专题22 原电池 化学电源高考化学一轮复习一遍过解析版Word文档格式.docx
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阳离子移向正极、阴离子移向负极,从而达到脱盐目的,所以Y为阳离子交换膜、X为阴离子交换膜,B错误;
C.由图片可知,负极为有机废水CH3COO-的电极,失电子发生氧化反应,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2↑+7H+,C正确;
D.该装置工作时为原电池,是将化学能转化为电能的装置,D错误。
3.如图所示,电化学原理与微生物工艺相组合的电解脱硝法,可除去引起水华的NO3-原理是将NO3-还原为N2。
下列说法正确的是( )
A.若加人的是
溶液,则导出的溶液呈碱性
B.镍电极上的电极反应式为:
C.电子由石墨电极流出,经溶液流向镍电极
D.若阳极生成
气体,理论上可除去
mol
【答案】A
【解析】A项、阴极上发生的电极反应式为:
2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH-,所以导出的溶液呈碱性,故A正确;
B项、镍电极是阴极,是硝酸根离子得电子,而不是镍发生氧化反应,故B错误;
C项、电子流入石墨电极,且电子不能经过溶液,故C错误;
D项、由电极反应2NO3-+6H2O+10e-=N2+12OH-,生成1mol氮气消耗2mol的硝酸根离子,所以若阳极生成0.1mol气体,理论上可除去0.2molNO3-,故D错误。
4.科研人员设想用如图所示装置生产硫酸,下列说法不正确的是()
A.a为负极,b为正极B.b电极发生氧化反应
C.H+从a极向b极移动D.负极反应式为:
SO2+2H2O﹣2e﹣=SO42﹣+4H+
【解析】A.该原电池中,二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸,所以通入二氧化硫的电极是负极、通入氧气的电极是正极,所以a是负极、b是正极,故A正确;
B.b是正极,发生还原反应,故B错误;
C.原电池中阳离子向正极,而a是负极、b是正极,所以H+从a极向b极移动,故C正确;
D.负极上二氧化硫失电子发生氧化反应,电极反应式为SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+,故D正确。
5.汽车的启动电源常用蓄电池。
其结构如下图所示,放电时其电池反应如下:
PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。
根据此反应判断,下列叙述中不正确的是
A.Pb作为负极,失去电子,被氧化
B.PbO2得电子,被还原
C.负极反应是Pb+SO42--2e-===PbSO4
D.电池放电时,溶液酸性增强
【答案】D
【解析】A.根据电池反应式知,铅失电子发生氧化反应,作负极,故A正确;
B.二氧化铅得电子被还原,故B正确;
C.负极上铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅,电极反应式为:
Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s),故C正确;
D.电池放电时,硫酸参加反应生成水,所以溶质的质量减少,溶剂的质量增加,所以溶液酸性减弱,故D错误。
6.研究人员研制出一种可作为鱼雷和潜艇的储备电源的新型电池——锂水电池(结构如图),使用时加入水即可放电。
下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.锂为负极,钢为正极B.工作时负极的电极反应式为Li-e-=Li+
C.工作时OH-向钢电极移动D.放电时电子的流向:
锂电极→导线→钢电极
【解析】A、电池以金属锂和钢为电极材料,LiOH为电解质,锂做负极,钢为正极,钢上发生还原反应,A正确;
B、锂水电池中,锂是负极,发生失去电子的氧化反应:
Li-e-=Li+,B正确;
C、原电池中,阴离子移向原电池的负极,即放电时OH-向负极锂电极移动,C错误;
D、放电时电子流向为负极→导线→正极,即锂电极→导线→钢电极,D正确。
7.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能,此时硫酸铅电极处生成Pb。
下列有关说法正确的是
A.输出电能时,外电路中的电子由硫酸铅电极流向钙电极
B.放电时电解质LiCl-KCl中的Li+向钙电极区迁移
C.电池总反应为Ca+PbSO4+2LiCl
Pb+Li2SO4+CaCl2
D.每转移0.2mol电子,理论上消耗42.5gLiCl
【解析】A.输出电能时,电子由负极经过外电路流向正极,即从钙电极经外电路流向硫酸铅电极,A项错误;
B.Li+带正电,放电时向正极移动,即向硫酸铅电极迁移,B项错误;
C.负极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2,正极电极反应方程式为:
