1.2化学能转化为电能电池练习题高二上学期化学选择性必修1

1.2化学能转化为电能电池同步练习题一、选择题1．下列对如图所示装置实验现象的描述正确的是a电极b电极X溶液实验现象A石墨石墨a极质量增加，b极放出无色气体B石墨Fea极质量增加，b极放出无色气体CCuFea极质量增加，b极质量减少D石墨石墨HCla、b极都放出无色气体A．A B．B C．C D．D2．某原电池总反应为，该原电池的组成物质中正确的是选项ABCD正极负极电解质溶液A．A B．B C．C D．D3．氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是A．通入氢气的电极发生氧化反应B．碱性电解液中阳离子向通入氢气的方向移动C．放电过程中碱性电解液的pH不变D．正极的电极反应式为4．下列装置可以构成原电池的是A． B． C． D．5．化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电。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所示，下列有关描述正确的是A．电池工作时H＋移向负极B．该电池用的电解质溶液是KOH溶液C．甲电极反应式：CO(NH2)2＋H2O6e=CO2＋N2＋6H＋D．电池工作时，理论上每净化1molCO(NH2)2，消耗33.6LO26．下图原电池装置中，用盐桥连接两烧杯中的电解质溶液。盐桥中阳、阴离子的电迁移率应尽可能地相近。(电迁移率用表示，单位：)。下列有关说法不正确的是阳离子阴离子已知：左、右烧杯中溶液体积相同4.074.615.197.406.597.917.628.27A．盐桥中的电解质可以为B．盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中C．电流计读数不变时，向右侧烧杯中加入硫酸铁固体，指针会继续偏转D．电池反应一段时间后，测得左侧溶液中增加了，则右侧溶液中为7．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是A．石墨电极上发生氧化反应B．电子由锌片通过导线流向石墨棒C．该装置将电能转化为化学能D．将稀硫酸换成乙醇，灯泡亮度不变8．理论上任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。下列能设计成原电池且极质量增加的是选项极极溶液稀硫酸酒精溶液溶液A． B． C． D．9．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，如图所示是几种常见的化学电源示意图，下列说法正确的是A．干电池工作时，可能转化为B．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池C．铅蓄电池工作一段时间后硫酸溶液的浓度减小，负极质量减轻D．氢氧燃料电池的正极反应一定是10．以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OHO2、N2H4O2、(CH3)2NNH2O2清洁燃料电池，下列说法正确的是A．放电过程中，每消耗1molO2，则有4mol电子经电解质溶液从负极流向正极B．放电过程中，KOH物质的量均减小C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2O2燃料电池的理论放电量最大D．消耗1molO2时，理论上N2H4O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L二、填空题11．各种新型的电池有3000多种，金属常作为电池的电极材料。(1)关于金属元素在自然界存在情况的叙述，不正确的是；A．金属元素仅存在于矿物中B．金属元素存在于矿物和动物体内，但植物体内不含C．少量金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在D．金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体内也存在少量金属元素(2)30号元素锌常用作电池的电极材料，画出锌的原子结构示意图；(3)碱性锌锰电池是日常生活中消耗量最大的电池，放电时总反应为：Zn+2H2O+2MnO2=Zn(OH)2+2MnOOH。MnOOH中，Mn元素的化合价为；该电池的负极反应式为；若某碱性锌锰电池维持电流强度0.5A(相当于每秒通过5×106mol电子)，连续工作80分钟即接近失效。如果制造一节电池所需的锌粉为6g，则电池失效时仍有%的锌粉未参加反应。12．磷及其化合物在工农业生产中具有重要用途。回答下列问题：(1)提纯白磷样品(含惰性杂质)的流程如图1所示。过程I中，被还原的元素是(填元素符号)，过程III的化学方程式为。