原电池练习二及答案.docx
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原电池练习二及答案.docx
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原电池练习二及答案
原电池练习
(二)答案
一、选择题
1.下列关于原电池的说法正确的是( )
A.所有的氧化还原反应都能设计成原电池
B.原电池的两极中较活泼的金属一定为负极
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应
D.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
解析:
选C。
A项,必须是自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池,错误;B项,原电池的两极中较活泼的金属一般为负极,但在某些特殊的电解质溶液中,如MgAl(NaOH)原电池,较活泼的金属Mg与NaOH不能反应,而Al与之反应,较不活泼的金属Al作负极,故错误;D项,原电池反应后,电极产物仍会具有一定的能量,且由于过程中放热,不可能100%进行转化,故原电池不能把物质中的能量全部转化为电能,错误。
2.(2017·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
解析:
选D。
原电池是将化学能转化成电能的装置,A正确;原电池由电极、电解质溶液和导线等组成,B正确;图中a极为铝条、b极为锌片时,构成原电池,导线中会产生电流,C正确;图中a极为锌片、b极为铜片时,锌片作负极,电子由锌片通过导线流向铜片,D错误。
3.研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl。
下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ag+Cl--e-===AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.AgCl是还原产物
解析:
选B。
电池的正极得电子,A错误;阳离子向正极移动,C错误;Ag化合价升高形成AgCl,AgCl是氧化产物,D错误。
4.“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电,夜间镍氢电池向飞行器供电。
镍氢电池的结构示意图如图所示。
若电池总反应为2Ni(OH)2
2NiOOH+H2。
则下列说法正确的是( )
A.放电时,NiOOH发生氧化反应
B.充电时,a电极的pH增大,K+移向b电极
C.充电时,a电极的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.放电时,负极反应为NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
解析:
选C。
放电时,NiOOH在正极上放电,发生还原反应,A错误;充电时,a电极作阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,pH增大,K+移向a电极,B错误、C正确;放电时,负极上H2放电,D错误。
5.(2017·张家界模拟)液流电池是一种新的蓄电池,是利用正负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。
如图是一种锌溴液流电池,电解液为溴化锌的水溶液。
下列说法正确的是( )
A.充电时阳极的电极反应式:
Zn-2e-===Zn2+
B.充电时电极a为外接电源的负极
C.放电时Br-向右侧电极移动
D.放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大
解析:
选D。
如图是一种锌溴液流电池,电解液为溴化锌的水溶液,所以该电池的负极为锌,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,溴为原电池的正极,电极反应式为Br2+2e-===2Br-,充电时阳极的电极反应式与正极的电极反应式相反,所以充电时阳极的电极反应式为2Br--2e-===Br2,故A错;在充电时,原电池的正极连接电源的正极,是电解池的阳极,而原电池的负极连接电源的负极,所以充电时电极a为外接电源的正极,故B错;放电时为原电池,在原电池中间隔着一个阳离子交换膜,所以Br-不能向右侧电极移动,故C错;放电时左侧生成溴离子,为平衡电荷,右侧的锌离子向左侧电极移动,所以放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大,故D正确。
6.如图所示,最近美国医学家利用人体自身环境设计了心脏起搏器,其动力由人体体液中的能量物质提供。
下列有关说法正确的是( )
A.图中“?
