课时跟踪检测（十七） 原电池 化学电源

PAGE第11页共11页课时跟踪检测（十七）原电池化学电源1．一种突破传统电池设计理念的镁­锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。下列说法不正确的是()A．放电时，Mg(液)层的质量减小B．放电时，正极反应式为Mg2＋＋2e－=MgC．该电池充电时，Mg­Sb(液)层发生还原反应D．该电池充电时，Cl－向下移动解析：选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。2．根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气生成二氧化碳和水的反应，设计一种燃料电池。该燃料电池工作时，负极上发生的反应为()A．CH3OH＋O2－2e－=H2O＋CO2＋2H＋B．O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋D．4OH－－4e－=O2↑＋2H2O答案：C3．锂­空气电池是一种可充放电电池，电池反应为2Li＋O2=Li2O2，某锂­空气电池的构造原理如图。下列说法正确的是()A．可选用有机电解液或水性电解液B．含催化剂的多孔材料为电池的负极C．放电时正极的电极反应式为O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2D．充电时锂电极应连接外接电源的正极解析：选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。4.CO2辅助的Na­CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池的总反应为3CO2＋4Naeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Na2CO3＋C。下列有关说法不正确的是()A．放电时，ClOeq\o\al(－,4)向b极移动B．放电时，正极反应为3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CC．充电时，阴极反应为Na＋＋e－=NaD．充电时，电路中每转移4mol电子，可释放67.2LCO2解析：选D放电时，钠电极是负极，阴离子ClOeq\o\al(－,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(2－,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(2－,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．(2021年1月新高考8省联考·福建卷)一种新型镁硫电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是()A．使用碱性电解质水溶液B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C．使用的隔膜是阳离子交换膜D．充电时，电子从Mg电极流出解析：选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。6．(2021·湖南师范附中月考)中科院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案，其基本工作原理如图所示，下列说法错误的是()A．该电化学装置中，Pt电极作正极B．BiVO4电极上的反应式为SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2OC．电子流向：Pt电极→导线→BiVO4电极→电解质溶液→Pt电极D．Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势解析：选C该原电池装置的Pt极为正极，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，BiVO4为负极，SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O。电子流向应为BiVO4电极→导线→Pt电极，C项错误。7．锂/氟化碳电池稳定性很高。该电池的电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi＋CFx=xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋CB．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替D．a极电势高于b极电势解析：选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。8．利用微生物处理有机废水并脱盐的装置如图所示，下列说法不正确的是()A．X、Y分别为阴离子交换膜、阳离子交换膜B．M极上发生的反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．微生物电极为负极D．处理后的废水的pH比有机废水的pH大解析：选DHCOO－在微生物电极上发生氧化反应生成CO2，微生物电极为原电池的负极，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，要达到脱盐的目的，Cl－向负极(微生物电极)移动，Na＋向正极(M极)移动，所以X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜，A、C正确；M极上发生的反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B正确；负极区反应后氢离子浓度增大，pH变小，D不正确。9．可利用电化学原理处理含铬废水和含甲醇废水，装置如图所示。下列说法错误的是()A．a极为该电池的负极B．微生物能加快甲醇的反应速率C．a极的电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2OD．放电过程中，b极附近溶液pH升高解析：选Ca极为该电池的负极，A项正确；在微生物作用下，甲醇的反应速率加快，B项正确；a极发生氧化反应，其电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，C项错误；放电过程中，正极反应消耗H＋，则b极附近溶液pH升高，D项正确。10．[双选](2021·衡水中学月考)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法错误的是()A．电池工作时，光能转变为电能，X为电池的正极B．镀铂导电玻璃上发生氧化反应生成I－C．电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)D．电池工作时，电解质溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的浓度基本不变解析：选AB电池工作时，光能转变为电能，由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，故A错误；镀铂导电玻璃上，Ieq\o\al(－,3)得电子被还原为I－，故B错误；电池工作时，负极反应为2Ru2＋－2e－=2Ru3＋，正极反应为Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，电解质溶液中又发生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)，故C正确；由电池中发生的反应可知，Ieq\o\al(－,3)在正极上得电子被还原为I－，后又被氧化为Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\al(－,3)和I－相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，电解质溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的浓度基本不变，故D正确。11．我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是()A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－=Fe2＋D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液解析：选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。