高考化学一轮复习课时分层训练21化学能转化为电能电池鲁科版.docx
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高考化学一轮复习课时分层训练21化学能转化为电能电池鲁科版
课时分层训练(二十一) 化学能转化为电能——电池
(建议用时:
45分钟)
A级 基础达标
1.(2018·泉州模拟)课堂学习中,同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。
下列结论错误的是( )
A.原电池是将化学能转化成电能的装置
B.原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C.图中a极为铝条、b极为锌片时,导线中会产生电流
D.图中a极为锌片、b极为铜片时,电子由铜片通过导线流向锌片
D [D项,a极为负极,电子由负极(锌片)流出。
]
2.(2018·绵阳模拟)下列表述不正确的是( )
A
B
C
D
盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液
a极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
粗铜的电极反应式为Cu2++2e-===Cu
正极反应式为O2+4e-+2H2O===
4OH-
C [根据原电池的工作原理,锌为负极,铜为正极,阴离子向负极移动,A正确;根据电解原理,a为阳极,其电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,b为阴极,Cu2++2e-===Cu,因此a极产生的气体能使淀粉碘化钾试纸变蓝,B正确;粗铜作阳极,Cu-2e-===Cu2+,C错误;发生吸氧腐蚀,正极得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D正确。
]
3.根据下图判断,下列说法正确的是( )
A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D.放电过程中,装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
D [A项,装置Ⅰ中的负极为Zn;B项,装置Ⅱ中的正极反应为2H++2e-===H2↑;C项,阳离子向正极移动,装置Ⅰ中向左侧移动。
]
4.如图所示是一位同学在测试水果电池,下列有关说法错误的是( )
【导学号:
95160180】
A.若金属片A是正极,则该金属片上会产生H2
B.水果电池的化学能转化为电能
C.当A、B分别为Zn、Fe金属片时,Zn作正极
D.金属片A、B可以一个是铜片,另一个是铁片
C [当A、B分别为Zn、Fe金属片时,Zn比Fe活泼,Zn作负极。
]
5.(2018·娄底模拟)有A、B、C、D、E五块金属片,进行如下实验:
①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,电流由D→导线→C;③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,C极产生大量气泡;④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4溶液中,D极发生氧化反应;⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液,E先析出。
据此,判断五种金属的活动性顺序是( )
A.A>B>C>D>E B.A>C>D>B>E
C.C>A>B>D>ED.B>D>C>A>E
B [金属与稀H2SO4溶液组成原电池,活泼金属失去电子发生氧化反应,作负极,较不活泼的金属作正极。
H+在正极电极表面得到电子生成H2,电子运动方向由负极→正极,电流方向则由正极→负极。
在题述原电池中,A—B原电池,A为负极;C—D原电池,C为负极;A—C原电池,A为负极;B—D原电池,D为负极;E先析出,E不活泼。
综上可知,金属活动性A>C>D>B>E。
]
6.(2015·上海高考)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。
下列有关说法错误的是( )
【导学号:
95160181】
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为2H++2e-===H2↑
D [A.由于活动性:
Fe>石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,比没有形成原电池时的速率快,正确。
B.d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,正确。
C.若d为锌块,则由于金属活动性:
Zn>Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,正确。
D.d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,错误。
]
7.(2018·安阳模拟)甲醇(CH3OH)是一种有毒物质,检测甲醇含量的测试仪工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
【导学号:
95160182】
A.该装置将电能转化为化学能
B.a电极发生的电极反应为CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+
C.当电路中有1mol电子转移时,正极区n(H+)增加1mol
D.将酸性电解质溶液改为碱性电解质溶液,该测试仪不可能产生电流
B [A项,该装置为燃料电池,将化学能转化为电能;C项,正极区H+生成H2O;D项,碱性条件仍可以构成原电池。
]
8.酶生物电池通常以葡萄糖作为反应原料,葡萄糖在葡萄糖氧化酶(GOX)和辅酶的作用下被氧化成葡萄糖酸(C6H12O7),其工作原理如图所示。
下列有关说法中正确的是( )
【导学号:
95160183】
A.该电池可以在高温条件下使用
B.H+通过交换膜从b极区移向a极区
C.电极a是正极
D.电池负极的电极反应式为C6H12O6+H2O-2e-===C6H12O7+2H+
D [酶的主要成分为蛋白质,在高温条件下变性,丧失催化作用,A项错误;由图示电子的移动方向可知a为电池的负极,发生氧化反应:
C6H12O6+H2O-2e-===C6H12O7+2H+,b为电池的正极,发生还原反应:
H2O2+2e-+2H+===2H2O,H+通过交换膜从a极移向b极,D项正确,B、C项错误。
]
9.近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂铜空气燃料电池。
