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1、第六章 化学反应与能量第18讲 原电池化学电源（精练）完卷时间：50分钟可能用到的相对分子质量：Li7 Zn65一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）1（2021·安徽淮南市·高三二模）全固态锂电池能量密度大，安全性能高引起大量研究者的兴趣。一种以硫化物固体电解质的锂-硫电池的工作示意图如下。下列说法错误的是ALi和Li2S分别为电池的负极和正极B电流由电极a经导线、锂电极，Li2S-P2S5固态电解质回到电极aC电极a的反应为：S8+16e-+16Li+=8Li2SD硫化物固体电解质在空气中易发生反应，是实现电池实际应用的挑战【答案】A【解析】A根据电池结构可
2、知，放电时Li失电子发生氧化反应，则Li是负极，电极a中的S8得电子生成Li2S，为正极，故A错误；B由A可知，Li为负极，电极a为正极，电流由电极a经导线、锂电极，Li2S-P2S5固态电解质回到电极a，故B正确；C电极a为正极，S8得电子生成Li2S，电极方程式为：S8+16e-+16Li+=8Li2S，故C正确；D硫化物固体在空气中易与氧气反应生成二氧化硫，是实现电池实际应用的挑战，故D正确；故选A。2（2021·上海高三一模）港珠澳大桥水下钢柱的防护采用了镶铝块的方法(如图)，关于该方法的分析错误的是A钢柱做正极B铝块发生的电极反应：Al-3e-=Al3+C可使化学能转变为电
3、能D电子由钢柱经导线流向铝块【答案】D【解析】A钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以钢柱做正极，A项正确；B钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以铝为负极，失电子，电极反应为Al-3e-=Al3+，B项正确；C钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，原电池可使化学能转变为电能，C项正确；D钢柱的主要成分是铁，铁、铝、海水构成原电池，铝比铁活泼，所以铝为负极，失电子，电子由铝块经导线流向钢柱，D项错误；答案选D。3（2021·广东潮州市·高三二模）已知：电流效率电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池、，装置
4、如图所示。下列说法正确的是()A和的电池反应不同B和的能量转化形式不同C的电流效率低于的电流效率D放电一段时间后，、中都只含1种溶质【答案】C【解析】在电池中，金属铜发生氧化反应而被腐蚀，负极反应式：Cu-2e-=Cu2+，正极上是Fe3+e-=Fe2+，电池的工作原理和电池相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，可以减少能量损失。A和的电池反应相同，故A错误；B根据分析，和都为原电池，都是将化学能转化为电能的装置，故B错误；C电池的工作原理和电池相同，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，金属铜和铁离子之间不接触，减少能量损失，的电流效率低于的电流效率，故C正确；D根
5、据分析，和的电池反应相同，根据电极反应，负极反应式：Cu2e=Cu2+，正极上是Fe3+e=Fe2+，总反应为：2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+，放电一段时间后，、中都含2种溶质：氯化铜和氯化亚铁，故D错误；答案选C。4（2020·陕西榆林市·高三三模）2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池开发的三位科学家，一种高能LiFePO4电池多应用于公共交通，结构如图所示。电池中间是聚合物的隔膜，其主要作用是在反应过程中只让Li通过，原理如下：(1x)LiFePO4xFePO4LixCnLiFePO4nC。下列说法错误的是A放电时，Li+向正极移动B放电时，电子由负极用电器正极C
6、充电时，阴极反应为xLi+nCxe-LixCnD充电时，当溶液中通过1 mol e-时，阳极质量减小7g【答案】D【解析】A放电时，该装置为原电池，在原电池中，阳离子向正极移动，即Li+向正极移动，A正确；B放电时，该装置为原电池，在原电池中，电子由负极用电器正极，B正确；C充电时，该装置为电解池，左边为阳极，右边为阴极，阴极得电子，电极反应为xLi+nCxe-LixCn，C正确；D充电时，该装置为电解池，电子只在导线上传递，不会在溶液中传递，D错误；故选D。5（2020·福建福州市·高三二模）一种零价铁纳米簇可用于水体修复，其处理三氯乙烯()所形成原电池如图所示。水体中，