”为人体中的脂肪
B.O2极为心脏起搏器的负极
C.产生的CO2使人体血液呈酸性,长期使用对人体有害
D.电池正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
解析:
选D。
本题将原电池原理进行拓展和创新,所以解答时首先要了解人体体液中的能量物质,其次要根据原电池原理来分析心脏起搏器的正、负极。
选项A,人体体液中的能量提供者是葡萄糖,不是脂肪。
选项B,体液中的葡萄糖为电池的负极。
选项C,人体自身呼吸作用也会产生二氧化碳,通过人体的呼吸和体液调节不会使人体的血液呈酸性。
选项D,O2获得电子为电池的正极,其电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
7.如图所示,杠杆A、B两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中,不考虑两球的浮力变化)( )
A.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端高B端低
B.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端低B端高
C.当杠杆为导体时,A端低B端高
D.当杠杆为导体时,A端高B端低
解析:
选C。
当杠杆为导体时,构成原电池,Fe作负极,Cu作正极,电极反应式分别为负极:
Fe-2e-===Fe2+,正极:
Cu2++2e-===Cu,铜球增重,铁球质量减轻,杠杆A端低B端高。
8.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LiClKCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。
下列有关说法正确的是( )
A.正极反应式:
Ca+2Cl--2e-===CaCl2
B.放电过程中,Li+向负极移动
C.每转移0.1mol电子,理论上生成20.7gPb
D.常温时,在正、负极间接上电流表或检流计,指针不偏转
解析:
选D。
正极应是得电子发生还原反应,故为PbSO4+2e-===Pb+SO
,A错误;放电过程为原电池,阳离子向正极移动,B错误;每转移0.1mol电子,生成0.05molPb,为10.35g,C错误;由题意“热激活”表明该电池应在加热的条件下工作,故常温下电解质不能熔化,不能形成原电池,指针不偏转,D正确。
9.如图是将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,其附近的溶液酸性增强
C.催化剂a表面的反应是SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+
D.若得到的硫酸浓度仍为49%,则理论上参加反应的SO2与加入的H2O的质量比为8∶15
解析:
选B。
A项,该装置没有外加电源,是一个原电池,能把化学能转化为电能,正确;B项,催化剂b表面O2发生还原反应生成H2O,消耗H+,其附近溶液酸性减弱,错误;C项,催化剂a表面SO2失去电子生成硫酸,电极反应式为SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+,正确;D项,催化剂a处的反应为SO2+2H2O-2e-===SO
+4H+,催化剂b处的反应为
O2+2H++2e-===H2O,则总反应式为SO2+H2O+
O2===H2SO4。
设参加反应的SO2的质量为xg,加入的H2O的质量为yg,则生成硫酸的质量为
g,消耗水的质量为
g,因得到硫酸的浓度为49%,故有
=
,可得x∶y=8∶15,正确。
10.(教材改编题)镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:
Cd+2NiOOH+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2。
有关该电池的说法正确的是( )
A.放电时负极附近溶液的碱性不变
B.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动
C.放电时正极反应:
NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-
D.放电时Cd在正极上放电
解析:
选C。
放电时Cd作负极,发生Cd-2e-+2OH-===Cd(OH)2,负极附近溶液碱性减弱,A、D错误;放电时电解质溶液中的OH-向负极移动,B错误;放电时正极反应:
NiOOH+e-+H2O===Ni(OH)2+OH-,C正确。
11锌空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2Zn(OH)
。
下列说法正确的是( )
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小
C.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
D.放电时,电路中通过2mol电子,消耗氧气22.4L(标准状况)
[解析] K+带正电荷,充电时K+应该向阴极移动,A项错误。
根据该电池放电的总反应可知,放电时消耗OH-,则充电时,OH-浓度应增大,B项错误。
放电时,Zn为负极,失去电子生成Zn(OH)
,其电极反应为Zn+4OH--2e-===Zn(OH)
,C项正确。
消耗1molO2转移4mol电子,故转移2mol电子时消耗0.5molO2,0.5molO2在标准状况下的体积为11.2L,D项错误。
[答案] C
12.(2015·高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。
下列有关该电池的说法正确的是( )
A.反应CH4+H2O
3H2+CO,每消耗1molCH4转移12mol电子
B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-===2H2O
C.电池工作时,CO
向电极B移动
