2023版新教材高考化学复习特训卷第一部分高频考点分层集训第六单元化学反应与能量课练17原电池化学电源

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负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移D．在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA10．自然界中金属硫化物之间存在原电池反应。如图所示装置中电极Ⅰ为方铅矿(PbS)，电极Ⅱ为含有方铅矿的硫铁矿，当有电解质溶液按如图所示方向流经该装置时，电流表指针偏转。若电极Ⅱ质量不断减少，a处溶液中加入KSCN溶液未出现红色，加入CuSO4溶液未出现黑色沉淀。下列有关说法中正确的是()A．工业上利用该原理富集铁B．电极Ⅱ作正极C．溶液流经该装置后pH减小D．该装置负极的电极反应式为FeS2－15e－＋8H2O=Fe3＋＋2SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))＋16H＋三、非选择题：本题共3小题。11．(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图1，石墨Ⅰ为电池的________极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为__________________。(2)化学家正在研究尿素动力燃料电池。用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水，又能发电，尿素燃料电池结构如图2所示：回答下列问题：电池中的负极为________(填“甲”或“乙”)，甲的电极反应式为__________________，电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O2的体积(标准状况下)约为________L。12．某兴趣小组做如下探究实验：(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为______________________。反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，则导线中通过________mol电子。(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为____________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________。(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为400mLCuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28g，则此时溶液的pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。13．我国科学家最近发明了一种Zn­PbO2电池，电解质为K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三个电解质溶液区域，结构示意图如下：回答下列问题：(1)电池中，Zn为________极，B区域的电解质为________(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。(2)电池反应的离子方程式为________________________________________。(3)阳离子交换膜为图中的________膜(填“a”或“b”)。(4)此电池中，消耗6.5gZn，理论上可产生的容量(电量)为________________毫安时(mAh)(1mol电子的电量为1F，F＝96500C·mol－1，结果保留整数)。(5)已知E为电池电动势(电池电动势即电池的理论电压，是两个电极电位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG为电池反应的自由能变，则该电池与传统铅酸蓄电池相比较，EZn­PbO2________EPb­PbO2；ΔGZn­PbO2________ΔGPb­PbO2(填“>”或“<”)。(6)Zn是一种重要的金属材料，工业上一般先将ZnS氧化，再采用热还原或者电解法制备。利用H2还原ZnS也可得到Zn，其反应式如下：ZnS(s)＋H2(g)eq\o(,\s\up11(催化剂),\s\do4(高温))Zn(s)＋H2S(g)727℃时，上述反应的平衡常数Kp＝2.24×10－6。此温度下，在盛有ZnS的刚性容器内通入压强为1.01×105Pa的H2，达平衡时H2S的分压为________Pa(结果保留两位小数)。课练17原电池化学电源狂刷小题夯基础[练基础]1．A根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl－向负极移动，故A正确；铁作负极，负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故B错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故C错误；电池总反应式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，铁作负极，发生氧化反应，故D错误。2．D锌、铜、稀硫酸构成原电池，锌为负极，铜为正极，正极上发生还原反应生成氢气，故A错误；锌为负极，发生氧化反应，故B错误；电子从锌极经外电路流向铜极，故C错误；该装置存在电能与化学能、电能与光能的转化，故D正确。3．A该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区流向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－=Fe3＋，C项错误；由题图可知a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。4．B由于氧化性：Cr2Oeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(7))>Fe3＋，即Cr2Oeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(7))可以将Fe2＋氧化为Fe3＋，故在原电池中，Fe2＋失电子被氧化，则a极为负极；Cr2Oeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(7))得电子被还原，则b极为正极。Fe2＋失电子被氧化，即甲烧杯的溶液中发生氧化反应，A错误；外电路中电流由正极流向负极，即由b极流向a极，B正确；原电池中，阴离子移向负极，则SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))移向甲烧杯，C错误；乙烧杯中Cr2Oeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(7))得电子被还原，则电极反应式为Cr2Oeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(7))＋6e－＋14H＋=2Cr3＋＋7H2O，D错误。5．