12．在环境和能源备受关注的今天，开发清洁、可再生新能源已成为世界各国政府的国家战略，科学家发现产电细菌后，微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。微生物燃料电池(MFC)示意图如下所示(假设有机物为乙酸盐)。下列说法错误的是()A．A室菌为厌氧菌，B室菌为好氧菌B．A室的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2＋8H＋C．微生物燃料电池(MFC)电流的流向为b→aD．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O解析：选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。13．[双选](2021·衡阳调研)一种全天候太阳能电池光照时的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A．硅太阳能电池供电原理与该电池相同B．光照时，b极的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋C．光照时，每转移1mol电子，有2molH＋由b极区经质子交换膜向a极区迁移D．夜间时，该电池相当于蓄电池放电，a极发生氧化反应解析：选AC硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能，是物理变化，而该电池是化学能转化为电能，两者原理不同，故A错误；原电池中氢离子向正极移动，所以氢离子由b极室通过质子膜进入a极室，而每转移1mol电子，有1mol氢离子由b极区经质子膜向a极区迁移，故C错误。14．(2021·清远质检)我国研究锂硫电池获得突破，电池的总反应是16Li＋S8eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))8Li2S，充放电曲线如图所示，下列说法不正确的是()A．充电时，电能转化为化学能B．放电时，锂离子向正极移动C．放电时，1molLi2S6转化为Li2S4得到2mole－D．充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－=S8解析：选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\up7(放电),\s\do5(充电))8Li2S，充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－=S8，故D正确。15．[双选]垃圾假单胞菌株能够在分解有机物的同时分泌物质产生电能，其原理如图所示。下列说法正确的是()A．电流由左侧电极经过负载后流向右侧电极B．放电过程中，正极附近pH变大C．若1molO2参与电极反应，有4molH＋穿过质子交换膜进入右室D．负极电极反应为H2PCA＋2e－=PCA＋2H＋解析：选BC右侧氧气得电子产生水，作为正极，故电流由右侧正极经过负载后流向左侧负极，选项A错误；放电过程中，正极氧气得电子与氢离子结合产生水，氢离子浓度减小，pH变大，选项B正确；若1molO2参与电极反应，有4molH＋穿过质子交换膜进入右室，生成2mol水，选项C正确；原电池负极失电子，选项D错误。16．电化学在现代生活、生产和科学技术的发展中发挥着越来越重要的作用。(1)甲醇燃料电池能量转化率高、对环境无污染，具有很高的应用前景。其工作原理如图所示。①A处的电极反应式为__________________________________________，电池工作一段时间后，电解质溶液的pH______(填“增大”“不变”或“减小”)。②利用该电池及惰性电极电解4L饱和KCl溶液，产生448mL(标准状况)Cl2时(假设全部逸出并收集，忽略溶液体积的变化)，所得溶液(25℃(2)利用微生物燃料电池处理某废水的工作原理如图所示。①该电池的正极为__________(填“a”或“b”)，a电极反应式为____________________。②当电路中有0.6mole－转移时，通过质子交接膜的H＋数目为________。(3)绿色环保的全钒液流电池工作原理如图所示。①电池放电时电极A为正极。充电时，A电极反应式为__________________________，H＋移动方向为________(填“A→B”或“B→A”)。②电极A与电极B之间质子交换膜的作用_____________________________________。答案：(1)①CH3OH＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O减小②12(2)①bH2S＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋10H＋②0.6NA或3.612×1023(3)①VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋A→B②避免氧化剂与还原剂直接接触(其他合理答案也可)17.(1)Fe3O4中含有二价铁、三价铁，分别表示为Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，以Fe3O4/Pd为催化材料，可实现用H2消除酸性废水中的致癌物NOeq\o\al(－,2)，其反应过程示意图如图所示，则在Pd上发生的电极反应为__________________________。用该法处理后水体的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。(2)催化剂协同零价铁(Fe)可将地下水体中NOeq\o\al(－,3)转化为N2，不同初始pH下零价铁催化还原脱除地下水体中NOeq\o\al(－,3)的实验数据和反应的过程如图所示。为有效降低水体中氮元素的含量，宜调整水体pH为4.2，解释当水体pH<4.2时，随pH减小，N2生成率逐渐降低的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由图中可看出在Pd上发生的电极反应为H2－2e－=2H＋；H2消除NOeq\o\al(－,2)的总反应为2NOeq\o\al(－,2)＋2H＋＋3H2=N2＋4H2O，故用该法处理后水体的pH升高。(2)水体pH减小，H＋浓度增大，会生成更多的H，使NOeq\o\al(－,3)被还原的中间产物NH继续与H、H＋反应生成NHeq\o\al(＋,4)，减少N2的生成。答案：(1)H2－2e－=2H＋升高(2)pH减小，c(H＋)增大，生成H越多，使生成NH与H、H＋反应生成的NHeq\o\al(＋,4)增多，减少了N2的生成18．(2021年1月新高考8省联考·河北卷)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(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(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，Eeq\a\vs4\al(Zn­PbO2)_________Eeq\a\vs4\al(Pb­PbO2)；ΔGeq\a\vs4\al(Zn­PbO2)________ΔGeq\a\vs4\al(Pb­PbO2)(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\up7(催化剂),\s\do5(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H2解析：(1)根据图示可知Zn电极失去电子Zn2＋与溶液中的OH－结合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn电极为负极；在A区域电解质为KOH，在B区域电解质为K2SO4溶液，C区域电解质为H2SO4；PbO2电极为正极，得到电子发生还原反应；(2)负极电极反应式为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，正极的电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，总反应的方程式为PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)；(3)A