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课后作业9原电池的工作原理化学电源(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题包括8小题,每小题6分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)1.(2018嘉兴一中高三期末考试)某玩具所用纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银,电解质溶液为NaOH溶液,电池的总反应式为Ag2O+Zn2Ag+ZnO,下列判断正确的是()A.锌为正极,Ag2O为负极B.锌为负极,Ag2O为正极C.原电池工作时,负极附近溶液的pH增大D.原电池工作时,电流由负极流向正极答案B解析根据元素化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,故A错误,B正确;原电池工作时,负极上发生反应Zn+2OH-2e-ZnO+H2O,溶液pH减小,C错误;原电池工作时,电流由正极流向负极,D错误。2.下列叙述错误的是()A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀答案C解析C项中镀件应为阴极,铜为阳极,C项错误。3.(2018温州十五校联考)如图为甲醇燃料电池。下列说法不正确的是()A.c处通入气体为氧气,在正极参与反应B.b处加入的物质为甲醇,发生氧化反应C.正极反应式为O2+4e-+4H+2H2OD.外电路通过3 mol 电子,生成 11.2 L CO2气体答案D解析根据溶液中质子的移动方向可知,左边电极为负极,右边电极为正极。右边电极为正极,C处通入气体为氧气,故A正确;左边电极为负极,b处加入的物质为甲醇,在负极发生氧化反应,故B正确;该原电池中电解质溶液显酸性,正极反应为:O2+4e-+4H+2H2O,C正确;未注明是否为标准状况,外电路通过3mol电子时,无法判断生成CO2气体的体积,故D错误。4.(2018金华十校高三期末联考)某高能电池以稀硫酸作为电解质溶液,其总反应式为CH2CH2+O2CH3COOH。下列说法正确的是()A.在电池工作过程中,溶液中的SO42-向正极移动B.随着反应的进行,正极区域附近溶液的pH变小C.当转移4 mol电子时,溶液中的CH3COOH分子数为NA(NA为阿伏加德罗常数的值)D.负极上的电极反应为CH2CH2-4e-+2H2OCH3COOH+4H+答案D解析根据原电池的工作原理,阴离子向负极移动,即SO42-向负极移动,故A错误;电解质是硫酸,正极反应为O2+4H+4e-2H2O,正极区域pH增大,故B错误;负极反应为CH2CH2+2H2O-4e-CH3COOH+4H+,当转移4mol电子时,生成1molCH3COOH,但CH3COOH部分电离,因此溶液中CH3COOH分子的物质的量小于1mol,故C错误;根据电池总反应,电解质是硫酸,负极反应为CH2CH2+2H2O-4e-CH3COOH+4H+,故D正确。5.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡答案C解析由图示可知,该原电池反应原理为Zn+Cu2+Zn2+Cu,故Zn电极为负极,失电子发生氧化反应,Cu电极为正极,Cu2+得电子发生还原反应,A项错误;该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故两池中c(SO42-)不变,B项错误;电解过程中,溶液中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池,乙池中发生反应Cu2+2e-Cu,由于摩尔质量M(Zn2+)M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,C项正确;该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中,溶液中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液电荷平衡,阴离子并不通过交换膜,故D项错误。6.下图是将SO2转化为重要的化工原料H2SO4的原理示意图,下列说法不正确的是()A.该装置将化学能转化为电能B.催化剂b表面O2发生还原反应C.催化剂a表面的反应是SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+D.生产过程中H+向a电极区域运动答案D解析该装置是原电池,将化学能转化为电能,A项正确;由电子流向可判断a为负极,b为正极,SO2在负极发生氧化反应,C项正确;O2在正极发生还原反应,B项正确;阳离子应由负极移向正极,即由a电极区域移向b电极区域,D项错误。7.根据如图实验装置判断,下列说法正确的是()A.该装置能将电能转化为化学能B.活性炭为正极,其电极反应式为 2H+2e-H2C.电子从铝箔流出,经电流表、活性炭、滤纸回到铝箔D.装置内总反应方程式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3答案D解析该装置发生的反应为铝的吸氧腐蚀,将化学能转化为电能,A项错误;铝作负极,电极反应为Al-3e-Al3+,活性炭作正极,其电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,负极产物Al3+与正极产物OH-结合可生成Al(OH)3,故总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,B项错误,D项正确;被NaCl溶液浸泡的滤纸提供电解质溶液,在电解质溶液中没有电子的定向移动,只有离子的定向移动,C项错误。8.一种熔融碳酸盐燃料电池如图所示。下列有关该电池的说法正确的是()A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH-2e-2H2OC.