2019版高考化学一轮复习 第四单元 化学反应与能量转化 第2节 原电池 化学电源课时练.doc

第2节原电池化学电源一、选择题1我国科学家研发出一种新型的锂离子电池，放电时有关离子转化关系如下图所示，下列说法正确的是()。ALi透过膜除允许 Li通过外，还允许H2O分子通过B放电时，进入贮罐的液体发生反应：S2O2Fe2=2Fe32SOC充电时，钛电极与外电源的负极相连D充电时，电池内部发生的总反应为 LiFe3= LiFe22(2018年广东深圳调研)一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是()。A电池的正极反应为H2O22e=2OHB电池放电时Na从a极区移向b极区C电子从电极b经外电路流向电极aDb极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用3(2018届江苏常州一模)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如下图所示，图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是()。Ab电极为该电池的负极Bb电极附近溶液的pH减小Ca电极反应式：C6H10O524e7H2O=6CO224HD中间室：Na移向左室，Cl移向右室4(2018届辽宁重点中学模拟)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如下图。下列说法正确的是()。A该装置是将电能转变为化学能B利用该技术可捕捉大气中的CO2C每得到1 mol草酸铝，电路中转移3 mol电子D正极的电极反应为C2O2e=2CO25(2018届江西赣州联考)“直接煤燃料电池”能够将煤中的化学能高效、清洁地转化为电能。用熔融Na2CO3作电解质的直接煤燃料电池的工作原理如下图所示。下列有关说法正确的是()。A该电池的总反应为CO2=CO2B煤直接燃烧发电比直接煤燃料电池发电的能量利用率高C进入反应室的煤块粉碎成粉末状对反应速率和限度均无影响D电子由电极b沿导线流向电极a，入口A加入的物质为煤粉6(2018届安徽安庆六校联考)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如下图所示。下列有关叙述正确的是()。A该燃料电池放电时，正极发生氧化反应，pH变大Ba极的反应式：N2H44OH4e=N24H2OC放电时，电流从a极经过负载流向b极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜7(2018届福建莆田质检)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，下图是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH2)2转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是()。AM电极有CO2和N2生成BH透过质子交换膜由左向右移动C微生物促进了反应中电子的转移DN电极反应式为O22H2O4e=4OH二、非选择题8在熔融碳酸盐燃料电池中的应用以熔融 Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料，电池示意图如下：(1)外电路电子流动方向：由_流向_(填字母“A”或“B”)。(2)空气极发生反应的电极反应是_。(3)以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e转移，有_g 精铜析出。9(2018届山东日照期中)用氟硼酸(HBF4，属于强酸)代替硫酸作铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应的化学方程式为PbPbO24HBF42Pb(BF4)22H2O，其中Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，用该铅蓄电池分别电解AgNO3溶液和Na2SO3溶液，装置如下图，a、b、c、d电极材料均为石墨，通电时a电极质量增大。回答下列问题：(1)d电极为该装置的_极，工作时，该池内d电极上无气体产生，写出该池内电解反应的离子方程式：_。(2)该铅蓄电池放电时X极附近pH_ (填“增大”“减小”或“不变”)，正极的电极反应式为_。(3)铅蓄电池充电时，Y电极与电源的_(填“正极”或“负极”)相连。(4)另取一常规铅蓄电池(浓硫酸作电解质溶液)与该铅蓄电池同时放电，当电路中均通过1 mol电子时，分别取下Y电极称重，两电极质量相差_g。10(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1所示是高铁电池的模拟实验装置。 图1 图2该电池放电时正极的电极反应式为_。若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn_g(已知F96 500 Cmol1)。盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_(填“左”或“右”)移动。图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有_。(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，电池正极的电极反应式是_，A是_。(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如下图所示。该电池中O2可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2的移动方向_(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_。11(1)某研究性学习小组为探究Fe3与Ag反应，进行如下实验：按下图连接装置并加入药品(盐桥中的物质不参与反应)。K闭合时，指针向左偏转，石墨作_(填“正极”或“负极”)。当指针归零后，向左侧U形管中滴加几滴FeCl2浓溶液，发现指针向右偏转，写出此时银电极的反应式：_。结合上述实验分析，写出Fe3和Ag反应的离子方程式：_。丙同学进一步验证其结论：当指针归零后，向右侧U形管中滴加数滴饱和NaCl溶液，可观察到的现象是_。(2)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示：HS在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是_。若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是_。(3)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式：LiCoO26CLi1xCoO2LixC6，写出放电时负极的电极反应：_。