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1、考点规范练 17 原电池 化学电源(时间:45分钟 满分:100分)一、选择题(本题共 8 小题,每小题 6 分,共 48 分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.(2017郑州预测)电化学气敏传感器可用于监测环境中 NH3的含量,其工作原理如图所示,其中 NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是()A.溶液中 OH-向电极 a 移动 B.电极 b 上发生还原反应 C.负极的电极反应式为 2NH3+6OH-6e-N2+6H2O D.理论上反应消耗的 NH3与 O2的物质的量之比为 3 4 2.(2017沈阳检测)人工光合作用能够借助太阳能,用 CO2和 H2O 制备化学原料。科学家用氮化镓
2、材料与铜组装如图所示的人工光合系统,成功地实现了以 CO2和 H2O 合成 CH4,下列说法错误的是()A.GaN表面发生氧化反应,有 O2产生 B.相同条件下,生成的 O2和 CH4体积比为 2 1 C.产生 22.4 L O2时,电解液中 H+从右向左迁移 4 g D.Cu表面的电极反应式为 CO2+8H+8e-CH4+2H2O 3.科学家最新开发的一种新原理二次电池的能量密度是现行锂电池的 7 倍,该电池结构如图所示,下列有关说法正确的是()A.电池放电时,Li+向负极移动 B.电池放电时,正极的电极反应式为 2Li+Li2O2+2e-2Li2O C.电池充电时,Li电极应与外电源的正极
3、相连 D.电池系统内进入二氧化碳和水对电池性能不会产生影响 4.一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾和亚铁氰化钾的混合溶液,下列说法不正确的是()A.K+移向催化剂 b B.催化剂 a 表面发生的化学反应:Fe(CN)64-e-Fe(CN)63-C.Fe(CN)63-在催化剂 b 表面被氧化 D.电解质溶液中的Fe(CN)64-和Fe(CN)63-的浓度基本保持不变 5.(2016四川理综)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为 Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极
4、迁移 B.放电时,负极的电极反应式为 LixC6-xe-xLi+C6 C.充电时,若转移 1 mol e-,石墨(C6)电极将增重 7x g D.充电时,阳极的电极反应式为 LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+6.氮的化合物可以通过电化学转化,如图为 NO 转化为 NO2的工作原理示意图,下列说法正确的是()A.Pt电极上发生的是氧化反应 B.Pt电极的电极反应式为 O2+2H2O+4e-4OH-C.每转化 1 mol NO,消耗 O2的体积为 11.2 L D.外电路中电子由 NiO电极向 Pt 电极移动 7.某原电池装置如图所示,电池总反应为 2Ag+Cl22AgCl。下列说法
5、正确的是()A.正极反应为 AgCl+e-Ag+Cl-B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C.若用 NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变 D.当电路中转移 0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol离子 8.有机充电电池具有不含重金属,受资源限制少等优点而备受瞩目。某 PYT锂电池总反应如下:下列叙述不正确的是()A.PYT分子式为 C16H6O4 B.不能采用水溶液作为电解质溶液 C.充电时,负极反应为 Li-e-Li+D.放电时,Li+向正极移动 二、非选择题(本题共 3 个小题,共 52 分)9.(12分)根据右图回答下列问题:.(1)若烧杯中溶
6、液为稀硫酸,则观察到的现象是 ,负极的电极反应式为。(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为 (填“Mg”或“Al”),总反应的化学方程式为 。.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。(1)该电池工作时,b 口通入的物质为 ,c 口通入的物质为 。(2)该电池负极的电极反应式为 。(3)工作一段时间后,当 12.8 g甲醇完全反应生成 CO2时,有 NA个电子转移。10.(20分)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如图所示,比较二者的异同,回答问题:化合物 Zn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH
7、)3 Ksp近 10-17 10-17 10-39 似值 (1)酸性锌锰干电池的负极反应为 。(2)碱性锌锰干电池在放电过程中产生 MnOOH,写出正极反应式:。(3)维持电流为 0.6 A,电池工作 10 分钟。理论消耗 Zn g。(结果保留到小数点后两位,已知 1 mol e-的电量为 96 500 C)(4)用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,除杂步骤如下(已知当离子浓度小于 110-5 molL-1时,可认为该离子沉淀完全):加入足量稀硫酸和 溶液将锌皮溶解,此时锌离子浓度为 0.1 molL-1;调节溶液的 pH 为 到 之间(结果保留到小数点后一位),过滤除去含铁
