2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 課時規(guī)范練21 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池 魯科版一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分。每小題只有一個選項符合題目要求)1.關(guān)于原電池的敘述正確的是()A.原電池工作時,電極上不一定都發(fā)生氧化或還原反應(yīng)B.某可充電電池充、放電時的總反應(yīng)式為LNiO2+xLiLiNiO2,放電時此電池的負(fù)極材料是Li1-xNiO2C.鉛、銀和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時,鉛板上有5.175 g鉛溶解,正極上就有1 120 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體析出D.在理論上可將反應(yīng)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H<0設(shè)計成原電池2.有關(guān)下列四個常用電化學(xué)裝置的敘述中,正確的是().堿性鋅錳電池.鉛硫酸蓄電池.銅鋅原電池.銀鋅紐扣電池A.所示電池工作中,MnO2的作用是催化劑B.所示電池放電過程中,硫酸濃度不斷增大C.所示電池工作過程中,鹽橋中K+移向硫酸鋅溶液D.所示電池放電過程中,Ag2O是氧化劑,在電池工作過程中Ag2O被還原為Ag3.用銅片、銀片設(shè)計成如圖所示的原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是()A.電子通過鹽橋從乙池流向甲池B.用銅導(dǎo)線替換鹽橋,原電池將能繼續(xù)工作C.開始時,銀片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag-e-Ag+D.將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池總反應(yīng)相同4.下面是4種燃料電池的工作原理示意圖,其中正極的反應(yīng)產(chǎn)物為水的是()5.深埋在潮濕土壤中的鐵管道,在硫酸鹽還原菌作用下,能被硫酸根腐蝕,其電化學(xué)腐蝕原理如圖所示,下列與此原理有關(guān)的說法錯誤的是()A.正極反應(yīng)為S+5H2O+8e-HS-+9OH-B.輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕C.這種情況下,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3·xH2OD.管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕6.利用如圖裝置探究鐵在海水中的電化學(xué)防護,下列說法不正確的是()A.若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,可減緩鐵的腐蝕B.若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,鐵電極的反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+C.若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,可減緩鐵的腐蝕D.若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,鐵電極的反應(yīng)為2H+2e-H27.(2018廣東汕頭模擬)微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示,下列說法正確的是()A.電子從b流出,經(jīng)外電路流向aB.HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為S的反應(yīng)是HS-+4H2O-8e-S+9H+C.如果將反應(yīng)物直接燃燒,能量的利用率不會變化D.若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,則有0.5 mol H+通過質(zhì)子交換膜8.全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低,其工作原理如圖所示,其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料,電池反應(yīng)為:16Li+xS88Li2Sx(2x8)。下列說法錯誤的是()A.電池工作時,正極可發(fā)生反應(yīng):2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4B.電池工作時,外電路中流過0.02 mol電子,負(fù)極材料減重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高電極a的導(dǎo)電性D.電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越多二、非選擇題(本題共3小題,共44分)9.(14分)(1)如圖所示,若溶液C為濃硝酸,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),B電極材料為Fe,A電極材料為Cu,則B電極的電極反應(yīng)式為,A電極的電極反應(yīng)式為;反應(yīng)進行一段時間后溶液C的pH會(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈,以海水為電解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流,只要把燈放入海水?dāng)?shù)分鐘,就會發(fā)出耀眼的白光。則電源的負(fù)極材料是(填化學(xué)名稱),負(fù)極反應(yīng)為;正極反應(yīng)為。 (3)熔融鹽電池具有高的發(fā)電效率,因而受到重視?？捎肔i2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì),CO為負(fù)極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)?制得在650 下工作的燃料電池,其負(fù)極反應(yīng)式為2CO+2C-4e-4CO2,則正極反應(yīng)式為,電池總反應(yīng)式為。 10.