D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-===2CO
解析:
选D。
A选项,甲烷中的C为-4价,一氧化碳中的C为+2价,每个碳原子失去6个电子,因此每消耗1mol甲烷失去6mol电子,所以错误;B选项,熔融盐中没有氢氧根离子,因此氢氧根离子不能参与电极反应,电极反应式应为H2+CO+2CO
-4e-===3CO2+H2O,所以错误;C选项,碳酸根离子应向负极移动,即向电极A移动,所以错误;D选项,电
2、非选择题
1.以甲烷燃料电池为例来分析不同环境下电极反应式的书写。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极:
_____________________________________________________________;
正极:
______________________________________________________________;
总反应式:
____________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
负极:
__________________________________________________________________;
正极:
__________________________________________________________________;
总反应式:
_______________________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2-)
负极:
________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________;
总反应式:
______________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极:
__________________________________________________________________;
正极:
__________________________________________________________________;
总反应式:
_______________________________________________________________。
答案:
(1)CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
2O2+8e-+8H+===4H2O
CH4+2O2===CO2+2H2O
(2)CH4-8e-+10OH-===CO
+7H2O
2O2+8e-+4H2O===8OH-
CH4+2O2+2OH-===CO
+3H2O
(3)CH4-8e-+4O2-===CO2+2H2O
2O2+8e-===4O2- CH4+2O2===CO2+2H2O
(4)CH4-8e-+4CO
===5CO2+2H2O
2O2+8e-+4CO2===4CO
CH4+2O2===CO2+2H2O
2.(14分)
(1)以Al和NiOOH为电极,NaOH溶液为电解质溶液组成一种新型电池,放电时NiOOH转化为Ni(OH)2,该电池反应的化学方程式是
__________________________________________________________。
(2)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH。
该电池中,负极材料主要是________,与普通锌锰电池相比,碱性锌锰电池的优点是__________________________________________________________。
(3)将氢氧燃料电池中的氢气换成氨气也可以构成燃料电池,其电池反应原理为4NH3+3O2===2N2+6H2O。
电解质溶液应该呈________(填“酸性”“碱性”或“中性”),负极的电极反应式:
________________________________________________________________。
解析:
(1)根据得失电子守恒有Al+3NiOOH+NaOH―→NaAlO2+3Ni(OH)2,再由元素守恒得:
Al+3NiOOH+NaOH+H2O===NaAlO2+3Ni(OH)2。
(2)根据普通锌锰电池放电时发生的主要反应:
Zn+2NH4Cl+2MnO2===Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH,失去电子的为负极,材料为锌;金属易和酸发生反应,而在碱性条件下,金属的性质比较稳定,电池的使用寿命大大增加。
(3)NH3与酸反应生成盐,故该电池应选用碱性电解质溶液。
答案:
(1)Al+3NiOOH+NaOH+H2O===NaAlO2+3Ni(OH)2
(2)锌 在碱性条件下,金属的性质比较稳定,电池的使用寿命大大增加
(3)碱性 2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O
3.(14分)已知在酸性条件下发生的反应为AsO
+2I-+2H+===AsO
+I2+H2O,在碱性条件下发生的反应为AsO
+I2+2OH-===AsO
+H2O+2I-。
设计如图装置(C1、C2均为石墨电极),分别进行下述操作:
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸;
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液。
结果发现检流计指针均发生偏转,且偏转方向相反。
试回答下列问题:
(1)两次操作中指针为什么都发生偏转?
__________________________________________________________。
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反?
