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1、1第第 1818 讲讲 原电池原电池 化学电源化学电源A A 组组 基础题组基础题组1.(2017 北京昌平二模,6)下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是( )A.锌锰碱性电池 B.硅太阳能电池C.氢燃料电池D.银锌纽扣电池2.(2017 北京房山期末,16)如图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图,下列说法不正确的是( )A.该装置可将化学能转化为电能B.溶液中 H+由 a 极移向 b 极C.电极 b 附近的 pH 降低D.电极 a 附近发生的反应是 C6H6O-28e-+11H2O6CO2+28H+3.(2017 北京海淀零模,12)我国科研人员以 Zn 和 ZnMn2
2、O4为电极材料,研制出一种水系锌离子电池。该电池的总反应为 xZn+Zn1-xMn2O4ZnMn2O4(0x1)。下列说法正确的是( )A.ZnMn2O4是负极材料B.充电时,Zn2+向 ZnMn2O4电极迁移C.充电时,阳极反应:ZnMn2O4-xZn2+-2xe-Zn1-xMn2O4D.充、放电过程中,只有 Zn 元素的化合价发生变化4.(2018 北京海淀期末)下图所示为锌铜原电池。下列叙述中,正确的是( )2A.盐桥的作用是传导离子B.外电路电子由铜片流向锌片C.锌片上的电极反应式为 Zn2+2e-ZnD.外电路中有 0.2 mol 电子通过时,铜片表面增重约 3.2 g5.(2017
3、 北京西城期末,8)利用下图所示装置可以将温室气体 CO2转化为燃料气体 CO。下列说法中,正确的是( )A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程B.电极 a 表面发生还原反应C.该装置工作时,H+从 b 极区向 a 极区移动D.该装置中每生成 1 mol CO,同时生成 1 mol O26.(2016 北京理综,26)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N)已成为环境修复研究的热点之一。O- 3(1)Fe 还原水体中 N的反应原理如下图所示。O- 3作负极的物质是 。 正极的电极反应式是 。 (2)将足量铁粉投入水体中,经 24 小时测定 N的去除率和 pH,结果如下:O- 3初始 pHpH=
4、2.5pH=4.5N的去除率O- 3接近 100%50%24 小时 pH接近中性接近中性3铁的最终物质形态pH=4.5 时,N的去除率低。其原因是 。 O- 3(3)实验发现:在初始 pH=4.5 的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的 Fe2+可以明显提高 N的去O- 3除率。对 Fe2+的作用提出两种假设:.Fe2+直接还原 N;O- 3.Fe2+破坏 FeO(OH)氧化层。做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是 。 同位素示踪法证实 Fe2+能与 FeO(OH)反应生成 Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入 Fe2+提高 N去除率的原因: 。 O- 3(4)其他条件与(2)
5、相同,经 1 小时测定 N的去除率和 pH,结果如下:O- 3初始 pHpH=2.5pH=4.5N的去除率O- 3约 10%约 3%1 小时 pH接近中性接近中性与(2)中数据对比,解释(2)中初始 pH 不同时,N去除率和铁的最终物质形态不同的原因: O- 3。 B B 组组 提升题组提升题组7.(2017 北京丰台二模,11)混合动力汽车(HEV)中使用了镍氢电池,其工作原理如图所示:4其中 M 为储氢合金,MH 为吸附了氢原子的储氢合金,KOH 溶液作电解液。关于镍氢电池,下列说法不正确的是( )A.充电时,阴极附近 pH 降低B.电动机工作时溶液中 OH-向甲移动C.放电时正极反应式为
6、 NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-D.电极总反应式为 MH+NiOOHM+Ni(OH)28.(2018 北京朝阳期末)微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品,图 1 为其工作原理,图 2 为废水中 Cr2浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是( )O2 -7图 1图 2A.M 为电源负极,有机物被氧化B.电池工作时,N 极附近溶液 pH 增大C.处理 1 mol Cr2时有 6 mol H+从交换膜左侧向右侧迁移O2 -7D.Cr2浓度较大时,可能会造成还原菌失活O2 -79.(2018 北京海淀期末)实验小组探究铝片作电极材料时的原电池反应,设计下表中装
7、置进行实验并记录。【实验 1】5装置实验现象左侧装置电流计指针向右偏转,灯泡亮右侧装置电流计指针向右偏转,镁条、铝条表面产生无色气泡(1)实验 1 中,电解质溶液为盐酸,镁条作原电池的 极。 【实验 2】将实验 1 中的电解质溶液换为 NaOH 溶液进行实验 2。(2)该小组同学认为,此时原电池的总反应为 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,据此推测应该出现的实验现象为 。 实验 2 实际获得的现象如下:装置实验现象.电流计指针迅速向右偏转,镁条表面无气泡,铝条表面有气泡.电流计指针逐渐向零刻度恢复,经零刻度后继续向左偏转。镁条表面开始时无明显现象,一段时间后有少量气泡逸出,铝
8、条表面持续有气泡逸出(3)中铝条表面放电的物质是溶解在溶液中的 O2,则该电极反应式为 。 (4)中“电流计指针逐渐向零刻度恢复”的原因是 。 【实验 3 和实验 4】为了排除 Mg 条的干扰,同学们重新设计装置并进行实验 3 和实验 4,获得的实验现象如下:编号装置实验现象实验3电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出,铜片没有明显现象;约 10 分钟后,铜片表面有少量气泡产生,铝条表面气泡略有减少实验4电流计指针向左偏转。铝条表面有气泡逸出,铜片没有明显现象;约 3 分钟后,铜片表面有少量气泡产生,铝条表面气泡略有减少(5)根据实验 3 和实验 4 可获得的正确推论是 (填字母序号)。 A.
