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化学电源
课时3原电池 化学电源
(时间:
45分钟 分值:
100分)
一、选择题(本题共12个小题,每题5分,共60分,每个小题只有一个选项符合题意。
)
1.下列有关电池的说法不正确的是( )。
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
解析 锂离子电池可以充电再次使用,属于二次电池,A项正确;铜锌原电池中铜为正极,故电流从铜流向锌,而电子是沿外电路由锌流向铜,B项错;电池的实质即是将化学能转化成电能,C正确;Zn失去电子生成Zn2+,故作为负极,D项正确。
答案 B
2.某学生设计一水果电池:
他把一铁钉和碳棒用导线连接好,然后将铁钉和碳棒平行插入一新鲜西红柿中,再在导线中接一个灵敏电流计。
据此下列叙述正确的是( )。
A.电流计指针不会发生偏转
B.金属铁会被腐蚀
C.碳棒作负极
D.铁表面有气体逸出
解析 该水果电池中,铁钉为负极,碳棒为正极,电流计指针会发生偏转,碳棒表面产生气泡。
答案 B
3.下列化学反应常温下在理论上可设计成原电池的是( )。
A.2Al(s)+2NaOH(aq)+2H2O(l)===2NaAlO2(aq)+3H2(g) ΔH<0
B.HNO3(aq)+KOH(aq)===KNO3(aq)+H2O(l) ΔH<0
C.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)===BaCl2(aq)+2NH3·H2O(aq)+8H2O(l)
ΔH>0
D.C(s)+CO2(g)===2CO(g) ΔH>0
解析 原电池反应都是自发的氧化还原反应,B、C都不是氧化还原反应,D项反应是氧化还原反应,但常温下不能自发进行,故选A。
答案 A
4.(2012·全国,11)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。
①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。
据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )。
A.①③②④B.①③④②
C.③④②①D.③①②④
解析 ①②相连时,外电路电流从②流向①,说明①为负极,②为正极,金属活动性:
①>②;①③相连时,③为正极,①为负极,金属活动性:
①>③;②④相连时,②上有气泡逸出,说明④为负极,②为正极,金属活动性:
④>②;③④相连时,③的质量减小,说明③为负极,④为正极,金属活动性:
③>④。
由此可知,金属活动性:
①>③>④>②,B项正确。
答案 B
5.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )。
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中易钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A错,C错。
②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+
3H2↑,负极电极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO2-+4H2O,二者相减得到正极电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B正确。
④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D错。
答案 B
6.某潜航器使用新型镁-过氧化氢燃料电池系统,其工作原理如图所示。
以下说法中错误的是( )。
A.当电路中有2mol电子转移时,镁电极的质量减轻24g
B.电池工作时,正极上有H2生成
C.工作过程中溶液的pH会增大
D.电池正极的反应式为H2O2+2e-+2H+===2H2O
解析 该电池中Mg作负极,溶解1molMg转移2mole-,A正确;在电池正极上,强氧化剂H2O2得到电子转化为H2O,由此可知C、D正确,B错误。
答案 B
7.(2012·福建理综,9)将下图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( )。
A.Cu电极上发生还原反应
B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C.片刻后甲池中c(SO42-)增大
D.片刻后可观察到滤纸b点变红色
解析 将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Cu电极上发生还原反应,故A正确;电子沿Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,失去的电子流向铜,但电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲乙两烧杯中的SO42-的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;在b处溶液中的OH-失去电子,c(OH-)减小,c(H+)增大,b处滤纸不可能变红色,故D错误。
答案 A
8.科研人员设想用右图所示装置生产硫酸,下列说法正确的是( )。
A.a为正极,b为负极
B.负极反应式为2H2O+SO2-2e-===SO42-+4H+
C.电子从b极向a极移动
D.生产过程中H+向a电极区域运动
解析 电池反应中SO2被氧化生成H2SO4,故a为负极,b为正极,A错。
外电路中电子由负极出发流向正极,C错。
原电池工作时溶液中阳离子移向正极,D错。
答案 B
9.右图是一种可充电的锂离子电池充放电的工作示意图。
放电时该电池的电极反应式如下。
负极:
LixC6-xe-===C6+xLi+(LixC6表示锂原子嵌入石墨中形成的复合材料);正极:
Li1-xMnO2+xLi++xe-===LiMnO2(LiMnO2表示含锂原子的二氧化锰)。
下列有关说法中正确的是( )。
①该电池的反应式为Li1-xMnO2+LixC6
LiMnO2+C6 ②K与M相接时,A是阳极,发生氧化反应 ③K与N相接时,Li+由A极区迁移到B极区