8、元素的沉淀。11.(20 分)(1)甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H=-1 275.6 kJmol-1 2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJmol-1 H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJ mol-1 则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 。(2)氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题:银制器皿日久表面变黑是因为表面生成了 Ag2S 的缘故,该现象属于 腐蚀。如果加入一定浓度硝酸将发生反应:3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S+2NO+4H2O,同时 A
9、g 与硝酸反应生成AgNO3、NO、H2O,当生成标准状况下 22.4 mL 的气体时,参加反应的 HNO3的物质的量为 。在如图甲所示的原电池装置中,负极的电极反应为 ,H+的移动方向为 (填“从右向左”或“从左向右”);电池总反应方程式为 ,当电路中转移 0.1 mol e-时,交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为。甲 电解 NO 制备 NH4NO3原理如图乙所示,接电源正极的电极为 (填“X”或“Y”),X 电极反应式为,为使电解产物完全转化为 NH4NO3,需要补充的物质 A 的化学式为。乙 参考答案 考点规范练 17 原电池 化学电源 1.D 电极 a 上 NH3发生氧化反应生成 N
10、2,则电极 a 为负极,电极 b 为正极,原电池中,阴离子向负极移动,故 A 项正确;电极 b 为正极,正极上发生还原反应,B 项正确;负极上 NH3失电子生成 N2和 H2O,电极反应式为 2NH3+6OH-6e-N2+6H2O,C 项正确;由电池反应 4NH3+3O22N2+6H2O 可知,理论上反应消耗的 NH3与 O2的物质的量之比为 4 3,D 项错误。2.C 根据题给装置图中电子的流向可确定 GaN 电极为负极,发生反应:4H2O-8e-8H+2O2,GaN 表面发生氧化反应,A 项正确;Cu电极的电极反应式为 CO2+8H+8e-CH4+2H2O,根据得失电子守恒知,相同条件下生
11、成 O2和 CH4的体积比为 2 1,B、D 项正确;没有给出气体所处的状态,不能用标准状况下的气体摩尔体积进行计算,且电解液中 H+从左向右迁移,C 项错误。3.B 原电池中 Li+向正极移动,A 项错误;正极得电子,故电极反应式为 2Li+Li2O2+2e-2Li2O,B 项正确;Li是活泼金属,放电时作负极,充电时作阴极,接外电源的负极,C 项错误;CO2或 H2O 进入电池后会直接与 Li、Li2O2或 Li2O 反应,故对电池有影响,D 项错误。4.C 由图可知,电子从负极流向正极,则 a 为负极,b 为正极。b 为正极,则 K+移向催化剂 b,A 项正确;a 为负极,发生氧化反应,
12、则催化剂 a 表面发生反应:Fe(CN)64-e-Fe(CN)63-,B 项正确;b 上发生还原反应,电极反应为Fe(CN)63-+e-Fe(CN)64-,Fe(CN)63-在催化剂 b 表面被还原,C 项错误;由 B、C 中的电极反应可知,二者以 1 1 相互转化,电解质溶液中Fe(CN)63-和Fe(CN)64-浓度基本保持不变,D 项正确。5.C A 项,原电池中,阳离子移向正极,正确;B 项,放电时负极发生氧化反应,LixC6失电子生成 Li+和C6,正确;C 项,充电时,C6电极反应式为 C6+xLi+xe-LixC6,每转移 1 mol e-,生成 mol LixC6,增重m=7x
13、=7 g,错误;D 项,充电时,阳极发生氧化反应,LiCoO2失电子生成 Li1-xCoO2和 Li+,正确。6.D 根据装置图可知,Pt 电极上氧气得到电子转化为 O2-,所以 Pt 电极作正极,发生还原反应,NiO电极作负极,A 项错误;Pt电极上氧气得到电子转化为 O2-,B 项错误;不能确定氧气所处的状况,则不能计算氧气的体积,C 项错误;NiO是负极,NO 在负极上失去电子,外电路中电子由 NiO电极向 Pt 电极移动,D 项正确。7.D A 项,Pt 为正极发生还原反应:Cl2+2e-2Cl-,错误;B 项,放电时,左侧的电极反应式 Ag+Cl-e-AgCl,有大量白色沉淀生成,错
14、误;C 项,由于 H+、Na+均不参与电极反应,则用 NaCl 溶液代替盐酸,电池总反应不变,错误;D 项,当电路中转移 0.01 mol e-时,左侧产生 0.01 mol Ag+与 Cl-结合为AgCl 沉淀,右侧产生 0.01 mol Cl-,为保持溶液的电中性,左侧约有 0.01 mol H+通过阳离子交换膜转移到右侧,故左侧溶液中约减少 0.02 mol离子,正确。8.C 根据有机物中碳原子的成键特点,此有机物的分子式为 C16H6O4,A 项正确;Li是活泼金属,能和水发生反应,因此不能采用水溶液作为电解质溶液,B 项正确;充电时是电解池,电池的负极接电源的负极,电极反应是 Li+
15、e-Li,C 项错误;放电时是原电池,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,D 项正确。9.答案.(1)Mg逐渐溶解,Al 片上有气泡冒出,电流计指针偏转 Mg-2e-Mg2+(2)Al 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2.(1)CH3OH O2或空气(2)CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+(3)2.4 解析.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,因 Mg 的活泼性比 Al 强,故 Mg 作负极,负极上发生反应 Mg-2e-Mg2+,镁片溶解;Al 作正极,正极上发生反应 2H+2e-H2,故 Al 片上有气泡冒出;电路中产生电流,故电流计指针偏转。(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液