C根据电池总反应式，结合原电池的工作原理可知，锌作负极，发生氧化反应，A正确；根据电池总反应式可知，反应生成OH－、消耗H2O，溶液的pH增大，B正确；根据原电池的工作原理，电子从Zn电极流出，经外电路流向石墨，电子不能通过电解质溶液，C错误；负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，正极的电极反应式为FeOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3↓＋5OH－，D正确。6．B根据装置图可知B室中氧气参与反应，应为好氧菌，选项A正确；方程式中电荷和氢原子不守恒，选项B错误；MFC电池中氢离子向得电子的正极移动，即向b极移动，b为正极，电流方向是由正极流向负极，即b→a，选项C正确；电池的总反应是醋酸根离子在酸性条件下被氧化成CO2、H2O，即CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O，选项D正确。[练高考]7．D根据图示，石墨电极一侧发生反应2Br－－2e－=Br2、OHC—CHO＋Br2＋H2O→HOOC—CHO＋2HBr，总电极反应为OHC—CHO－2e－＋H2O=HOOC—CHO＋2H＋，因此石墨电极为阳极，KBr不只是起到电解质的作用，A项错误，B项错误；根据阳极总反应OHC—CHO－2e－＋H2O=HOOC—CHO＋2H＋、阴极反应HOOC—COOH＋2e－＋2H＋=HOOC—CHO＋H2O，可得总反应式为OHC—CHO＋HOOC—COOH=2HOOC—CHO，故制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了2mol电子，C项错误；根据阴极(铅电极)反应，双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向阴极(铅电极)迁移，D项正确。8．B9．D由题图可知，b极上O2转化为KO2，则b极为电池正极，a极为电池负极，K＋通过隔膜由a极向b极迁移，为避免O2氧化K电极，O2不能通过隔膜，A说法正确；放电时，电流由正极经导线流向负极，即由b极经导线流向a极，充电时，b极接外接电源的正极，b电极为阳极，B说法正确；产生1Ah电量时，生成KO2与消耗O2的质量比为71∶32≈2.22，C说法正确；消耗3.9g钾时，转移0.1mole－，铅酸蓄电池消耗0.1molH2O，其质量为1.8g，D说法错误。10．B在该原电池中，活泼金属锌做负极，则N极为正极，A说法正确；放电时，左侧锌放电产生Zn2＋，贮液器中ZnBr2浓度不断增大，B说法错误；充电时，M极为阴极，电极反应式为Zn2＋＋2e－=Zn，C说法正确；放电时Br－通过隔膜进入溶液中与Zn2＋结合，充电时Zn2＋通过隔膜在双极性碳和塑料电极上沉积，D说法正确。[练模拟]11．C该原电池装置的Pt极为正极，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，BiVO4为负极，SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(3))－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))＋H2O。电子流向应为BiVO4电极→导线→Pt电极，C项错误。12．C由图可知，闭合K1时放电，化学能转化为电能，闭合K2时充电，A为阴极，B为阳极。由图可知总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up11(放电),\s\do4(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，B极发生氧化反应时消耗OH－生成NiOOH，KOH浓度降低。13．Dc(Cl2)越大，反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成Cl－，再与电解质中的Ag＋结合，电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋=2AgCl，B正确；根据电池总反应式可知，电解质中Ag＋总数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。14．C在锂—空气电池中，锂失电子作负极，反应式为Li－e－=Li＋，以空气中的氧气作为正极反应物，氧气得电子生成Li2O2，正极反应式为O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，总反应为2Li＋O2=Li2O2。选项A，可选用有机电解液，水性电解液会与Li直接反应，错误；选项B，含催化剂的多孔材料为电池的正极，错误；选项C，放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，正确；选项D，充电时锂电极应连接外接电源的负极，电极反应式为Li＋＋e－=Li，错误。15．CIOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))＋5I－＋6H＋=3I2＋3H2O，若往酸化的KIO3溶液中加少量KI溶液，再闭合K，指针只在“0”到“X”处往返，说明KIO3易与KI反应生成I2，I2比KIO3更易与Na2SO3反应。A.K闭合后，Na2SO3失电子被氧化为Na2SO4，取b极区溶液加入盐酸酸化的BaCl2溶液，有白色沉淀硫酸钡生成，正确；B.0～t1时，电流表指针右偏至Y，a极的电极反应式为：IOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))＋6e－＋6H＋=I－＋3H2O，正确；C.t2～t3时指针回到“0”处是因为IOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))＋5I－＋6H＋=3I2＋3H2O，溶液中IOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))不再与Na2SO3反应，错误；D.t2～t3时指针返回X处时a极是碘单质得电子生成碘离子，a极的电极反应式为：I2＋2e－=2I－，正确。综合测评提能力1．C活泼金属锌作负极，铜作正极，铜电极上发生还原反应，故A错误；电池工作一段时间后，甲池中的c(SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4)))不变，故B错误；铜电极上发生电极反应：Cu2＋＋2e－=Cu，同时Zn2＋通过阳离子交换膜从甲池移向乙池，由电荷守恒可知，乙池中每析出1molCu，则有1molZn2＋从甲池移向乙池，因为M(Zn)>M(Cu)，所以乙池溶液的总质量增加，故C正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，故D错误。2．C根据电流方向可知上为负极，下为正极。放电时负极为Mg－2e－=Mg2＋，正极：Mg2＋＋2e－=Mg。充电时下为阳极，上为阴极，故Mg­Sb(液)作阳极发生氧化反应。3．C碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。4．D放电时，钠电极是负极，阴离子ClOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(4))向b极移动，A正确；放电时，正极上CO2得电子转化为C，电极反应式为3CO2＋4e－=2COeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(3))＋C，B正确；充电时，该装置是电解池，与电源的负极相连的是阴极，电极反应式为Na＋＋e－=Na，C正确；充电时，阳极的电极反应式为2COeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(3))＋C－4e－=3CO2↑，转移4mol电子时生成3molCO2，题目未指明CO2是否处于标准状况，故无法判断其体积是否为67.2L，D错误。