试用化学平衡移动原理解释:
__________________________________________________________。
(3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为__________________________________。
(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为__________________________________。
(5)操作Ⅱ过程中,盐桥中的K+移向______烧杯溶液(填“A”或“B”)。
解析:
由于酸性条件下发生的反应为AsO
+2I-+2H+===AsO
+I2+H2O,碱性条件下发生的反应为AsO
+I2+2OH-===AsO
+H2O+2I-,两反应都是氧化还原反应,而且满足构成原电池的三大要素:
①不同环境中的两电极(连接);②电解质溶液(电极插入其中,并能自发发生氧化还原反应);③形成闭合回路。
当加酸时,c(H+)增大,C1:
2I--2e-===I2,为负极;C2:
AsO
+2H++2e-===AsO
+H2O,为正极。
当加碱时,c(OH-)增大,C1:
I2+2e-===2I-,为正极;C2:
AsO
+2OH--2e-===AsO
+H2O,为负极。
答案:
(1)两次操作均能形成原电池,将化学能转变成电能
(2)①加酸时,c(H+)增大,AsO
得电子,I-失电子,所以C1极是负极,C2极是正极;②加碱时,c(OH-)增大,AsO
失电子,I2得电子,此时,C1极是正极,C2极是负极。
故加入浓盐酸和NaOH溶液时发生不同方向的反应,电子流动方向不同,即检流计指针偏转方向不同
(3)2I--2e-===I2 (4)AsO
+2OH--2e-===AsO
+H2O (5)A
4.(14分)(2017·济宁模拟)
(1)银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2Zn(OH)4,写出该电池的反应方程式:
__________________________________________________________。
(2)2Ag+(aq)+Cu(s)===Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。
电极X的材料是________;电解质溶液Y是________;外电路中的电子是从________(填电极名称,下同)电极流向________电极。
(3)将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,构成甲烷燃料电池。
通入CH4的电极反应式是CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O,通入O2的电极反应式是
__________________________________________________________。
解析:
(1)根据原电池反应和氧化还原反应的对应关系,初步确定氧化剂是过氧化银,还原产物是银;还原剂是金属锌,氧化产物是四羟基合锌酸钾;同时注意所用的介质是氢氧化钾溶液。
(2)原电池正极发生还原反应,负极发生氧化反应,Ag+作氧化剂,Ag++e-===Ag的反应为正极反应式,Cu作负极,负极反应式为Cu-2e-===Cu2+,Y溶液为AgNO3溶液,外电路中的电子由负极(Cu)流向正极(Ag)。
(3)在原电池中,负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
答案:
(1)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4+2Ag
(2)铜 AgNO3溶液 铜 银
(3)2O2+4H2O+8e-===8OH-
5.(15分)
(1)熔融盐电池具有高的发电效率,因而受到重视,可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为阳极燃气,空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得在650℃下工作的燃料电池,完成有关电池反应式。
负极反应式:
2CO+2CO
-4e-===4CO2,正极反应式:
_____________________________________________________________________,电池总反应式:
_________________________________________________________。
(2)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇燃料电池能量密度(5.93kW·h·kg-1)。
若电解质为酸性,二甲醚燃料电池的负极反应式为
__________________________________________________________,
一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=________________________________________(列式计算。
能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW·h=3.6×106J,F=96500C·mol-1)。
(3)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一。
通过NOx传感器可监测NOx的含量,其工作原理示意图如下:
①Pt电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式:
_____________________________________________。
解析:
(1)本题中的电池是一种新型高能电池,电解质是熔融物,而不是电解质溶液,但有自由移动的CO
存在。
原电池的反应原理实质是氧化还原反应中的电子转移,燃料电池总反应实质是一个燃烧反应,故负极CO失去电子,而正极应为O2得到电子,再与阴极助燃气CO2结合生成电解质阴离子CO
。
(2)原电池中二甲醚在负极失去电子,所以负极电极反应式是CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+;二甲醚中碳原子的化合价是-2价,反应后变为+4价,每个碳原子失去6个电子,所以一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生12个电子的电量;由于能量密度=电池输出电能/燃料质量,若燃料质量为1kg,则该电池的能量密度E=
÷(3.6×106J·kW-1·h-1)≈8.39kW·h·kg-1。
(3)①由工作原理示意图可知,O2在Pt电极发生还原反应生成O2-;②在O2-参加反应下,NO在NiO电极发生氧化反应生成NO2。
答案:
(1)O2+2CO2+4e-===2CO
2CO+O2===2CO2
(2)CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+ 12
÷(3.6×106J·kW-1·h-1)≈8.39kW·h·kg-1
(3)①还原 ②NO+O2--2e-===NO2
6.
(1)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。
该电池放电过程产生MnOOH。
回收处理该废电池可得到多种化工原料。
该电池的正极反应式为____________________,电池反应的离子方程式为__________________________________
__________________________________________________________。
(2)肼双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注,其工作原理如图所示。
请写出电池正极的电极反应式:
________________________________________,电池工作过程中,A极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:
(1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应,
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