16、,因为 Mg 不与 NaOH溶液反应,所以 Al 是负极,Mg 是正极,总反应为 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2。.由 H+移动方向可知,左侧为负极,右侧为正极,故 b 口通入 CH3OH,c 口通入 O2或空气。负极反应式为 CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+。当 12.8 g甲醇(即 0.4 mol)完全反应生成 CO2时,转移 2.4 mol电子,即转移 2.4NA个电子。10.答案(1)Zn-2e-Zn2+(2)MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-(3)0.12(4)H2O2 2.7 6 解析(1)酸性锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为二氧化锰和
17、氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为 Zn-2e-Zn2+。(2)在反应中锌元素化合价升高,被氧化,Zn 为负极,电极反应式为 Zn+2OH-2e-Zn(OH)2;锰元素化合价降低,被还原,MnO2为正极,电极反应式为 MnO2+H2O+e-MnOOH+OH-。(3)维持电流为 0.6 A,电池工作 10 分钟,则通过的电量是 0.6 A600 s=360 C,因此通过电子的物质的量是 mol3.7310-3 mol,锌在反应中失去 2 个电子,则理论上消耗 Zn 的质量是65 gmol-10.12 g。(4)H2O2具有强氧化性,能把 Fe2+氧化为 Fe3+,因此加入足量稀硫酸和过氧化氢
18、溶液,铁转化为硫酸铁。根据 Fe(OH)3的溶度积知,当铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)=molL-10.510-11 molL-1,因此加碱调节 pH=2.7 时 Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为 0.1 molL-1,根据氢氧化锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8 molL-1,所以c(H+)=10-6 molL-1,此时 pH=6。11.答案(1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442.8 kJmol-1(2)化学 0.004 mol Ag+Cl-e-AgCl 从左向右 2Ag+Cl22AgCl 0.2 mol Y NO+6H+5e-N+H2O
19、NH3 解析(1)已知:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)H=-1 275.6 kJ mol-1,2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H=-566.0 kJ mol-1,H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJmol-1,则根据盖斯定律,由(-+4)2 得 CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)H=-442.8 kJ mol-1。(2)银制器皿日久变黑,表面生成了 Ag2S,属于化学腐蚀;Ag、Ag2S 分别与硝酸反应的化学方程式为 6Ag+8HNO36AgNO3+2NO+4H2O、3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S+2NO+4H2O,两
20、个方程式中消耗HNO3和生成 NO 的化学计量数之比相等,n(NO)=0.022 4 L22.4 L mol-1=0.001 mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=40.001 mol=0.004 mol。该原电池中,Ag 失电子作负极、通入氯气的电极作正极,负极反应式为 Ag+Cl-e-AgCl;电解质溶液中 H+向正极 Pt 电极方向移动;该原电池相当于氯气和 Ag 反应生成 AgCl,故电池总反应为 2Ag+Cl22AgCl;放电时,左侧装置中 Ag 失电子和 Cl-反应生成 AgCl 沉淀,且溶液中 H+向正极移动,当电路中转移 0.1 mol 电子时,生成 0.1 mo
21、l Ag+,0.1 mol Ag+生成 AgCl 需要 0.1 mol Cl-,向正极方向移动 0.1 mol H+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为 0.2 mol。根据图示知,左侧 NO 得电子生成 N,右侧 NO 失电子生成 N,最终得到 NH4NO3,该电解池中失电子的电极为阳极、得电子的电极为阴极,所以 X 为阴极、Y 为阳极,阳极接电源正极,所以 Y 接电源正极,X 电极反应式为 NO+6H+5e-N+H2O;生成一个 N得到 5 个电子、生成一个 N 失去 3 个电子,根据转移电子相等知,生成 N的浓度小于生成 N 的浓度,要使N 完全转化为 NH4NO3,应该加入 NH3,所以加入的物质 A 为 NH3。