PbSO4+2e−+2Li+=Pb+Li2SO4,则总反应方程式为:
PbSO4+Ca+2LiCl=Pb+CaCl2+Li2SO4,C项正确;
D.钙电极为负极,电极反应方程式为Ca+2Cl−−2e−=CaCl2,根据正负极电极反应方程式可知2e−∼2LiCl,每转移0.2mol电子,消耗0.2molLiCl,即消耗85g的LiCl,D项错误。
8.研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。
在海水中,电池的总反应可表示为:
5MnO2+2Ag+2NaCl==Na2Mn5O10+2AgCl,下列“水电池”在海水中放电时的有关说法不正确的是()
A.Na+不断向“水电池”的正极移动B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.负极反应式:
Ag+Cl-+e-=AgClD.AgCl是氧化产物
【解析】A.电解质溶液中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Na+不断向“水”电池的正极移动,A不符合题意;
B.根据5MnO2+2e-=Mn5O102-可知,每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子,B不符合题意;
C.负极反应式为Ag+Cl--e-=AgCl,正极反应式为5MnO2+2e-=Mn5O102-,C符合题意;
D.Ag失电子作还原剂,则AgCl是氧化产物,D不符合题意。
9.支撑海港码头基础的钢管桩,常用下图的方法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。
下列有关表述不正确的是()
A.该保护方法称为外加电流的阴极保护法
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管柱
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【解析】A.钢管桩连接电源的负极,不失电子,所以该保护方法称为外加电流的阴极保护法,故A正确;
B.外电路中,电子从高硅铸铁流向电源正极,从电源负极流向钢管桩,故B正确;
C.高硅铸铁作为惰性辅助阳极,不被损耗,故C错误;
D.通入的保护电流应抑制钢管桩电化学腐蚀产生的电流,应该根据环境条件(pH值,离子浓度,温度)变化进行调整,故D正确。
10.一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示,石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-。
该装置工作时,下列叙述正确的是
A.石墨电极上的电势比Al电极上的低
B.Al电极区的电极反应式:
A1-3e-+3NH3·
H2O=Al(OH)3+3NH4+
C.每消耗27gAl,有3mol电子通过溶液转移到石墨电极上
D.若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液,电极反应式相同
【解析】A.根据上述分析,石墨为正极,Al为负极,石墨电极上的电势比Al电极上的高,故A错误;
B.MnO2得电子为正极,则Al为负极,失电子,在氨水溶液中Al失电子生成Al(OH)3,负极电极反应式为Al-3e-+3NH3•H2O═Al(OH)3+3NH4+,故B正确;
C.电子从负极流向正极,但是电子只能在导线和电极上移动,不能通过溶液,故C错误;
D.若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液,负极生成的氢氧化铝会被氢氧化钠溶解,电极反应式不同,故D错误。
11.微生物燃料电池的研究已成为治理和消除环境污染的重要课题,利用微生物电池电解饱和食盐水的工作原理如下图所示。
下列说法正确的是
A.电池正极的电极反应:
O2+2H2O+4e−
4OH−
B.电极M附近产生黄绿色气体
C.若消耗1molS2−,则电路中转移8mole−
D.将装置温度升高到60℃,一定能提高电池的工作效率
【解析】A.由图可知,电解质溶液为酸性,正极的电极反应是O2+4H++4e−
2H2O,A项错误;
B.M为阴极产生H2,N为阳极产生Cl2,B项错误;
C.1molS2−转化成
失8mole−,则电路中转移8mole-,C项正确;
D.该电池为微生物燃料电池,该微生物的最佳活性温度未知,无法确定60℃时电池效率是否升高,D项错误。
12.已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO2-存在。
我国研究的Al-H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域,装置示意图如下。
下列说法错误的是
A.电池工作时,溶液中OH-通过阴离子交换膜向Al极迁移
B.Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-