9、上述两装置中,开始时铜片表面得电子的物质是 O2B.铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关6C.铜片表面产生的气泡为 H2D.由“铝条表面气泡略有减少”能推测 H+在铜片表面得电子(6)由实验 1实验 4 可推知,铝片作电极材料时的原电池反应与 等因素有关。 答案精解精析答案精解精析A A 组组 基础题组基础题组1.B A 项,锌锰碱性电池可将化学能转化成电能;B 项,硅太阳能电池可将太阳能转化为电能;C 项,氢燃料电池可将化学能转化成电能;D 项,银锌纽扣电池可将化学能转化成电能。2.C A 项,该装置是原电池,可将化学能转化为电能;B 项,放电时,电解质溶液中阳离子向正极移
10、动,根据电子流向知,a 是负极、b 是正极,所以溶液中 H+由 a 极移向 b 极;C 项,b 电极上氧气得电子和氢离子反应生成水,导致溶液中氢离子浓度降低,溶液的 pH 升高;D 项,电极 a 上苯酚失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应式为 C6H6O-28e-+11H2O6CO2+28H+。3.C A 项,锌失电子发生氧化反应,所以锌是负极材料;B 项,电解池内部阳离子向阴极移动,而可充电电池充电时,阴极是原电池的负极,所以 Zn2+向锌电极迁移;C 项,电解池中阳极发生氧化反应,所以阳极的电极反应为 ZnMn2O4-xZn2+-2xe-Zn1-xMn2O4;D 项,充、放电过程中
11、锌元素与锰元素的化合价均发生变化。4.A A 项,盐桥的作用是传导离子,形成闭合回路;B 项,锌片作负极,铜片作正极,外电路的电子由锌片流向铜片;C 项,锌片作负极,电极反应式是 Zn-2e-Zn2+;D 项,铜片作正极,电极反应式是 Cu2+2e-Cu,电路中通过 0.2 mol 电子,正极生成 0.1 mol 铜,即铜片表面增重 6.4 g。5.A A 项,根据图示可知,该过程是将太阳能转化为化学能的过程;B 项,在电极 a 表面水转化为氧气,氧元素的化合价升高,发生氧化反应;C 项,a 为负极,b 为正极,H+从 a 极区向 b 极区移动;D 项,根据得失电子守恒可知,该装置中每生成 1
12、 mol CO,同时生成 mol O2。126. 答案 (1)FeN+8e-+10H+ N+3H2OO- 3H+ 4(2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移(3)本实验条件下,Fe2+不能直接还原 N;在 Fe 和 Fe2+共同作用下能提高 N去除率O- 3O- 37Fe2+2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的 FeO(OH)转化为可导电的 Fe3O4,利于电子转移(4)初始 pH 低时,产生的 Fe2+充足;初始 pH 高时,产生的 Fe2+不足解析 (1)由图示可知,Fe 失去电子作负极,N在正极发生反应转化为 N:N+8e-+10H+ O- 3H+ 4O- 3N+3H
13、2O。H+ 4(4)初始 pH 低时,产生的 Fe2+充足,能有效防止 FeO(OH)的生成。B B 组组 提升题组提升题组7.A A 项,充电时阴极发生还原反应,电极反应式为 M+H2O+e-MH+OH-,pH 升高;B 项,电动机工作时是原电池,溶液中氢氧根离子向负极即甲电极迁移;C 项,正极得电子发生还原反应,电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-;D 项,放电过程的正极反应式为 NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,负极反应式为 MH-e-+OH-M+H2O,则电池总反应为 MH+NiOOHM+Ni(OH)2。8.C C 项,正极的电极反应式为 Cr2+6
14、e-+14H+2Cr3+7H2O,即处理 1 mol Cr2需要 14 mol H+从O2 -7O2 -7交换膜左侧向右侧迁移。9. 答案 (1)负 (2)指针向左偏转,镁条表面产生无色气泡(3)O2+2H2O+4e-4OH-(4)Mg 放电后生成 Mg(OH)2附着在镁条表面,使 Mg 的放电反应难以发生,导致指针归零或随着反应的进行,铝条周围溶液中溶解的 O2逐渐减少,使 O2放电的反应难以发生,导致指针归零(5)ABC (6)另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的 O2解析 (1)由实验 1 中左侧装置可知,电流计指针偏向的电极为正极,所以右侧装置中,Al 为正极,Mg 为负极
15、。(2)根据原电池的总反应可知,Al 作负极:Al-3e-+4OH-Al+2H2O,所以 Al 电极失去电子,电子从右侧O- 2流向左侧,电流计指针向左偏转,Al 电极溶解,H2O 在 Mg 电极表面得到电子,放出氢气,所以 Mg 电极表面有气泡。(3)由题意可知,电解质溶液呈碱性,所以氧气放电的电极反应式为 O2+2H2O+4e-4OH-。8(5)A 项,由实验 3、4 可知,电流计指针向左偏转,所以 Al 为负极,则 Cu 为正极,氧气在 Cu 电极表面得到电子;B 项,对比实验 3、4,实验 4 为煮沸的溶液,两实验中的变量为溶解氧的浓度,导致的结果为产生气泡的时间长短不同;C 项,由题意知,Cu 为正极,且一段时间后,Cu 表面有气泡产生,并且此时水中溶解的O2浓度降低,所以得电子的是水中的 H+,释放的气体为 H2;D 项,由“铝条表面气泡略有减少”的现象不能推测出 Cu 表面是 H+得电子的结论。(6)由实验 1、2 可知,该原电池反应与溶液酸碱性有关;由实验 2 与实验 3 对比可知,原电池反应与另一 电极的材料有关;由实验 3、4 对比可知,原电池反应与溶液中氧气浓度有关。