7、等离子也发生反应。下列说法正确的是A零价铁纳米簇发生的电极反应为：Fe-3e-=Fe3+ B反应在正极发生，反应在负极发生C的电极反应式为4OH-4e-=O2+2H2OD三氯乙烯脱去3mol Cl时反应转移6mol电子【答案】D【解析】A由原理图可知，零价铁纳米簇反应生成Fe2+，A错误；B由图可知反应均为得电子的反应，所以都在正极发生，B错误；C由原理图可知，反应是由O2转化为OH-，故电极方程式为O2 +4e- + 2H2O= 4OH-，C错误；D由原理图可知，三氯乙烯脱去氯变成乙烯，C原子化合价从+1价转化为-2价， 1 mol三氯乙烯转化得到6 mol电子，脱去3mol氯原子，D正确；
8、故选D。6（2020·四川成都市·高三三模）有机一无机活性材料的液流电池具有能量密度大、环境友好等特点。其负极反应为Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42+4H2O，以LiPF6为电解质，工作示意图如图。电池放电过程中，下列说法错误的是A电子从负极经外电路流向正极B已知正极发生反应：+e-，此过程为还原反应C负极附近溶液pH会降低D电解质溶液中的Li+自左向右移动【答案】D【解析】A原电池中，还原剂在负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子经外电路从负极流向正极，故A正确；B原电池中，氧化剂在正极得电子发生还原反应，由题中信息可知，B正确；C负极反应为
9、Zn-2e-+4NH3·H2O=Zn(NH3)42+4H2O，消耗了一水合氨，电极附近碱性减弱，pH降低，故C正确；D电解质中的阳离子由向正极迁移，即自右向左移动，故D错误；故答案为D。7（2021·天津高三二模）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：下列说法正确的是A外电路电子由b流向aB离子交换膜为阴离子交换膜C电解质溶液可用的乙醇溶液代替D正极的电极反应式为【答案】D【解析】电解质为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CFxxLiF+C，负极为Li，负极上Li失电子生成Li+，正极为C
10、Fx，正极反应为CFx+xe-+xLi+xLiF+C。A由上述分析可知，负极为Li，电子由负极流向正极，即a流向b，故A错误；BLi+通过离子交换膜在正极上形成LiF，所以交换膜为阳离子交换膜，故B错误；CLi是活泼金属能与乙醇反应，所以不能乙醇溶液代替，故C错误；D由分析可知，正极的电极反应为：，故D正确。答案选D。8（2021·重庆高三二模）微生物燃料电池是利用微生物作为催化剂降解污水中的有机物(以对苯二甲酸为例)，其原理如图装置所示。下列判断错误的是A该微生物电池工作时向负极移动B该微生物电池工作时，电流由b极经负载流向a极C微生物电池在处理废水时的能量转化为化学能变为电能D该
11、微生物电池的负极电极反应式为： +12H2O-30e-8CO2+30H+【答案】A【解析】根据原理图分析，氧气转化为水，发生还原反应，b电极为正极；对苯二甲酸转化为二氧化碳，发生氧化反应，a为负极。A原电池工作时阳离子往正极移动，所以应向正极移动，故A错误；B该微生物原电池工作时，电流由正极b极经负载流向负极a极，故B正确；C微生物电池属于原电池，所以在处理废水时的能量转化为化学能变为电能，故C正确；D该微生物原电池的负极电极反应是发生氧化反应生成CO2。其电极反应式为： +12H2O-30e-8CO2+30H+，故D正确；故答案：A。9（2021·河南郑州市·高三二模）某
12、实验小组用以下装置探究了铝和铜组成的原电池在不同浓度的NaOH溶液中放电的情况，NaOH溶液浓度对铝一碱电池的放电电流和持续放电时间的影响如下表。C(NaOH)/mol·L-10.10.51.01.52.0放电电流I/mA0.130.260.400.520.65放电时间t/min4514987根据以上数据分析，下列说法错误的是A在铜电极上发生还原反应放出氢气B负极反应为Al-3e-+4OH-=Al(OH)4-CNaOH溶液浓度越大，反应速率越快，放电电流越大D该电池是一种二次电池，可充电后重复使用【答案】D【解析】电极分别问Al电极、Cu电极，电解质溶液为NaOH溶液，Al作负极，发
13、生氧化反应，Cu作正极发生，还原反应，电池总反应为：。ACu作正极发生，还原反应，电极反应为：，反应放出氢气，A项正确；BAl作负极，发生氧化反应，电极反应为：Al-3e-+4OH-=Al(OH)4-，B项正确；C由表中数据可知，NaOH溶液浓度越大，电流越大，反应速率越大，C项正确；D该电池为一次电池，不可重复使用，D项错误；答案选D。10（2021·天水市第一中学高三月考）我国科学家研发了一种水系可逆ZnCO2电池，电池工作时，复合膜(由a、b膜复合而成)层间的H2O解离成H和OH- ，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合K1时，ZnCO2电池工作原理如图所示。下列说法
