋e－===Ni(OH)2 D．負極質量每減少6.5 g，溶液質量增加6.3 g 解析：選BD　根據題圖中電子的移動方向可知，鋅為負極，失去電子生成K2Zn(OH)4，NiOOH為正極，得到電子生成Ni(OH)2。原電池中陽離子向正極移動，故A錯誤；充電時陰極發(fā)生的電極反應是放電時負極的逆反應，反應后電極附近的pH會升高，故B正確；放電時NiOOH為正極，得到電子生成Ni(OH)2，電解質溶液顯堿性，正極反應為NiOOH＋ e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，故C錯誤；負極質量每減少6.5 g，即0.1 mol鋅，轉移0.2 mol電子，正極上0.2 mol NiOOH轉化為0.2 mol Ni(OH)2，質量增加0.2 g，溶液質量增加6.5 g－0.2 g＝6.3 g，故D正確。 8.(2019蘇州模擬)如圖所示為新型的甲酸/鐵離子燃料電池，具有原料安全、質子電導率高、能量密度高的特點，適合應用在規(guī)模化的供電場所。電池外殼采用聚四氯乙烯板，石墨作電極，在M端加注甲酸鈉和氫氧化鈉的混合液，在N端加注氯化鐵和氯化鈉的混合液。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，N端是正極 B．M端的電極反應式為HCOO－＋OH－＋2e－===CO2↑＋H2O C．電池放電后，N端的Fe2＋通氯氣后轉化為Fe3＋，實現電解質溶液的循環(huán)利用 D．采用多孔納米電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，有利于擴散至催化層 解析：選B　A項，正極發(fā)生還原反應，Fe3＋得到電子生成Fe2＋，N端是正極，正確；B項，M端的電極反應式為HCOO－＋3OH－－2e－===CO＋2H2O，錯誤；C項，電池放電后，N端的Fe2＋通氯氣后，氯氣具有氧化性能氧化Fe2＋轉化為Fe3＋，Fe3＋在正極得到電子發(fā)生還原反應，實現電解質溶液的循環(huán)利用，正確；D項，反應物接觸面積越大，反應速率越快，所以采用多孔電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴散至電極表面，從而提高反應速率，正確。 9．某傳感器工作原理如圖所示。利用該傳感器可以測定空氣中NO、CO、NH3、SO2等有害氣體的含量。下列說法正確的是(　　) A．若M為熔融KOH，X為NH3，Y為N2，則負極的電極反應式為2NH3－6e－===N2＋6H＋ B．若M是含O2－的固體電解質，X為NO，則正極的電極反應式為O2＋4e－===2O2－ C．傳感器工作中，電子由Pt(Ⅰ)極經電流儀傳到Pt(Ⅱ)極 D．若X為CO，M為KOH溶液，則電池總反應為2CO＋O2===2CO2 解析：選B　由于M是熔融的KOH，即使放電生成H＋也會與OH－反應生成水，所以負極的電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，A項錯誤；若M是含O2－的固體電解質，則負極的電極反應式為2NO－4e－＋2O2－===2NO2，正極的電極反應式為O2＋4e－===2O2－，B項正確；題述裝置屬于原電池，Pt(Ⅰ)極為正極，Pt(Ⅱ)極為負極，電子由負極經外電路流向正極，C項錯誤；若X為CO，M為KOH溶液，則負極的電極反應式為CO－2e－＋4OH－===CO＋2H2O，電池總反應為2CO＋4KOH＋O2===2K2CO3＋2H2O，D項錯誤。 10．最近我國科學家發(fā)明 “可充電鈉—二氧化碳電池”(如圖)，放電時電池總反應為4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。下列說法錯誤的是(　　) A．充電時，鈉箔與外接電源的負極相連 B．電池工作溫度可能在200 ℃以上 C．放電時，Na＋向正極移動 D．放電時，正極的電極反應為4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C 解析：選B　由放電時的電池反應式可知，鈉箔作負極，故充電時作陰極，與電源的負極相連，A正確；四甘醇、二甲醚都易揮發(fā)，鈉的熔點低，故電池工作的溫度不能太高，B錯誤；放電時陽離子向正極移動，C正確；放電時正極上CO2得電子生成C，D正確。 11.如圖所示，是原電池的裝置圖。請回答： (1)若C為稀H2SO4溶液，電流計指針發(fā)生偏轉，B電極材料為Fe且作負極，則A電極上發(fā)生的電極反應式為______________________；反應進行一段時間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)若需將反應：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如圖所示的原電池裝置，則A(負極)極材料為________，B(正極)極材料為________，溶液C為____________。 (3)若C為CuCl2溶液，Zn是____極，Cu極發(fā)生________反應，電極反應式為________________________________________________________________________。 反應過程溶液中c(Cu2＋)________(填“變大”“變小”或“不變”)。 解析：(1)鐵作負極，則該原電池反應是鐵與稀硫酸置換H2的反應，所以正極反應是H＋得電子生成H2，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑；溶液中H＋放電，導致溶液中H＋濃度減小，pH升高。(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如題圖所示的原電池裝置，根據方程式中物質發(fā)生的反應類型判斷，Cu發(fā)生氧化反應，作原電池的負極，所以A材料是Cu，B極材料是比Cu不活潑的導電物質如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。(3)Zn比較活潑，在原電池中作負極，Cu作正極，正極發(fā)生還原反應，Cu2＋在正極得到電子變成Cu，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋發(fā)生了反應，則c(Cu2＋)變小。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高 (2)Cu　石墨(其他合理答案也可)　FeCl3溶液 (3)負　還原　Cu2＋＋2e－===Cu　變小 12.氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定。請回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉化的主要形式是__________________，在導線中電子移動方向為________(用a、b表示)。 (2)負極反應式為__________________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因為_________________________________________。 (4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲氫是關鍵技術之一，金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應Ⅰ中的還原劑是________，反應Ⅱ中的氧化劑是________。 ②已知LiH固體密度為0.82 gcm－3。用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為____________。 ③由②生成的LiH與H2O作用放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為__________mol。 解析：(1)電池的能量轉化形式為化學能轉化成電能?？偡磻獮?H2＋O2===2H2O，其中H2氫元素從零價升至＋1價，失去電子，即電子從a流向b。(2)負極為失去電子的一極，即H2失電子生成H＋，由于溶液是堿性的，故電極反應式左右應各加上OH－。(3)鉑粉的接觸面積大，可以加快反應速率。(4)Ⅰ中Li從零價升至＋1價，作還原劑。ⅡH2O中的H從＋1價降至H2中的零價，作氧化劑。由反應Ⅰ，當吸收10 mol H2時，則生成20 mol LiH，V＝＝ L＝192.6810－3 L，則＝＝≈8.6010－4。20 mol LiH可生成20 mol H2，實際參加反應的H2為2080%＝16 mol,1 mol H2轉化成1 mol H2O，轉移2 mol電子，所以16 mol H2可轉移32 mol電子。 答案：(1)由化學能轉變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數，加快電極反應速率 (4)①Li　H2O?、?∶1 163或8.6010－4?、?2 13．(1)Fe和KClO4反應放出的熱量，能為熔融鹽電池提供550～660 ℃的溫度，使低熔點鹽熔化導電，從而激活電池，這類電池稱為熱電池。Li/FeS2熱電池工作時，Li轉變?yōu)榱蚧?，FeS2轉變?yōu)殍F，該電池工作時，電池總反應式為 ________________________________________________________________________。 (2)鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)、導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。充放電過程中，發(fā)生LiCoO2與Li1－xCoO2之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式________________________________________________。 (3)與MnO2—Zn電池類似，K2FeO4—Zn也可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應式為__________________________，該電池總反應的離子方程式為________________________________________________________________________。 (4)CO與H2反應可用于制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖如圖： 電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，則c電極是________(填“正極”或“負極”)，c電極的反應方程式為_________________________________________________。 若線路中轉移2 mol電子，則上述CH3OH燃料電池消耗的O2在標準狀況下的體積為________ L。 解析：(1)依據題意可知，反應物為FeS2、Li，生成物為Fe、Li2S，反應的化學方程式為FeS2＋4Li===Fe＋2Li2S。(2)由充電時陰極(題目中鋰離子電池的負極)的電極反應式知，放電時LixC6是反應物、Li＋是生成物，鋰的價態(tài)升高，故另一反應物中鈷的價態(tài)降低，由此知該反應物是Li1－xCoO2，相應的反應方程式為LixC6＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋6C。(3)根據題意可寫出題給原電池的負極反應式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，總反應式為3Zn＋2FeO＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－。用總反應式減去負極反應式可得正極反應式為FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－。(4)根據圖中的電子流向知c是負極，甲醇發(fā)生氧化反應：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，線路中轉移2 mol電子時消耗氧氣0.5 mol，標準狀況下的體積為11.2 L。 答案：(1)FeS2＋4Li===Fe＋2Li2S (2)Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C (3)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 3Zn＋2FeO＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－ (4)負極　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2