5．C充电时电能转化为化学能，故A正确；放电时，是原电池，在原电池中，阳离子向正极移动，因此锂离子向正极移动，故B正确；根据图示，放电时，1molLi2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6＋2Li=3Li2S4，反应中2molLi2S6得到2mole－，即1molLi2S6得到1mole－，故C错误；根据16Li＋S8eq\o(,\s\up11(放电),\s\do4(充电))8Li2S，充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－=S8，故D正确。6．A根据总反应可知，Li为负极，石墨棒为正极，正极上CFx转化为C，电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋C，A项正确；根据正极的电极反应式可知，负极区的Li＋通过离子交换膜进入正极区，则离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；Li能与乙醇发生反应，因此电解质溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C项错误；b极为正极，a极为负极，故b极电势高于a极电势，D项错误。7．C由题图知，O2－在Pt/YSZ电极表面失去电子被氧化为O2，Pt/YSZ为电解池的阳极，电解池的阳极与电源的正极相连，A正确；若用普通电极，O2在阴极优先放电，NO难以被还原，用混合氧化物电极时，由题图可知，氧气在混合氧化物电极的“YSZ”表面放电，NO在“NiO”表面被还原，从而提高了NO的还原效率，B正确；由题干中“通电时，NiO转化为金属Ni，金属Ni还原NO”知，还原NO的反应为2NO＋2Ni=N2＋2NiO，C错误；阴极有30mgNO被还原的同时还有O2被还原，转移电子的物质的量大于2mmol，阳极反应为2O2－－4e－=O2↑，生成的氧气大于0.5mmol，即阳极生成的O2大于16mg，D正确。8．ADC6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－=2Ag＋H2O，故A正确；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应：C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4mol电子，石墨电极产生22.4LCO2(标准状况)，故C错误；30gC6H12O6的物质的量为eq\f(30g,180g·mol－1)＝eq\f(1,6)mol，根据B项负极的电极反应式可知，每30gC6H12O6参与反应，有4molH＋经质子交换膜进入正极区，故D正确。9．D根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－，所以B电极是正极，发生的电极反应为H2O2＋2e－=2OH－，故A、B错误；根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，放电时，阳离子向负电荷较多的正极移动，阴离子向正电荷较多的负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6mol，根据H2O2＋2e－=2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6mol×2×NAmol－1＝12NA，故D正确。10．AC电极Ⅱ质量不断减少，说明电极Ⅱ为负极，a处溶液中加入KSCN溶液未出现红色，说明溶液中不存在Fe3＋，加入CuSO4溶液未出现黑色沉淀，说明溶液中不存在S2－，则在该原电池中硫铁矿溶解生成Fe2＋和SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))。根据上述分析，通过该装置，硫铁矿溶解生成Fe2＋，可以富集铁，故A正确；根据上述分析，电极Ⅱ作负极，故B错误；该装置负极的电极反应式为FeS2－14e－＋8H2O=Fe2＋＋2SOeq\o\al(\s\up11(2－),\s\do4(4))＋16H＋，反应生成H＋，则溶液流经该装置后pH减小，故C正确、D错误。11．答案：(1)负NO2＋NOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))－e－=N2O5(2)甲CO(NH2)2＋H2O－6e－=CO2↑＋N2↑＋6H＋33.6解析：(1)该燃料电池中，正极上通入O2，石墨Ⅱ为正极，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－=4NOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))，负极上通入NO2，石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NOeq\o\al(\s\up11(－),\s\do4(3))－e－=N2O5。(2)根据图示可知，甲电极上CO(NH2)2反应生成二氧化碳和氮气，N元素化合价升高，失电子，为电源的负极，电解质溶液为酸性，则其电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－=CO2↑＋N2↑＋6H＋，该反应的总方程式为2CO(NH2)2＋3O2=2CO2＋2N2＋4H2O，根据关系式2CO(NH2)2～3O2可知，电池工作时，理论上每净化1mol尿素，消耗O2的体积为1.5mol×22.4L·mol－1＝33.6L。12．答案：(1)Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu0.2(2)2H＋＋2e－=H2↑酸性NHeq\o\al(\s\up11(＋),\s\do4(4))＋H2O⇌NH3·H2O＋H＋(3)阴2Cl－－2e－=Cl2↑(4)1解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中的Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，铁电极质量减少；石墨作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12g时电路中转移电子为xmol，则有xmol×eq\f(1,2)×56g·mol－1＋xmol×eq\f(1,2)×64g·mol－1＝12g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NHeq\o\al(\s\up11(＋),\s\do4(4))会发生水解反应：NHeq\o\al(\s\up11(＋),\s\do4(4))＋H2O⇌NH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即正极)上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n形，则甲装置为原电池，Fe作负极，Cu作正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中的Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。(4)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400mLCuSO4溶液，电解CuSO