该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,下列说法不正确的是( )
【导学号:
95160184】
A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
B.放电时,负极的电极反应式为Cu2O+H2O+2e-===2Cu+2OH-
C.通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O
D.整个反应过程中,铜相当于催化剂
B [放电时,负极反应为Li-e-===Li+,Li+透过固体电解质向Cu极移动,A项正确;正极反应为Cu2O+2e-+H2O===2Cu+2OH-,B项错误;通空气时,铜被氧化为Cu2O:
4Cu+O2===2Cu2O,总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH,铜相当于催化剂,C、D项正确。
]
B级 专项突破
10.(2016·烟台一模)LED系列产品是一类新型节能产品,图甲是NaBH4/H2O2燃料电池,图乙是LED发光二极管的装置示意图。
下列叙述错误的是( )
A.电池A极区的电极反应式为H2O2+2e-===2OH-
B.电池放电过程中,Na+从负极区向正极区移动
C.每有1molNaBH4参加反应转移电子数为4NA
D.要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
C [A项,根据图甲知,双氧水得电子发生还原反应,则A电极为正极,正极电极反应式为H2O2+2e-===2OH-,故A正确;B项,电池放电过程中,阳离子移向正极,Na+从负极区向正极区移动,故B正确;C项,负极发生氧化反应生成BO
,电极反应式为BH
+8OH--8e-===BO
+6H2O,有1molNaBH4参加反应转移电子数为8NA,故C错误;D项,要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a阴极应与图甲中的B极负极相连,故D正确。
]
11.(2018·昆明模拟)糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC),它使用便宜的酶代替贵金属催化剂,利用空气氧化糖类产生电流。
下列有关判断不合理的是( )
A.该电池不宜在高温下工作
B.若该电池为酸性介质,正极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O
C.放电过程中,电池内阳离子向正极迁移
D.若该电池为碱性介质,以葡萄糖为原料并完全氧化,负极反应式为C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+
D [酶在高温下会失去生理活性,A项合理;若该电池为酸性介质,则H+会在正极与O2发生反应,正极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,B项合理;根据原电池反应原理可知,放电过程中阳离子移向正极,C项合理;若该电池为碱性介质,则负极反应式为C6H12O6+36OH--24e-===6CO
+24H2O,D项不合理。
]
12.(2018·合肥高三调研检测)利用如图所示电池装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO,其中含有的固体电解质能传导质子(H+)。
下列说法正确的是( )
A.该过程中有两种形式的能量转化
B.a电极表面的反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.该装置工作时,H+从b电极区向a电极区移动
D.该装置中每生成2molCO,同时生成1molO2
D [该过程中的能量转化形式有太阳能转化为化学能、化学能转化为电能、化学能转化为热能,A项错误。
根据题图可知,a电极表面H2O被氧化为O2,a电极表面的反应为2H2O-4e-===4H++O2↑,B项错误。
该原电池中,a电极为负极,b电极为正极,H+从a电极区向b电极区移动,C项错误。
该装置中每生成2molCO,转移4mol电子,根据a电极表面的反应可知,每转移4mol电子,同时生成1molO2,D项正确。
]
13.(2018·安徽师大附中模拟)近几年科学家发明的一种新型可控电池——锂水电池,工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
【导学号:
95160185】
A.碳极发生的反应是2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.有机电解质和水溶液不可以互换区域
C.标准状况下产生22.4L的氢气时,正极消耗锂的质量为14g
D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气
C [根据图示信息可知,碳电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A正确;由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气,但是和有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确;总反应式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,标准状况下产生22.4L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14g,C错误;该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。
]
14.如图所示,下列判断不正确的是( )
【导学号:
95160186】
A.通入O2的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.反应一段时间后,甲池中溶液的pH不变
C.乙池中电极B上发生氧化反应
D.当乙池中的某一电极质量增加10.80g时,理论上甲池中至少消耗气体840mL(标准状况)
B [由题图可知,甲池为原电池,乙池为电解池,甲池中通入O2的电极为正极,正极上O2得电子生成OH-,发生反应:
O2+4e-+2H2O===4OH-,A项正确;甲池负极上甲烷失去电子发生氧化反应,电极反应式为CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O,结合正、负极反应式知,反应一段时间后,甲池中溶液的pH减小,B项错误;乙池中电极B与原电池的正极相连,故电极B为阳极,电解池中阳极上发生氧化反应,C项正确;乙池中阴极反应式为Ag++e-===Ag,当阴极质量增加10.80g时,生成0.1molAg,转移0.1mol电子,根据甲池中的总反应式:
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O可知,转移0.1mol电子理论上消耗0.0375mol气体,即消耗标准状况下气体的体积为0.0375mol×22.4L·mol-1=0.84L=840mL,D项正确。
]
15.如图所示,下列判断中正确的是( )
【导学号:
95160187】
A.电路中电子的流动方向:
a→d→CuSO4(aq)→c→b
B.该原电池原理:
Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu
C.c电极质量减少量等于d电极质量增加量
D.d电极反应:
Cu2++2e-===Cu,反应后CuSO4溶液浓度下降
C [电路中电子不进入溶液,溶液中是自由移动的离子导电,A项错误;左侧烧杯为原电池,右侧烧杯为电解池,该原电池中Zn作负极,铜丝b作正极,不涉及CuSO4溶液的反应,B项错误;c电极为阳极,发生反应:
Cu-2e-===Cu2+,d电极为阴极,发生反应:
Cu2++2e-===Cu,根据阴、阳极反应可知,c电极质量减少量等于d电极质量增加量,C项正确;根据阴、阳极反应可知,反应后CuSO4溶液浓度不变,D项错误。
]
16.已知高能锂离子电池的总反应式为2Li+FeS===Fe+Li2S,LiPF6·SO(CH3)2为电解质,用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.电极Y应为Li
B.电解过程中,b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C.X极反应式为FeS+2Li++2e-===Fe+Li2S
D.若将图中阳离子膜去掉,将a、b两室合并,则电解反应总方程式发生改变
B [由于c中反应为Ni2++2e-===Ni,故c室为阴极室,则电极Y为Li,选项A正确;由于c中Ni2+不断减少,Cl-通过阴离子膜从c移向b,a中OH-放电不断减少,Na+通过阳离子膜从a移向b,所以b中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,选项B错误;选项C中电极X为正极,FeS得电子,电极反应式为FeS+2Li++2e-===Fe+Li2S,选项C正确;若去掉阳离子膜,Cl-在阳极放电生成Cl2,电解反应总方程式发生改变,选项D正确。
]
C级 能力提升
17.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:
【导学号:
95160188】
图1 图2
(1)该电池放电时正极的电极反应式为__________________________;若维持电流强度为1A,电池工作10min,理论消耗Zn________g(已知F=96500C·mol-1)。
(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液,此盐桥中氯离子向______移动(填“左”或“右”);若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向________移动(填“左”或“右”)。
(3)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__________________________________________________________
________________________________________________________________。
【解析】
(1)根据电池装置,Zn为负极,C为正极,正极上高铁酸钾发生还原反应生成Fe(OH)3,正极电极反应式为FeO
+4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH-。
若维持电流强度为1A,电池工作十分钟,通过电子为
,则理论消耗Zn为
×
×65g·mol-1≈0.2g。
(2)盐桥中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,即Cl-向右移动,K+向左移动。
(3)由图可知高铁电池的优点有:
使用时间长、工作电压稳定。
【答案】
(1)FeO
+4H2O+3e-===Fe(OH)3↓+5OH- 0.2
(2)右 左 (3)使用时间长、工作电压稳定
18.全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池,目前钒电池技术已经趋近成熟。
下图是钒电池基本工作原理示意图:
请回答下列问题:
【导学号:
95160189】
(1)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2+、V3+、VO2+、VO
)为正极和负极,电池总反应式为VO2++V3++H2O
V2++VO
+2H+。
放电时的正极反应式为___________________________________________
_______________,充电时的阴极反应式为_____________________。
放电过程中,电解液的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。
(2)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________(填字母)。
a.VO
、VO2+混合液 b.V3+、V2+混合液 c.VO
溶液
d.VO2+溶液 e.V3+溶液 f.V2+溶液
(3)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是________。
【解析】
(1)正极反应是还原反应,由电池总反应可知放电时的正极反应式为VO
+2H++e-===VO2++H2O;充电时,阴极反应为还原反应,故为V3+得电子生成V2+的反应。
(2)充电时阳极反应式为VO2++H2O-e-===VO
+2H+,故充电完毕的正极电解液为VO
溶液,而放电完毕的正极电解液为VO2+溶液,故正极电解液可能是选项a、c、d。
(3)充电和放电过程中,正极电解液与负极电解液不能混合,起平衡电荷作用的是加入的酸,故H+可以通过隔膜。
【答案】
(1)VO
+2H++e-===VO2++H2O V3++e-===V2+ 升高
(2)acd (3)H+
1.(2013·全国Ⅱ卷)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池反应中有NaCl生成