C.电池工作结束后,电解质溶液的pH降低
D.Al电极质量减轻13.5g,电路中通过9.03×
1023个电子
【解析】A.根电池装置图分析,可知Al较活泼,作负极,而燃料电池中阴离子往负极移动,因而可推知OH-(阴离子)穿过阴离子交换膜,往Al电极移动,A正确;
B.Ni为正极,电子流入的一端,因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子,又已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO2-存在,可知HO2-得电子变为OH-,故按照缺项配平的原则,Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-,B正确;
C.根电池装置图分析,可知Al较活泼,Al失电子变为Al3+,Al3+和过量的OH-反应得到AlO2-和水,Al电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O,Ni极的电极反应式是HO2-+2e-+H2O=3OH-,因而总反应为2Al+3HO2-=2AlO2-+H2O+OH-,显然电池工作结束后,电解质溶液的pH升高,C错误;
D.A1电极质量减轻13.5g,即Al消耗了0.5mol,Al电极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O,因而转移电子数为0.5×
3NA=9.03×
1023,D正确。
13.中国是一个严重缺水的国家,污水治理越来越引起人们重视,可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚,其原理如图所示,下列说法不正确的是
A.电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极
B.B极为电池的阳极,电极反应式为CH3COO——8e−+4H2O═2HCO3—+9H+
C.当外电路中有0.2mole−转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA
D.A极的电极反应式为
+H++2e−═Cl−+
【解析】A.原电池工作时,电流从正极经导线流向负极,即电流方向从A极沿导线经小灯泡流向B极,故A正确;
B.B极为电池的负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为CH3COO--8e-+4H2O
═2HCO3-+9H+,B极不是阳极,故B错误;
C.根据电子守恒可知,当外电路中有0.2mole-转移时,通过质子交换膜的H+的个数为0.2NA,故C正确;
D.A为正极,得到电子,发生还原反应,正极有氢离子参与反应,电极反应式为
+2e-+H+═
+Cl-,故D正确。
14.据报道,美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池。
锌电池具有容量大、污染少等优点。
电池反应为2Zn+O2=2ZnO,原料为锌粒、电解液和空气。
下列叙述正确的是()
A.锌为正极,空气进入负极反应B.负极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
C.正极发生氧化反应D.电解液可以是乙醇
【解析】A、在原电池中化合价升高的做负极,从总反应式中可以判断锌化合价升高,所以锌做负极,空气进入正极反应,A错误;
B、锌做负极,负极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,B正确;
C、正极发生的是还原反应,C错误;
D、乙醇是非电解质,不能导电,因此电解液不能是乙醇,D错误。
15.氢氧燃料电池已用于航天飞机。
以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下:
2H2+4OH--4e-=4H2O、O2+2H2O+4e-=4OH-,错误的是()
A.氧气通入正极发生氧化反应B.燃料电池的能量转化率不能达到100%
C.供电时的总反应为:
2H2+O2=2H2OD.产物为无污染的水,属于环境友好电池
【解析】A.氧气得到电子,发生还原反应,因此氧气通入正极发生还原反应,A错误;
B.燃料电池的能量转化率不能达到100%,B正确;
C.正负极反应是相加即得到总反应式,即供电时的总反应为:
2H2+O2=2H2O,C正确;
D.产物为无污染的水,属于环境友好电池,D正确。
16.天然气的主要成分为CH4,可将CH4设计成燃料电池来解决能源问题,装置如图所示。
在标准状况下,持续通入甲烷,消耗甲烷VL。
下列说法错误的是()
A.当0<
V≤33.6L时,负极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
B.电池工作时,氧气发生还原反应
C.正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O