14、不正确的是A闭合K1时，H通过a膜向Pd电极方向移动B闭合K1时，Zn表面的电极反应式为Zn4OH-2e- = Zn(OH)C闭合K2时，Zn电极与直流电源正极相连D闭合K2时，在Pd电极上有CO2生成【答案】C【解析】A闭合K1时，形成原电池，锌为负极，Pd电极是正极 ，氢离子是阳离子，向正极移动，故A不选；B闭合K1时，形成原电池，锌为负极，Zn表面的电极反应式为Zn4OH-2e- = Zn(OH) ，符合原电池原理，电荷守恒，原子守恒，故B不选；C闭合K2时，形成电解池，Zn电极发生还原反应做阴极，应与直流电源负极相连，C选；D闭合K2时，Pd电极是阳极，发生氧化反应， 氧化生成CO2，
15、故D不选；故选：C。11（2020·四川广元市·广元中学高三月考）如图是一种新型燃料电池，O2-可在高温条件下在固体氧化物电解质中自由移动，电极上产生的均为无毒无害的物质。下列说法正确的是A电极甲为正极，发生氧化反应B电池内的O2-由电极甲移向电极乙C电池总反应为N2H4 +O 2=N2 +2H2OD当甲电极上有32g N2H4消耗时，乙电极上有22.4L O2参与反应【答案】C【解析】A. 反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：N2H4 +O 2=N2 +2H2O，电极甲发生氧化反应，是负极，故A错误；B. 放电时，阴离子向负极移动，即O2-由
16、电极乙移向电极甲，故B错误；C. 反应生成物均为无毒无害的物质，负极上反应生成氮气，则电池总反应为：N2H4 +O 2=N2 +2H2O，故C正确；D. 由电池总反应为：N2H4 +O 2=N2 +2H2O可知，当甲电极上有1molN2H4消耗时，乙电极上有1molO2被还原，状况不知，所以体积不一定是22.4LO2，故D错误；故选：C。12（2021·济南市·山东省实验中学西校区高三月考）近年来我国在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图1装置可完成天然气脱硫，甲池中发生反应如图2所示。下列关于该装置工作原理的说法中，正确的是（ ）A碳棒为该脱硫装置的负极B乙池中发生的
17、反应为：H2S+2e-=S+2H+CAQ与H2AQ间的转化属于非氧化还原反应D除I/I-外，Fe3+/Fe2+也能实现如图所示循环过程【答案】D【解析】A碳棒上AQ和氢离子反应生成H2AQ发生还原反应，所以碳棒为正极，故A错误；B在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质，碘单质得电子生成I-，发生的反应为H2S+I=3I-+S+2H+，故B错误；C据图可知，AQ与H2AQ互相转化过程中C元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应，故C错误；DFe3+也可以氧化H2S生成S，同时自身被还原成Fe2+，Fe2+再在N型半导体上被氧化生成Fe3+，从而实现循环，所以除I/I-外，Fe3+/Fe2+也能实现如图所
18、示循环过程，故D正确；故答案为D。二、主观题（共3小题，共40分）13（2021·四川高三期中）（10分）铅蓄电池、镍镉碱性充电电池都是重要的二次电池。已知：铅蓄电池总的化学方程式为：，使用(放电)段时间后，其内阻明显增大，电压却几乎不变，此时只有充电才能继续使用；镍镉碱性充电电池放电时，正极反应为：，负极反应式：，使用(放电)到后期，当电压明显下降时，其内阻却几乎不变，此时充电后也能继续使用；回答下列问题：(1)铅蓄电池负极板上覆盖的物质是_(填名称)，充电时，PbSO4在_(填“阳极”、“阴极”或“两个电极”)上_(填“生成或除去”)。(2)镍镉碱性充电电池在充电时的总反应的化学
19、方程式为_。(3)铅蓄电池和镍镉碱性充电电池使用一段时间后，一个内阻明显增大，而另一个内阻却几乎不变的主要原因可能是_。【答案】（每空2分）(1)铅 两个电极 除去 (2)Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2Cd + 2NiOOH + 2H2O (3)放电时，铅蓄电池中硫酸溶液浓度减小，故内阻明显增大，而镍镉碱性电池的电解质溶液浓度几乎不变，故内阻几乎不变 【解析】(1)反应中Pb失去电子，作负极，因此铅蓄电池负极板上覆盖的物质是铅，由于放电时两个电极上均生成硫酸铅，所以充电时，PbSO4在两个电极除去。(2)镍镉碱性充电电池放电时，正极反应为：，负极反应式：，因此镍镉碱性充电电池放电时的总反
20、应式为Cd + 2NiOOH + 2H2OCd(OH)2 + 2Ni(OH)2，则在充电时的总反应的化学方程式为Cd(OH)2 + 2Ni(OH)2Cd + 2NiOOH + 2H2O。(3)由于放电时，铅蓄电池中硫酸溶液浓度减小，故内阻明显增大，而镍镉碱性电池的电解质溶液浓度几乎不变，故内阻几乎不变。14(2021·江西南昌高三摸底)（14分）为验证反应Fe3AgFe2Ag，利用如图电池装置进行实验。(1)由Fe2(SO4)3固体配制500 mL 0.1 mol·L1 Fe2(SO4)3溶液，需要的仪器有胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶、(填写名称)；在烧