(2)磷酸钒锂／碳复合材料[Li3V2(PO4)3/C]是一种十分具有商业潜力的电极材料，其制备流程如图2：①A的主要成分为V2(C2O4)3，H2C2O4溶液与V2O5反应生成A的化学方程式为。②流程中加入碳球的作用是。③已知常温下，Li2CO3微溶于水，LiHCO3可溶于水。工业级Li2CO3中含有少量难溶于水且与CO2不反应的杂质。提纯工业级Li2CO3的实验方案是：将工业级Li2CO3与水混合，，得到LiHCO3溶液；控温加热使LiHCO3分解形成Li2CO3沉淀，再过滤、洗涤、干燥，得到Li2CO3纯品。“洗涤”时用乙醇而不用水的目的是。④锂离子电池是一种二次电池。若用LixC6和Li3V2(PO4)3/C作电极，放电时的电池总反应为LixC6+Li3xV2(PO4)3=Li3V2(PO4)3+C6。电池放电时，正极的电极反应式为。13．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置甲乙丙现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题(用符号A、B、C、D回答下列问题)(1)装置甲中负极为。装置丙中负极为。(2)装置乙中正极的电极反应式是。(3)四种金属活泼性由强到弱的顺序是。14．已知存在如下反应：①②③（均未配平）其中A和C为常见金属单质；B和D为氧化物且B具有磁性；E为无色气体单质。据此回答：(1)D可溶于强酸和强碱，写出D与氢氧化钠溶液反应的离子方程式。(2)物质E是(填化学式)；在反应①中，1molB发生反应时转移电子的物质的量是。(3)将单质A和C用导线连接，与稀硫酸构成原电池，则该原电池的负极是(填元素符号)，正极的电极反应式是。(4)B与过量稀硝酸相遇，可生成一种无色气体，写出此反应的离子方程式；若将B溶于盐酸中可形成溶液F，F中存在的两种金属阳离子是(填离子符号)。现有如下三种检验F中的低价金属阳离子的实验方案(包括实验步骤及预设实验现象)：分别取少量F溶液于三支洁净的试管中，①向第一支试管中滴加KSCN溶液，溶液不变色，再滴加氯水，溶液变红色；②向第二支试管中溶液的底部用滴管注入NaOH溶液，生成白色沉淀，然后迅速变为灰绿色，最终变为红褐色；③向第三支试管中滴加酸性KMnO4溶液，振荡，KMnO4溶液紫色褪去。上述三种方案中合理的是(填①、②或③)；若向溶液F中加入少量铜粉，振荡后，铜粉逐渐溶解，请写出此过程中发生反应的离子方程式。15．常温下，为了研究化学反应的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。A与B均为无色晶体粉末，当向盛有A的试管中加入粉末B时，在试管中闻到有刺激性气味，且该气体能使酚酞溶液变红；在U形管中甲处液面上升乙处液面下降。试回答下列问题：(1)试管内发生化学反应过程中，能转化成能。(2)该反应为(填“放热”或“吸热”)反应、(3)下列各图中，能表示该反应过程中的能量变化的是_______。A． B．C． D．(4)写出一个符合题中条件的化学方程式：。(5)用和组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图：①则电极c是(填“正极”或“负极”)，物质b为(填化学式)。②若线路中转移1.6mol电子，则该燃料电池理论上消耗的在标准状况下的体积为L。【参考答案】一、选择题1．C解析：A．没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，A错误；B．符合原电池构成条件，且Fe(b)为负极，发生反应：Fe2e=Fe2+，电极质量减小，无气体放出，石墨(a)为正极，发生反应：O2+4e+2H2O=4OH，无质量增加，B错误；C．符合原电池构成条件，且Fe(b)为负极，发生反应：Fe2e=Fe2+，电极质量减小，Cu(a)为正极，发生反应：Cu2++2e=Cu，电极质量增加，C正确；D．没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，没有反应发生，D错误；故选C。2．B解析：原电池总反应是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故负极为活泼性较强的Zn，失去电子生成Zn2+，正极反应为溶液中的铜离子在正极发生还原反应，生成铜单质，附在正极表面。故选B。3．B解析：A．通入氢气的电极，H2失电子发生氧化反应，A正确；B．电解质溶液中的阳离子向正极移动，通入氢气的电极为负极，B错误；C．该原电池的总反应为2H2+O2=2H2O，且最终生成的水排出了装置，故碱性电解液的pH不变，C正确；D．正极上O2得电子结合H2O生成氢氧根离子，电极反应式为，D正确；故答案选B。4．B【分析】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应。解析：A．蔗糖溶液不导电，无法形成闭合回路，故A错误；B．