D.当V=67.2L时,电池总反应方程式可写为CH4+2O2+NaOH=NaHCO3+2H2O
【解析】A.当0<
V⩽33.6L时,0<
n(CH4)⩽1.5mol,则0<
n(CO2)⩽1.5mol,只发生反应①②,且NaOH过量或恰好反应,则电池总反应式为CH4+2O2+2NaOH=Na2CO3+3H2O,则负极反应式为CH4+10OH−−8e−═CO32−+7H2O,A项正确;
B.该电池工作原理为原电池,氧气在正极得电子发生还原反应,B项正确;
C.电解质为NaOH,则正极反应式为O2+2H2O+4e−═4OH−,C项错误;
D.当V=67.2L时,n(CH4)=3mol,则n(CO2)=3mol,发生反应①②③,则电池总反应式为CH4+2O2+NaOH=NaHCO3+2H2O,D项正确。
17.研究人员发现了一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的“水”电池,总反应可表示为:
5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl。
下列说法正确的是()
A.正极反应式:
Ag+Cl--e-=AgClB.每生成1molNa2Mn5O10转移的电子数为2NA
C.Na+不断向“水”电池的负极移动D.AgCl是还原产物
【解析】A.在原电池的正极上发生得电子的还原反应,即5MnO2+2e-=Mn5O102-,A项错误;
B.在反应5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl中,化合价降低值=化合价升高值=转移电子数=2,所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子,B项正确;
C.原电池中,阳离子向正极移动,则Na+不断向“水”电池的正极移动,C项错误;
D.在反应中,银元素化合价升高,是氧化产物,D项错误。
18.国内某科技研究小组首次提出一种新型的Li+电池体系,原理示意图如下。
该体系正极采用含有I-、Li+的水溶液,负极采用固体有机聚合物,电解质溶液采用LiNO3溶液,聚合物阳离子交换膜作为隔膜将液态正极和固态负极分隔开(已知
在水溶液中呈黄色)。
下列有关判断正确的是
A.左图是原电池工作原理图
B.放电时,Li+从右向左通过聚合物离子交换膜
C.放电时,正极区电解质溶液的颜色变深
D.充电时,阴极的电极反应式为:
【解析】A.左图是电子流向固体有机聚合物,则左图是电池充电原理图,故A项错误;
B.放电时,Li+由负极向正极移动,即Li+从右向左通过聚合物离子交换膜,B正确;
C.放电时,正极液态电解质溶液的I3-得电子被还原成I-,使电解质溶液的颜色变浅,故C项错误;
D.充电时,阴极发生得电子的还原反应,故阴极的电极反应式为:
,故D错误。
19.MFC(MicrobialFuelCell)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置,其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。
如图为污水(主要溶质为葡萄糖)处理的实验装置,下列有关该装置的说法正确的是()
A.为加快处理速度,装置需在高温环境中工作
B.负极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2+24H+
C.放电过程中,H+由正极向负极移动
D.装置工作过程中,溶液的酸性逐渐增强
【解析】A.微生物不能在高温环境中存活,故A错误;
B.负极上葡萄糖发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+,故B正确;
C.原电池中阳离子向正极移动,H+由负极向正极移动,故C错误;
D.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,负极产生的H+与正极产生的OH-恰好结合生成水,故溶液的酸性不会增强,故D错误。
20.关于如图所示的原电池,下列说法正确的是()
A.电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生氧化反应;
铜电极发生还原反应,其电极反应是2H++2e-===H2↑
D.取出盐桥后,电流表仍会偏转,铜电极在反应前后质量不变
【解析】A.锌作负极、铜作正极,电子从锌电极通过电流计流向铜电极,故A正确;
B.Zn易失电子作负极、Cu作正极,阴离子向负极移动,则盐桥中阴离子向硫酸锌溶液迁移,故B错误;
C.铜电极上铜离子得电子发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-=Cu,故C错误;
D.取出盐桥后,不能形成闭合回路,不能形成原电池,电流计指针不发生偏转,故D错误。
21.电化学应用广泛。
请回答下列问题:
(1)自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池。
若电池放电时的反应式为:
2Cu+2H2SO4+O2=2CuSO4+2H2O,该电池的负极材料为_______;
正极的电极反应式为____________。
(2)燃料电池和二次电池的应用非常广泛。
①如图为甲烷燃料电池的示意图,则负极的电极反应式为_____________________;
②铅蓄电池为生活中常用的二次电池。
放电时的反应为:
PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,铅蓄电池负极的电极反应式为_____;
充电时,铅蓄电池的PbO2极应与外加直流电源的____极相连。
(3)以铅蓄电池为电源精炼粗铜(含Fe、Pb、Ag、Au及其他不反应物质)时,以硫酸铜溶液为电解质溶液,粗铜做____极;
精炼一段时间后,当阴极增重128g时,铅蓄电池参加反应的硫酸的物质的量为____mol。
【答案】铜或CuO2+4e-+4H+=2H2OCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OPb+SO42--2e-=PbSO4正阳4
【解析】
(1)原电池中负极失去电子,发生氧化反应,化合价升高,根据总反应知,Cu化合价升高,则该电池的负极材料为Cu;
正极得电子,发生还原反应,正极的电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O;
(2)①如图所示该电池为碱性燃料电池,甲烷作负极,失电子后结合氢氧根生成碳酸根,则负极的电极反应式为:
CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;
②根据总反应分析知,放电时,铅蓄电池负极失去电子,化合价升高,电极反应式为:
Pb+SO42--2e-=PbSO4;
充电时,铅蓄电池的PbO2极要转化为Pb,发生还原反应,所以应与外加直流电源的正极相连;
(3)精炼时,粗铜要被溶解发生氧化反应,所以做阳极;
当阴极增重128g时,n(Cu)=
=2mol,阴极电极反应为Cu2++2e-=Cu,由总反应PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O~2e-得:
n(硫酸)=n(e-)=2mol×
2=4mol。
22.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。
有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
根据上述反应式,完成下列填空。
(1)下列叙述正确的是______。
A.在使用过程中,电解质溶液中的KOH被不断消耗,pH减小
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式:
___________。
(3)使用时,负极区的pH____(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】CZn+Ag2O===ZnO+2Ag减小
【解析】
(1)A、负极电极反应式为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O、正极电极反应式为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,所以电池反应式为Zn+Ag2O=2Ag+ZnO,所以氢氧化钾的量不变,故A错误;
B、由电极反应式可知,Zn的化合价由0价升高到+2价,被氧化,为原电池的负极,则正极为Ag2O,原电池中电子从负极流向正极,即由锌经导线流向Ag2O,故B错误;
C、根据B的分析,Zn是负极,Ag2O是正极,故C正确;
D、由电极反应式可知,Zn的化合价由0价升高到+2价,为原电池的负极,发生氧化反应,Ag2O是正极发生还原反应,故D错误;
故选C;
(2)负极电极反应式为Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O、正极电极反应式为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,所以电池的总反应式为Zn+Ag2O=2Ag+ZnO,故答案为:
Zn+Ag2O=2Ag+ZnO;
(3)负极发生氧化反应,负极的电极反应式为:
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,则负极附近pH减小,故答案为:
减小。
23.
(1)SO2、CO、CO2、NOx是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。
利用电化学原理将CO、SO2转化为重要化工原料,装置如图所示。
①若A为CO,B为H2,C为CH3OH,则通入CO一极的电极反应式为_____________。
②A为SO2,B为O2,C为H2SO4,则负极反应式为_________
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