(4)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如下图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。 放电过程中，Li向_(填“负极”或“正极”)移动。负极反应式为_。电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成_g Pb。(5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池的工作原理如下图所示。a电极的电极反应式是_。一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是_。第2节原电池化学电源1B解析：Li透过膜只允许Li通过，故A错误；钛电极是电池的正极，充电时，应该与外电源的正极相连，故C错误；放电时电池总反应为LiFe3=LiFe2，则充电时发生的总反应为LiFe2LiFe3，故D错误。2C解析：由图分析可知，通入a电极的为BH，其中的B失电子，化合价升高，生成BO，因此a为电池的负极。b为电池的正极，H2O2中O由1价降到2价发生还原反应，反应式为H2O22e=2OH，A正确；原电池工作时，电解质溶液中的阳离子由负极区向正极区移动，B正确；电子由负极流出，正极流入，即ab，C错误；正极区产生的OH经处理后输入a极室可循环使用，D正确。3C解析：b电极上硝酸根离子得电子生成N2，发生还原反应，故b电极应为正极，A错误；b电极反应式：2NO10e6H2O =N212OH，故b电极附近溶液的pH增大，B错误；原电池工作时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D错误。4B解析：“碳呼吸电池”为原电池原理，将化学能转变为电能，故A错误；“碳呼吸电池”能消耗二氧化碳气体，所以利用该技术可捕捉大气中的CO2，故B正确；根据工作原理图，金属铝是负极，失电子生成草酸铝，所以每得到1 mol草酸铝，电路中转移326 mol电子，故C错误；根据工作原理图，CO2作为正极反应物得电子生成草酸根，电极反应为2CO22e=C2O，故D错误。5A解析：A项，在原电池中阴离子移向电源负极，由图中CO移向左边可知a为负极，电极反应为C2CO4e=3CO2，b为正极，电极反应为O22CO24e=2CO，所以该电池的总反应为CO2=CO2，故A正确；B项，煤直接燃烧发电会有部分化学能转变为热能、光能，所以比直接煤燃料电池发电的能量利用率低，故B错误；C项，将煤块粉碎成粉末状，有利于在电极a附近参与反应，加快了反应速率，故C错误；D项，a为负极，电子由负极a沿导线流向正极b，故D错误。6B解析：根据原电池的工作原理，正极得电子，发生还原反应，通空气的一极为正极，反应式为O22H2O4e=4OH，pH增大，故A错误；通肼的一极为负极，反应式为N2H44OH4e=N24H2O，故B正确；根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电流的方向和电子移动的方向相反，即电流从b极经过负载流向a极，故C错误；根据电极反应式，OH应从正极流向负极，交换膜应选用阴离子交换膜，故D错误。7D解析：因为是质子交换膜，因此反应的环境呈酸性，有O2的一边(N)是正极反应区，即O24H4e=2H2O。尿素CO(NH2)2转化为对环境无害物质，M极反应为CO(NH2)2H2O6e=CO2N26H，H应该透过质子交换膜由左向右移动；在微生物的作用下，此装置构成原电池，加速了反应的进行，促进了反应中电子的转移。综上，A、B、C正确，D错误。8(1)AB(2)O24e2CO2=2CO(3)19.29(1)阳SOH2OSOH2(2)增大PbO24H2e=Pb22H2O(3)负极(4)151.5解析：(1)a极质量增大，发生的电极反应为Age=Ag，a极为阴极，即Y为负极，X为正极，d为阳极，d电极上无气体放出，SO具有还原性，其d极反应式为SO2eH2O=SO2H，c极为阴极，反应式为2H2e=H2，因此总电池反应式为SOH2OSOH2。(2)X为正极，反应式为PbO24H2e=Pb22H2O，消耗H，pH增大。(3)充电时，电池的正极接电源的正极，电池的负极接电源的负极，Y接电源的负极。(4)常规蓄电池负极反应式为Pb2eSO=PbSO4，新型蓄电池负极反应式为Pb2e=Pb2，因此通过1 mol电子，两极质量差为0.5 mol303 gmol1151.5 g。10(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2右左使用时间长、工作电压稳定(2)N28H6e=2NH氯化铵(3)从b到aCOO22e=CO2解析：(1)放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH。若维持电流强度为1A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为 mol0.006 217 6 mol。理论消耗Zn的质量为65 gmol10.2 g。电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N28H6e=2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作时电极b作正极，O2由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为COO22e=CO2。11(1)正极Age=AgAgFe3AgFe2右侧U形管中出现白色沉淀，电流表指针向左偏转(2)HS4H2O8e=SO9HHS、SO离子浓度之和不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环地把有机物氧化成CO2放出电子(3)LixC6xe=6CxLi(4)正极Ca2Cl2e=CaCl220.7(5)2NH36e6OH=N26H2O由于发生反应4NH33O2=2N26H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH解析：(1)K闭合时，指针向左偏转，石墨作正极。指针向右偏转，说明银棒作正极，此时银电极的反应式为Age=Ag。结合上述实验分析，Fe3和Ag的反应为可逆反应，离子方程式为AgFe3AgFe2。可观察到的现象是右侧U形管中出现白色沉淀，溶液中Ag浓度减小，AgFe3AgFe2平衡正向移动，Ag发生氧化反应，作负极，电流表指针向左偏转。(3)由电池充放电时的总反应式可知放电时Li元素化合价升高，得到放电时负极的电极反应为LixC6xe=6CxLi。(4)根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即20.7 g。(5)a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH36e6OH=N26H2O。