高中化学 专题10 原电池 新型化学电源.docx
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高中化学专题10原电池新型化学电源
专题10 原电池 新型化学电源
1.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。
下列说法错误的是( )
A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能
B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+
C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案 B
解析 该反应中,可产生电流,反应条件比较温和,没有高温高压条件,A正确;该生物燃料电池中,左端电极反应式为MV+-e-===MV2+,则左端电极是负极,应为负极区,在氢化酶作用下,发生反应H2+2MV2+===2H++2MV+,B错误;右端电极反应式为MV2++e-===MV+,是正极,在正极区N2得到电子生成NH3,发生还原反应,C正确;原电池中,内电路中H+通过交换膜由负极区向正极区移动,D正确。
2.(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池,结构如图所示。
电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)
ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A.三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l)
C.放电时负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l)
D.放电过程中OH-通过隔膜从负极区移向正极区
答案 D
解析 三维多孔海绵状Zn为多孔结构,具有较高的表面积,所沉积的ZnO分散度高,A正确;二次电池充电时作为电解池使用,阳极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-===NiOOH(s)+H2O(l),B正确;二次电池放电时作为原电池使用,负极发生氧化反应,元素化合价升高,原子失去电子,由电池总反应可知负极反应为Zn(s)+2OH-(aq)-2e-===ZnO(s)+H2O(l),C正确;二次电池放电时作为原电池使用,阴离子从正极区向负极区移动,D错误。
3.(2019·北京海淀高三期末)锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。
电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率,称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法不正确的是( )
A.两者正极材料不同
B.MnO2的放电产物可能是KMnO4
C.两者负极反应均为Zn失电子
D.原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
答案 B
解析 题左图为干电池,干电池的正极材料是碳,题右图为原电池,正极材料是铜单质,两者正极材料不同,故A正确;干电池中MnO2应作氧化剂,Mn的化合价降低,故B错误;所给装置中Zn均为负极,失去电子,故C正确;根据自放电现象的定义,Zn与稀硫酸能够发生反应,即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象,故D正确。
4.(2019·广西柳州市高三模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.O2在电极b上发生还原反应
B.溶液中OH-向电极a移动
C.正极的电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O
D.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
答案 C
解析 该装置是原电池,a电极为原电池的负极,b电极为原电池的正极,电解质溶液为碱性。
O2在电极b上得到电子发生还原反应,电极反应式为:
O2+4e-+2H2O===4OH-,故A正确、C错误;溶液中OH-向负极移动,就是OH-向电极a移动,故B正确;NH3在负极失去电子发生氧化反应,负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O,故D正确。
5.(2019·河北武邑中学高三调研)某同学利用氧化还原反应:
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如图所示原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
下列说法正确的是( )
A.b电极上发生还原反应
B.外电路电子的流向是从a到b
C.电池工作时,盐桥中的SO
移向甲烧杯
D.a电极上发生的反应为MnO
+8H++5e-===Mn2++4H2O
答案 D
解析 根据原电池的工作原理:
负极失电子,发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,则b电极为负极,a电极为正极,b极上电极反应式:
Fe2+-e-===Fe3+,A错误;外电路电子流向是从b流向a,B错误;根据原电池的工作原理:
阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,SO
向b极移动,C错误;总电极反应式:
2MnO
+10Fe2++16H+===2Mn2++10Fe3++8H2O,a极是正极得电子,电极反应式=总电极反应式-b极反应式,得出:
2MnO
+16H++10e-===2Mn2++8H2O,化简得:
MnO
+8H++5e-===Mn2++4H2O,D正确。
6.(2019·山东济宁高三期末)锂-铜空气燃料电池是低成本高效电池。
该电池通过一种复杂的铜“腐蚀”现象产生电能,其中放电过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-。
下列说法不正确的是( )
A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动
B.通空气时,铜被腐蚀,产生Cu2O
C.放电时,正极的电极反应式为:
Cu2O+2H++2e-===2Cu+H2O
D.整个反应过程中,氧化剂为O2
答案 C
解析 放电时,阳离子向正极移动,则Li+透过固体电解质向Cu极移动,故A正确;放电过程为2Li+Cu2O+H2O===2Cu+2Li++2OH-,可以知道通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O,故B正确;电解质溶液为碱性,则正极的电极反应式为Cu2O+2e-+H2O===2Cu+2OH-,故C错误;通空气时,铜被腐蚀,表面产生Cu2O,放电时Cu2O转化为Cu,则整个反应过程中,铜相当于催化剂,得电子的物质是氧气,所以氧气为氧化剂,故D正确。
7.(2019·昆明市高三复习诊断测试理科综合能力测试)利用铜和石墨作电极,在盐酸介质中,铜与氢叠氮酸(HN3)构成原电池,总反应方程式为2Cu+2Cl-+HN3+3H+===2CuCl(s)+N2↑+NH
。
下列判断正确的是( )
A.电子从石墨电极流向铜电极
B.溶液中Cl-向石墨电极移动
C.每转移1mol电子,负极减重64g
D.正极反应式为HN3+2e-+3H+===N2↑+NH
答案 D
解析 该装置为原电池,铜为负极,石墨为正极,电子从铜电极流向石墨电极,故A错误;溶液中Cl-向铜电极移动,故B错误;负极为铜电极,结合电池总反应得到,负极的电极反应式为Cu+Cl--e-===CuCl(s),负极生成了CuCl(s),质量增重了,故C错误;用总反应式减去负极反应式得到正极反应式为HN3+2e-+3H+===N2↑+NH
,故D正确。
8.(2019·成都七中高三期末)某微生物燃料电池的工作原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.b极发生氧化反应
B.高温下该电池效率更高
C.若有机物为甲烷,则该电池整个过程的总反应式为:
CH4+2O2===CO2+2H2O
D.硫氧化菌参加的反应为:
HS-+8e-+4H2O===SO
+9H+
答案 C
解析 由H+的移动方向可判断出b是电池的正极,发生还原反应,A错误;在高温下硫酸盐还原菌、硫氧化菌会失去生物活性,因而在高温下微生物被杀死,效率更低,B错误;根据图示可知硫酸盐还原菌将SO
还原为HS-,若有机物为CH4,则发生反应CH4+SO
+H+===HS-+CO2+2H2O,硫氧化菌又将HS-转化为SO
,发生氧化反应,电极反应式是HS-+4H2O-8e-===SO
+9H+,b电极发生还原反应,电极反应为:
O2+4e-+4H+===2H2O,总反应方程式为CH4+2O2===CO2+2H2O,C正确、D错误。
9.(2019·广州高三调研测试)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的示意图如下,电池工作时发生的反应为:
RuⅡ
RuⅡ*(激发态) RuⅡ*―→RuⅢ+e-
I
+2e-―→3I- 2RuⅢ+3I-―→2RuⅡ+I
下列关于该电池的叙述错误的是( )
A.电池中镀Pt导电玻璃为正极
B.电池工作时,I-在镀Pt导电玻璃上放电
C.电池工作时,电解质中I-和I
浓度不会减少
D.电池工作时,是将太阳能转化为电能
答案 B
解析 根据电池工作时电子从透明导电玻璃流入镀Pt导电玻璃,则透明导电玻璃为负极,镀Pt导电玻璃为正极,A项正确;电池工作时,镀Pt导电玻璃为正极,电极反应为I
+2e-===3I-,正极上为I
放电,B项错误;根据电池工作时发生的反应可知,I
在正极上得电子被还原为I-,后I-又被RuⅢ氧化为I
,I
和I-相互转化,电解质中I-和I
浓度不会减少,C项正确;电池工作时,是将太阳能转化为电能,D项正确。
10.(2019·山东济南高三期末)金属-硫电池价格低廉,使用寿命长,能量密度高,因而在电池研究领域得到广泛关注。
常温下新型MgS电池放电时的总反应为:
Mg+nS===MgSn。
下列关于该电池的说法中正确的是( )
A.负极材料为金属镁,正极材料为固体硫
B.电解质溶液可选用硫酸铜溶液
C.放电时,溶液中的阳离子向负极移动
D.将金属镁换成金属钠或锂也可以形成原电池
答案 D
解析 根据总反应方程式可知,在反应中Mg失去电子,所以金属镁作原电池的负极,而固态S不能导电,因此不能作电极,A错误;若电解质溶液选用硫酸铜溶液,则在正极上就不能是S获得电子变为阴离子,B错误;放电时,溶液中的阳离子向负电荷较多的正极移动,C错误;若将金属镁换成金属钠或锂,由于这两种金属的活动性也很强,因此也可以形成原电池,D正确。
11.(2019·佛山市高三质检)科学家很早就提出锂-空气电池的概念,它直接使用金属锂作电极,从空气中获得O2,和以LiFePO4作电极的锂离子电池相比,增大了电池的能量密度(指标之一是单位质量电池所储存的能量)。
下图是某种锂-空气电池的装置示意图,放电时,下列说法不正确的是( )
A.金属锂为负极
B.若隔膜被腐蚀破损,不会影响该电池正常使用
C.多孔碳电极上发生的电极反应为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
D.锂-空气电池能量密度大的原因之一是转移等量电子时,金属锂比LiFePO4质量小
答案 B