电池工作时,CO32-向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-2CO32-答案D解析CH4中的C为-4价,反应后生成的CO中C为+2价,1molCH4转移6mole-,A项错误;由示意图可以看出,熔融碳酸盐中没有OH-,B项错误;该燃料电池中,O2在正极反应,CO和H2在负极反应,原电池中CO32-移向负极,C项错误;由示意图可看出,电极B处CO2和O2结合,转化为CO32-,D项正确。二、非选择题(本题包括3小题,共52分)9.(16分)原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)某兴趣小组为研究原电池工作原理,设计如图所示装置。a和b不连接时,烧杯中发生反应的离子方程式是。a和b用导线连接,Cu极为原电池(填“正”或“负”)极,电极反应式是,Zn极发生(填“氧化”或“还原”)反应,溶液中的H+移向(填“Cu”或“Zn”)电极。无论a和b是否连接,Zn片均被腐蚀,若转移了0.2 mol 电子,则理论上Zn片质量减轻 g。(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:电池的负极是(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为。电池工作一段时间后电解质溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)。答案(1)Zn+2H+Zn2+H2正2H+2e-H2氧化Cu6.5(2)aCH4+10OH-8e-CO32-+7H2O减小解析(1)若a、b不连接则发生的是Zn与H2SO4的置换反应;a、b连接后,构成原电池,Cu的活泼性比Zn弱,Cu为正极,Zn为负极,Zn极发生氧化反应;若转移0.2mol电子,则消耗0.1molZn,其质量为6.5g。(2)CH4在反应中失去电子,故a电极是电池的负极。1molCH4失去8mol电子,在碱性条件下生成CO32-和H2O,根据电荷守恒可以写出电极反应式,也可由总反应式CH4+2OH-+2O2CO32-+3H2O减去正极反应式O2+2H2O+4e-4OH-求得负极反应式。由于电池工作过程中会消耗OH-,故一段时间后,电解质溶液的pH减小。10.(18分)钠硫电池作为一种新型储能电池,其应用逐渐得到重视和发展。(1)Al(NO3)3是制备钠硫电池的原料之一。由于Al(NO3)3容易吸收环境中的水分,需要对其进行定量分析。具体步骤如下图所示:加入试剂a后发生反应的离子方程式为。操作b为,操作c为。Al(NO3)3待测液中,c(Al3+)= molL-1(用m、V表示)。(2)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,其反应原理如图所示:根据下表数据,请你判断该电池工作的适宜温度应控制在(填字母序号)范围内。物质NaSAl2O3熔点/97.81152050沸点/892444.62980a.100 以下b.100300 c.300350 d. 3502 050 放电时,电极A为极。放电时,内电路中Na+的移动方向为(填“从A到B”或“从B到A”)。充电时,总反应为Na2Sx2Na+xS(3x5),则阳极的电极反应式为。答案(1)Al3+3NH3H2OAl(OH)3+3NH4+过滤、洗涤灼烧(或加热)、冷却1000m51V(2)c负从A到BSx2-2e-xS解析(1)因氢氧化铝溶于强碱溶液,所以试剂a选择氨水。Al3+与氨水反应生成氢氧化铝和NH4+。操作b是过滤、洗涤,操作c是灼烧、冷却。由氧化铝的质量可得n(Al)=m51mol,由Al守恒得c(Al3+)=1000m51VmolL-1。(2)因钠和硫熔融,所以温度应控制在115444.6,c项符合题意。放电时,钠在负极失去电子,S在正极得电子,则A是负极,B是正极。原电池内部,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移。充电时,阳极发生氧化反应,即Sx2-失电子生成S。11.(18分)(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Zng(已知F=96 500 Cmol-1)。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为。答案(1)FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-0.2右左使用时间长、工作电压稳定(2)N2+8H+6e-2NH4+氯化铵(3)从b到aCO+O2-2e-CO2解析(1)放电时高铁酸钾在正极上发生还原反应,电极反应式为FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-;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1A1060s96500Cmol-1=0.0062176mol。理论消耗Zn的质量0.0062176mol1265gmol-10.2g。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。由高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线可得出高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。(2)该电池反应的本质是合成氨反应,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,则正极反应为N2+8H+6e-2NH4+;氨气与HCl反应生成氯化铵,则电解质溶液为氯化铵溶液。(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CO+O2-2e-CO2。
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