该装置有活泼性不同的两个电极，能形成闭合回路，且有自发的氧化还原反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，故B正确；C．该装置两个电极相同，不能形成原电池，故C错误；D．该装置没有形成闭合回路，故D错误；故选B。5．C【分析】在原电池中负极失电子，正极得电子，乙电极中O2得电子转化为H2O为正极，则甲电极为负极，尿素失去电子转化为氮气和二氧化碳，据此分析解答。解析：A．原电池中阳离子向正极移动，则电池工作时H+移向正极，A错误；B．该原电池是酸性电解质，质子交换膜只允许氢离子通过，电解质溶液不能使KOH溶液，B错误；C．负极上是CO(NH2)2失电子生成二氧化碳和氮气，则负极反应式CO(NH2)2+H2O6e=CO2+N2+6H+，C正确；D．未指明是否是标准状况，无法准确计算氧气的体积，D错误；故答案为：C。6．A【分析】由图可知电极反应为：铁电极发生的反应为：Fe2e=Fe2+，石墨电极发生的反应为：2Fe3++2e=2Fe2+，即左侧为负极，右侧为正极，以此解题。解析：A．在盐桥中，为维持两个烧杯中溶液的电荷平衡，两个盐桥中阴阳离子的迁移率应尽可能接近，由表格可知，钾离子和氯离子以及硝酸根离子的迁移率最接近，硫酸亚铁和硫酸铁由于水解会显酸性，硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性，可将电解质溶液中的亚铁离子氧化，所以应选择氯化钾作为电解质，A错误；B．电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中，B正确；C．电流计读数不变时，说明右侧三价铁反应完，此时向右侧烧杯中加入硫酸铁固体，则三价铁可以继续参与反应，指针会继续偏转，C正确；D．铁电极发生的反应为：Fe2e=Fe2+，石墨电极发生的反应为：2Fe3++2e=2Fe2+，当铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.01mol·L−1时，由电极反应可知，转移的电子的物质的量浓度为0.02mol·L−1，根据石墨电极的电极反应可计算得出石墨电极增加的c(Fe2+)为0.02mol·L−1，原溶液中c(Fe2+)为0.05mol·L−1，所以反应后c(Fe2+)=0.02mol·L−1+0.05mol·L−1=0.07mol·L−1，D正确；故选A。7．B解析：A．该原电池中Zn为负极，发生氧化反应，石墨为正极，发生还原反应，A错误；B．Zn失去的电子由锌片通过导线流向石墨棒，B正确；C．该装置为原电池，可以将化学能转化为电能，C错误；D．乙醇为非电解质，若将稀硫酸换成乙醇，不能构成原电池，灯泡不亮，D错误；故答案选B。8．D解析：A．铁与稀硫酸反应是氧化还原反应，但表现为b极的溶解，A错误；B．铜和银插在酒精溶液中，不存在反应且未形成闭合回路，B错误；C．锌与氯化铁发生氧化还原反应生成氯化锌和氯化亚铁，b极质量不会增加，C错误；D．铁与硫酸铜发生置换反应，是氧化还原反应，且b极上铜离子得电子生成铜单质吸附从而质量增重，D正确；故选D。9．B解析：A．干电池工作时，中元素化合价降低，不可能生成，A项错误；B．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池，B项正确；C．根据电池总反应式：，可看出反应消耗硫酸，工作一段时间后硫酸溶液的浓度减小，硫酸铅不溶于水，负极质量增加，C项错误；D．未给出电解质的具体环境，在酸性条件下，氢氧燃料电池的正极反应为，在碱性条件下，氢氧燃料电池的正极反应为，D项错误；故答案为：B。10．C【分析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。解析：A．放电过程中，每消耗1molO2，则有4mol电子，但电子的流向为从负极经外电路流向正极，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：、、，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D．根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；故答案选C。二、填空题11．AB+3Zn2e+2OH=Zn(OH)287解析：(1)A．金属元素在自然界中分布广泛，不仅存在矿物中，海水中也含有大量金属元素，动物和植物体内也存在少量金属元素，A错误；B．植物体内也含有金属元素，比如叶绿素中有Mg元素，B错误；C．大多数金属元素以化合态存在，但有少数不活泼的金属元素以游离态存在，如Au，C正确；D．