解析 Li是活泼金属,根据装置示意图,金属锂为负极,故A正确;锂是活泼金属,能与水发生反应,隔膜被腐蚀破损后,锂与水接触,锂与水反应,影响该电池正常使用,故B错误;根据装置示意图,多孔碳电极为正极,电解质溶液显碱性,正极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,故C正确;锂作负极,其电极反应式为Li-e-===Li+,LiFePO4作电极时,电极反应式为FePO4+Li++e-===LiFePO4,根据电池能量密度的定义,相同质量时,Li失去电子物质的量多,锂-空气电池能量密度大的原因之一是转移等量电子时,金属锂比LiFePO4质量小,故D正确。
12.(2019·湖南邵东创新实验学校高三月考)利用反应6NO2+8NH3===7N2+12H2O构成电池的装置如图所示。
此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能。
下列说法正确的是( )
A.电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极
B.为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜
C.电极A的电极反应式为2NH3-6e-===N2+6H+
D.当有4.48LNO2被处理时,转移电子数为0.8NA
答案 B
解析 由反应6NO2+8NH3===7N2+12H2O可知,反应中NO2为氧化剂,NH3为还原剂,则A为负极,B为正极,电流由正极B经导线流向负极A,故A错误;正极反应为6NO2+24e-+12H2O===3N2+24OH-,负极反应为2NH3-6e-+6OH-===N2+3H2O,为使电池持续放电,离子交换膜需选用阴离子交换膜,故B正确、C错误;D没有明确4.48LNO2是否是标准状况下,故D错误。
13.(2019·福建三明高三期末)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。
下列说法正确的是( )
A.放电时,正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e-===2Fe+3Li2O
B.该电池可以用水溶液作电解质溶液
C.放电时,Fe作电池的负极,Fe2O3作电池的正极
D.充电完成后,电池被磁铁吸引
答案 A
解析 正极发生还原反应,Fe2O3得电子被还原,所以放电时电池正极的电极反应式为Fe2O3+6Li++6e-===3Li2O+2Fe,A正确;锂和水能发生反应,所以不可以用水溶液为电解质溶液,B错误;放电时,金属锂和石墨的复合材料作电池的负极,纳米Fe2O3作电池的正极,C错误;充电时,Fe作为阳极生成Fe2O3,磁铁不可吸引Fe2O3,D错误。
14.(2019·福建六校联盟高三联考)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池如图1所示,测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示。
反应过程中有红棕色气体产生。
下列说法错误的是( )
A.t1s前,Al片的电极反应式为:
2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+
B.t1s时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应
C.t1s之后,负极Cu失电子,电流方向发生改变
D.烧杯中发生反应的离子方程式为:
2NO2+2OH-===2NO
+H2O
答案 D
解析 t1s前,Al片作负极,发生氧化反应,其电极反应式为2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+,A项正确;t1s时,随着反应进行铝表面钝化形成的氧化膜阻碍了Al继续反应,B项正确;t1s后Cu作负极发生氧化反应,电流方向发生改变,C项正确;NO2溶于NaOH溶液中生成NaNO3和NaNO2,即烧杯中发生反应的离子方程式为2NO2+2OH-===NO
+NO
+H2O,D项错误。
15.(2019·四川绵阳高三诊断)我国科学家成功研制出新型铝-石墨烯(Cn)可充电电池,电解质为阳离子(EMIM+)与阴离子(AlCl
)组成的离子液体,该电池放电过程示意图如图所示。
下列说法错误的是( )
A.放电时铝为负极,发生氧化反应
B.放电时正极的反应为:
Cn+AlCl
-e-===Cn[AlCl4]
C.充电时石墨烯与电源的正极相连
D.充电时的总反应为:
3Cn+4Al2Cl
===Al+4AlCl
+3Cn[AlCl4]
答案 B
解析 放电时铝为负极,被氧化生成Al2Cl
,发生氧化反应,A正确;放电时,正极发生还原反应,电极反应为Cn[AlCl4]+e-===Cn+AlCl
,B错误;充电时,Cn为阳极,发生氧化反应,电极反应式为Cn+AlCl
-e-===Cn[AlCl4],C正确;阴极发生还原反应,电极反应为4Al2Cl
+3e-===Al+7AlCl
,根据得失电子守恒可得充电时的总反应为:
3Cn+4Al2Cl
===Al+4AlCl
+3Cn[AlCl4],D正确。
16.(2019·北京东城高三期末)氮化镓(GaN)与Cu可组成如图所示的人工光合系统,该装置能以CO2和H2O为原料合成CH4,下列说法正确的是( )
A.Cu电极上发生氧化反应
B.溶液中H+向GaN电极移动
C.该系统的功能是将化学能转化为电能
D.相同条件下,理论上产生的O2和CH4气体体积比为2∶1
答案 D
解析 铜电极上通入了CO2,生成了CH4,发生了还原反应,A项错误;H+作为内电路中的阳离子,移向正极(Cu电极),B项错误;该系统实现了将太阳能转化为电能和化学能,C项错误;从得失电子守恒的角度看,4H2O~2O2~8e-~CO2~CH4,D项正确。
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