B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C.正极反应为:
NiCl2+2e-===Ni+2Cl-
D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
B [A项,在负极Na失电子生成Na+,正极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-,故电池反应中有NaCl生成;B项,电池的总反应是金属钠还原二价镍离子;C项,正极上NiCl2发生还原反应,电极反应为NiCl2+2e-===Ni+2Cl-;D项,钠在负极失电子,被氧化生成Na+,Na+通过钠离子导体在两电极间移动。
]
2.(2018·沧州模拟)某蓄电池反应式为Fe+Ni2O3+3H2O
Fe(OH)2+2Ni(OH)2。
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极
②充电时,阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-
③充电时,Ni(OH)2为阳极
④蓄电池的电极必须是浸在某碱性溶液中
A.①②③B.①②④
C.①③④D.②③④
D [由放电时的反应可知,Fe发生氧化反应,Ni2O3发生还原反应,即正极为Ni2O3,负极为Fe,①错误;充电可以看作是放电的逆过程,即阴极为原来的负极,放电时负极反应式为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2,充电过程中阴极反应式为Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,②正确;充电是放电的逆过程,即阴极为原来的负极,阳极为原来的正极,因此充电时,Ni(OH)2为阳极,③正确;Fe(OH)2、2Ni(OH)2只能存在于碱性溶液中,在酸性条件下与H+反应,④正确。
]
3.NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理如图。
该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y。
下列说法正确的是( )
A.若将该电池中的熔融NaNO3换成NaOH溶液,则不可能产生电流
B.电子从石墨Ⅱ电极流向石墨Ⅰ电极
C.石墨Ⅰ电极的电极反应式为NO2+NO
-e-===N2O5
D.NO2只有还原性没有氧化性
C [NO2能与NaOH发生氧化还原反应,反应过程中有电子转移,故可产生电流,A项错误;根据电池工作示意图,石墨Ⅱ电极上O2得电子发生还原反应,为电池正极,石墨Ⅰ电极为电池负极,电子从石墨Ⅰ电极流向石墨Ⅱ电极,B项错误;石墨Ⅰ电极上,NO2失去电子与NO
结合转化为N2O5,C项正确;NO2既有氧化性又有还原性,D项错误。
]
4.某传感器工作原理如图所示。
利用该传感器可以测定空气中NO、CO、NH3、SO2等有害气体的含量。
下列说法正确的是( )
A.若M为熔融KOH,X为NH3,Y为N2,则负极的电极反应式为2NH3-6e-===N2+6H+
B.若M是含O2-的固体电解质,X为NO,则正极的电极反应式为O2+4e-===2O2-
C.传感器工作中,电子由Pt(Ⅰ)极经电流仪传到Pt(Ⅱ)极
D.若X为CO,M为KOH溶液,则电池总反应为2CO+O2===2CO2
B [由于M是熔融的KOH,即使放电生成H+也会与OH-反应生成水,所以负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,A错误。
若M是含O2-的固体电解质,则负极的电极反应式为2NO-4e-+2O2-===2NO2,正极的电极反应式为O2+4e-===2O2-,B正确。
题述装置属于原电池,Pt(Ⅰ)极为正极,Pt(Ⅱ)极为负极,电子由负极经外电路流向正极,C错误。
若X为CO,M为KOH溶液,则负极的电极反应式为CO-2e-+4OH-===CO
+2H2O,电池总反应为2CO+4KOH+O2===2K2CO3+2H2O,D错误。
]
5.某同学按下图所示的装置进行实验。
A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,Y极上产生黄绿色气体。
下列分析正确的是( )
A.溶液中c(A2+)减小
B.B极的电极反应:
B-2e-===B2+
C.Y电极上有Cl2产生,发生还原反应
D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀
D [根据Y极有黄绿色气体生成,Y极电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,即Y为电解池的阳极,B为原电池的正极,A为原电池的负极。
故A极的电极反应为A-2e-===A2+,溶液中c(A2+)增大,A错误;B极为正极,发生还原反应,B错误;右边装置中连接B的Y极为阳极,电解池工作时,Y极上Cl-失e-生成Cl2,发生氧化反应,C错误;右边U形管中最初为电解AlCl3溶液,X电极为H+放电,c(H+)减小,c(OH-)增大,且Al3+移向X极,因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀,D正确。
]
6.(2018·合肥模拟)如图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2===N2+2H2O。
下列说法正确的是( )
A.甲池中负极上的电极反应式为N2H4-4e-===N2+4H+
B.乙池中石墨电极上发生的反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.甲池溶液pH增大,乙池溶液pH减小
D.甲池中每消耗0.1molN2H4乙池电极上则会析出6.4g固体
B [由图知甲池是燃料电池,乙池是电解池,甲池的电解质溶液是氢氧化钾溶液,则负极不可能生成H+,应为N2H4-4e-+4OH-===N2+4H2O,A错误;乙池的石墨极是阳极,发生氧化反应,B正确;甲池总反应中生成了水,则KOH溶液浓度变小,pH减小,乙池生成Cu、O2、H2SO4,溶液pH减小,C错误;根据各个电极流过的电量相等知,N2H4~2Cu,甲池消耗0.1molN2H4,乙池电极上则会析出12.8g铜,D错误。
]
7.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求,即为理想化。
①~⑧为各装置中的电极编号。
下列说法错误的是( )
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