金属元素在自然界中分布广泛，金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体内也存在少量金属元素，如Ca（骨骼中）、Fe（血红蛋白中）、Mg（叶绿素中）等元素，D正确；故选AB；(2)Zn是30号元素，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，K、L、M、N层电子数分别为2、8、18、2，故原子结构示意图为；(3)MnOOH中，O为2价，H为+1价，设Mn的化合价为x，则有x+12×2=0，解得x=+3，故Mn的化合价为+3价；由电池的总反应可知Zn为负极，失电子发生氧化反应，电解质为碱性，负极反应的方程式为Zn2e+2OH=Zn(OH)2；电流强度0.5A(相当于每秒通过5×106mol电子)，连续工作80分钟，转移的电子总物质的量为5×106mol×80×60=2.4×102mol，Zn的物质的量为×2.4×102mol=1.2×102mol，Zn的质量为1.2×102mol×65g/mol=0.78g，未参加反应的Zn的质量为6g0.78g=5.22g，百分比为=87%。12．(1)Cu、P2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=6CaSiO3+10CO↑+P4(2)V2O5+5H2C2O4=V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O增强复合材料的导电性通入足量CO2气体后过滤减少产品损耗Li3xV2(PO4)3+xLi++xe=Li3V2(PO4)3解析：（1）由图可知，Ⅰ反应中P4和CuSO4反应生成Cu3P和H3PO4，根据化合价的变化可知，Cu元素由+2价降到+1价，P元素部分由0价降到3价，部分由0价升到+5价，故被还原的元素是P和Cu；由图可知，过程Ⅲ的反应为2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=6CaSiO3+10CO↑+P4。（2）①由H2C2O4溶液与V2O5反应制取V2(C2O4)3，V元素的化合价由+5降到+3，故C元素化合价升到+4，其化学方程式为V2O5+5H2C2O4=V2(C2O4)3+4CO2↑+5H2O；②流程中加入碳球的目的是增强复合材料的导电性；③将Li2CO3与水混合制备LiHCO3，需要在溶液中通入足量的CO2，得到的LiHCO3可溶于水，故可过滤除去难溶性杂质；得到纯品洗涤时用乙醇，是为了减少产品的损失；④放电时的电池总反应为LixC6+Li3xV2(PO4)3=Li3V2(PO4)3+C6。其中元素化合价降低的半反应即为正极反应，故正极的电极反应式为Li3xV2(PO4)3+xLi++xe=Li3V2(PO4)3。13．ADCu2++2e=CuD＞A＞B＞C【分析】甲、乙、丙均为原电池装置，结合原电池工作原理分析解答。解析：(1)依据原电池原理，装置甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，金属活动性A＞B；装置丙中A上有气体即H2产生，说明A作正极，D作负极；(2)装置乙中C的质量增加，即析出Cu，则B为负极，C作正极，正极的电极反应式是Cu2++2e=Cu；(3)甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性A＞B；装置乙中C的质量增加，即析出Cu，则B为负极，活动性B＞C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活动性D＞A，四种金属活泼性由强到弱的顺序是：D＞A＞B＞C。14．(1)Al2O3+2OH=2AlO+H2O(2)O28mol(3)Al2H++2e=H2↑(4)3Fe3O4+28H++NO=9Fe3++NO↑+14H2OFe2+、Fe3+③2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+【分析】根据题给信息及题中问题可知，B的氧化物具有磁性，B为Fe3O4；D的氧化物可溶于强酸和强碱，D为Al2O3，根据反应①可知：8Al+3Fe3O49Fe+4Al2O3；②2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑；③3Fe+2O2=Fe3O4；所以C为Fe，A为Al(符合A和C为常见金属单质条件)；E为无色气体单质氧气；据以上分析解答。解析：（1）D为氧化物，可溶于强酸和强碱，D为Al2O3，与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为：Al2O3+2OH=2AlO+H2O；因此，故为：Al2O3+2OH=2AlO+H2O；（2）B的氧化物具有磁性，B为Fe3O4；根据题给信息可知，A为Al，C为Fe，D为Al2O3，电解熔融的氧化铝生成铝和氧气(E)，符合E为无色气体单质条件；在反应①中，Fe3O4中铁元素的化合价由+8/3价降低到0价，1molFe3O4参加反应后转移电子的量为1×(0)×3=8mol；故为：O2；8mol；（3）将单质Al和Fe用导线连接，与稀硫酸构成原电池，铝比铁活泼，铝做负极，氢离子在正极得电子，发生还原反应，极反应：2H++2e=H2↑