21、杯中溶解固体时，先加入一定体积的稀溶液，搅拌后再加入一定体积的水。(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入电极溶液中。(3)根据(2)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_，银电极的电极反应式为_。因此，Fe3氧化性小于。(4)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。如果盐桥中电解质为KNO3，反应一段时间后，可以观察到电流表指针反转，原因是_。【答案】（每空2分）(1)药匙、托盘天平硫酸(2)银(3)Fe2e=Fe3Age=Ag Ag(4)原电池反应使c(Fe3)增大，同时NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3)又增大，致使平衡正向移动【解析】(1)由固
22、体配制500 mL一定物质的量浓度的溶液，整个过程需要的仪器有托盘天平、药匙、胶头滴管、量筒、烧杯、玻璃棒、500 mL容量瓶。Fe2(SO4)3为强酸弱碱盐，在溶解固体时，应在烧杯中先加入一定体积的稀硫酸，以防止Fe3水解。(2)电流表显示电流由银电极流向石墨电极，则银电极为正极。由原电池的工作原理可知，阳离子向正极移动，即盐桥中的阳离子进入银电极溶液中。(3)石墨电极为负极，电极反应式为Fe2e=Fe3。银电极为正极，电极反应式为Age=Ag。电池的总反应为AgFe2=Fe3Ag，由此可知Ag的氧化性大于Fe3。(4)随着原电池反应AgFe2=Fe3Ag的进行，溶液中c(Fe3)增大，当盐
23、桥中电解质为KNO3时，NO进入石墨电极酸性溶液中，氧化亚铁离子，c(Fe3)又增大，致使Fe3AgAgFe2平衡正向移动，故一段时间后，可观察到电流表指针反转。15（16分）（1）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。如图是高铁电池的模拟实验装置：该电池放电时正极的电极反应式为_；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论上消耗Zn_ g(计算结果保留一位小数，已知F96500 C·mol-1)。盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_(填“左”或“右”)移动。下图为高铁
24、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_。（2）有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示，电池正极的电极反应式是_，A是_。（3）利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2可以在固体介质NASICON (固溶体)内自由移动，工作时O2的移动方向_(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_。【答案】（除标注外，每空2分）(1) 0.2 右（1分） 左（1分） 使用时间长、工作电压稳定 (2) 氯化铵（或NH4Cl） (3)从b到a COO22e=CO
25、2 【解析】(1) 根据电池装置，锌做负极，碳为正极，高铁酸钾的氧化性很强，正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁，电极反应为；若维持电离强度为1A，电池工作十分钟，通过的电子为，则理论消耗锌的质量为= 0.2g。盐桥中阴离子向负极移动，盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路，使两溶液保持电中性，起到平衡电荷、构成闭合回路的作用，放电时盐桥中氯离子向右移动，用某种高分子材料制成阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。由图可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。 (2)该电池的本质反应是合成氨的反应，电池中氢气失去电子，在负极上发生氧化反应，氮气得到电子在正极上发生还原反应，则正极反应为，氨气和氯化氢反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵。(3)根据图可知，一氧化碳和空气形成燃料电池，一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化反应，电极反应式为COO22e=CO2，所以一氧化碳所在极为负极，通入空气的一极为正极，原电池放电时电子从负极流向正极，阴离子向负极移动，所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。