④在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化
A.①③B.②③C.①④D.②④
解析 将负极反应式和正极反应式相加即得放电时的总反应式,①中所给电池反应式放电和充电方向正好相反,①错。
K与M相接时,即对电池进行充电,A与外电源的正极相连作阳极,发生氧化反应,②正确。
根据充电时的连接方式可判断,在放电时A为正极,B为负极,因此当K与N相接时,Li+由B极区迁移到A极区,③错。
在整个充、放电过程中存在着化学能向电能转化,电能转化为光能、化学能等能量转化,④正确。
答案 D
10.据报道,以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3)和H2O2作原料的燃料电池可用作空军通信卫星电源,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,其工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )。
A.电池放电时Na+从b极区移向a极区
B.电极b采用MnO2,MnO2既作电极材料又有催化作用
C.每消耗1molH2O2,转移的电子为1mol
D.该电池的正极反应为:
BH4-+8OH--8e-===BO2-+6H2O
解析 由装置图可知,H2O2得电子化合价降低,所以b为正极,a为负极,原电池中阳离子向正极移动。
负极反应为:
BH4-+8OH--8e-===BO2-+6H2O。
每消耗1molH2O2,转移的电子为2mol。
答案 B
11.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如下图所示的原电池。
下列判断不正确的是( )。
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极
解析 由图示结合原电池原理分析可知,Fe3+得电子变成Fe2+被还原,I-失去电子变成I2被氧化,所以A、B正确;电流计读数为零时Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,反应达到平衡状态;D项在甲中溶入FeCl2固体,平衡2Fe3++2I-2Fe2++I2向左移动,I2被还原为I-,乙中石墨为正极,D不正确。
答案 D
12.实验发现,298K时,在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后,Fe3+立即被还原成Fe2+。
某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。
下列有关说法正确的是( )。
A.该原电池的正极反应是Zn-2e-===Zn2+
B.左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去
C.该电池铂电极上有气泡出现
D.该电池总反应为3Zn+2Fe3+===2Fe+3Zn2+
解析 该电池的总反应为Zn+2Fe3+===2Fe2++Zn2+,所以左烧杯Pt为正极,电极反应为Fe3++e-===Fe2+,右烧杯Zn为负极,电极反应为Zn-2e-===
Zn2+。
由于左烧杯中的Fe3+被还原为Fe2+,所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。
答案 B
二、非选择题(本题共4个小题,共40分)
13.(6分)某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件,按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果:
分析上述实验,回答下列问题:
(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。
(2)实验6中电子由B极流向A极,表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。
(3)实验5表明________。
A.铜在潮湿空气中不会被腐蚀
B.铜的腐蚀是自发进行的
(4)分析上表有关信息,下列说法不正确的是________。
A.相对活泼的金属一定作负极
B.失去电子的电极是负极
C.烧杯中的液体必须是电解质溶液
D.原电池中,浸入同一电解质溶液中的两个电极,是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属导体)
解析
(1)电流是由正极流向负极,实验2中,Cu为正极,Zn为负极;
(2)电子由负极流向正极,实验6中电子由B极流向A极,表明负极是B(Al);(3)实验5是铜的吸氧腐蚀,说明铜的腐蚀是自发进行的;(4)判断原电池负极时,不能简单地比较金属的活动性,要看反应的具体情况,如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;在原电池中负极失去电子,发生氧化反应;必须有电解质溶液形成闭合回路;活泼性不同的两种金属,或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。
答案
(1)B A
(2)铝 (3)B (4)A
14.(12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原理,设计如图装置。
①a和b不连接时,烧杯中发生反应的离子方程式是________________________。
②a和b用导线连接,Cu极为原电池________极(填“正”或“负”),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”)极。
③无论a和b是否连接,Zn片均被腐蚀,若转移了0.2mol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:
①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极,该极的电极反应式为:
_________________________________________________________________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析 分析本题装置,若a和b不连接,不能构成原电池;若a和b连接,则符合构成原电池的条件。
(1)①若a、b不连接则发生的是Zn与H2SO4的置换反应;②a、b连接后,构成原电池,Cu的活泼性弱于Zn,Cu为正极,Zn为负极,Zn极发生氧化反应;③若转移0.2mol电子,则消耗0.1molZn,其质量为6.5g。
(2)CH4在反应时失去电子,故a电极是电池的负极。
电极反应式可由总反应式CH4+2OH-+2O2===CO32-+3H2O减去正极反应式O2+2H2O+4e-===4OH-,求得。
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会减小。
答案
(1)①Zn+2H+===Zn2++H2↑ ②正 2H++2e-===H2↑ 氧化 Cu ③6.5
(2)①a CH4+10OH--8e-===CO32-+7H2O
②减小
15.(11分)某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L-1,溶液的体积均为200mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题:
(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”),发生________反应。
(2)电池工作时,盐桥中的SO42-移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲_______________________________________________________________,
乙_______________________________________________________________。
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5mol·L-1,则反应中转移的电子为________mol。
解析
(1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。
(2)电池工作时,SO42-向负极移动,即向乙烧杯移动。
(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO4-+5e-+8H+===Mn2++4H2O;乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e-===5Fe3+。
(4)溶液中的MnSO4浓度由1mol·L-1变为1.5mol·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5mol·L-1×0.2L=0.1mol,转移的电子为0.1mol×5=0.5mol。
答案
(1)a 还原
(2)乙
(3)MnO4-+5e-+8H+===Mn2++4H2O 5Fe2+-5e-===5Fe3+
(4)0.5
16.(11分)(2013·日照二诊)第三代混合动力车,可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。
汽车上坡或加速时,电动机提供推动力,降低汽油的消耗;在刹车或下坡时,电池处于充电状态。
(1)混合动力车的内燃机以汽油为燃料,汽油(以辛烷C8H18计)和氧气充分反应,生成1mol水蒸气放热569.1kJ。
则该反应的热化学方程式为__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)混合动力车目前一般使用镍氢电池,该电池中镍的化合物为正极,储氢金属(以M表示)为负极,碱液(主要为KOH)为电解质溶液。
镍氢电池充放电原理示意如图,其总反应式为H2+2NiOOH
2Ni(OH)2。
根据所给信息判断,混合动力车上坡或加速时,乙电极周围溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”),该电极的电极反应式为_________________________。
(3)Cu2O是一种半导体材料,可通过如图所示的电解装置制取,电解总反应式为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑,阴极的电极反应式是_____________________________________________________________________________________。
用镍氢电池作为电源进行电解,当电池中有1molH2被消耗时,Cu2O的理论产量为________g。
(4)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的________腐蚀。
为防止这种腐蚀,通常把船体与浸在海水里的Zn块相连,或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的________(填“正”或“负”)极相连。
解析
(2)混合动力车上坡或加速时需要动力,故反应为原电池放电反应,即乙电极为正极,发生反应NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,故乙电极周围溶液的pH增大。
(3)电解池的阴极发生还原反应,即2H++2e-===H2↑。
当电池中有1molH2被消耗时有2mol电子转移,根据电子守恒可知Cu2O的理论产量为144g。
(4)钢铁船体在海水中发生吸氧腐蚀,可利用牺牲阳极阴极保护法或外加电源阴极保护法防止其被腐蚀。
答案
(1)C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(g) ΔH=-5121.9kJ·mol-1
(2)增大 NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
(3)2H++2e-===H2↑ 144 (4)吸氧 负
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