(15分)氮元素的氫化物和氧化物在工業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中都有廣泛應(yīng)用,回答下列問題:(1)肼可作為火箭發(fā)動機的燃料,與氧化劑N2O4反應(yīng)生成N2和水蒸氣。已知:N2(g)+2O2(g)N2O4(l)H1=-19.5 kJ·mol-1N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)H2=-534.2 kJ·mol-1寫出肼和N2O4反應(yīng)的熱化學(xué)方程式: 。 (2)肼空氣燃料電池是一種堿性電池,該電池放電時,負(fù)極的電極反應(yīng)式為。 (3)科研人員開發(fā)出一種由甲醇和氧氣構(gòu)成,以強堿溶液作電解質(zhì)溶液的新型手機電池,充一次電可供手機連續(xù)使用一個月,則通入甲醇的是(填“正”或“負(fù)”)極,寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式:。 (4)Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛,電解質(zhì)溶液是ZnCl2和NH4Cl的混合溶液。該電池的負(fù)極材料是(填名稱)。電池工作時,電子流向(填“正極”或“負(fù)極”)。 若ZnCl2和NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,則會加速某電極的腐蝕,其主要原因是。 MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極,電解酸化的MnSO4溶液。陽極的電極反應(yīng)式為。若電路中通過4 mol電子,標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量為。 11.(15分)SO2、CO、CO2、NOx是對環(huán)境影響較大的幾種氣體,對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。(1)利用電化學(xué)原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料,裝置如圖所示:若A為CO,B為H2,C為CH3OH,則通入CO的一極為極。 若A為SO2,B為O2,C為H2SO4,則負(fù)極的電極反應(yīng)式為。 若A為NO2,B為O2,C為HNO3,則正極的電極反應(yīng)式為。 (2)某碳酸鹽燃料電池,以一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì),操作溫度為650 ,在此溫度下以鎳為催化劑,以煤氣(CO、H2的體積比為11)直接做燃料,其工作原理如圖所示。電池總反應(yīng)為。 以此電源電解足量的硝酸銀溶液,若陰極產(chǎn)物的質(zhì)量為21.6 g,則陽極產(chǎn)生氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為L。若電解后溶液體積為2 L,溶液的pH約為。 (3)某研究小組利用下列裝置用N2O4生產(chǎn)新型硝化劑N2O5。現(xiàn)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備N2O5,裝置如圖所示,其中Y為CO2。在該電極上同時還引入CO2的目的是。 電解過程中,生成N2O5的電極反應(yīng)方程式為。 課時規(guī)范練21化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池1.DA中原電池工作時電極上一定都發(fā)生氧化反應(yīng)或還原反應(yīng);B中電池放電時,負(fù)極材料是Li;C中通過計算知正極上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積應(yīng)為560 mL。2. D堿性鋅錳電池中二氧化錳為氧化劑,A項錯誤;鉛蓄電池放電時電池反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4濃度減小,B項錯誤;原電池中陽離子向正極移動,故鹽橋中K+移向硫酸銅溶液,C項錯誤;該原電池中,正極上氧化銀得電子生成銀,所以Ag2O作氧化劑,D項正確。3.D題給原電池負(fù)極銅失電子,正極上Ag+得電子,電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極,電解質(zhì)溶液通過離子的定向移動形成電流,所以電子不會經(jīng)過電解質(zhì)溶液,故A項錯誤;用銅線代替鹽橋,乙池是原電池,甲池是電解池發(fā)生電鍍,所以不是原來的原電池反應(yīng)原理,故B項錯誤;銀片是原電池的正極,溶液中的銀離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為Ag+e-Ag,故C項錯誤;銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池總反應(yīng)都是Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,故D項正確。4.CA項,通空氣的電極作正極,正極反應(yīng)式為O2+4e-2O2-,不符合題意;B項,通入氧氣的一極作正極,電解質(zhì)溶液是堿性溶液,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-,不符合題意;C項,通入空氣的一極作正極,電解質(zhì)傳遞H+,正極反應(yīng)式為O2+4H+4e-2H2O,符合題意;D項,通入氧氣的一極作正極,依據(jù)電池內(nèi)部傳遞C,正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-2C,不符合題意。5.C原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng),由圖示可知發(fā)生的電極反應(yīng)為S+5H2O+8e-HS-+9OH-,故A正確;硫酸鹽還原菌是蛋白質(zhì),在高溫下易變性,會失去催化活性,則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕,故B正確;由圖示可知,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物不會是Fe2O3·xH2O,故C錯誤;管道上刷富鋅油漆,可形成Zn-Fe原電池,Fe作為正極,可以延緩管道的腐蝕,故D正確。6.B若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,形成原電池,此時金屬鋅為負(fù)極,金屬鐵為正極,金屬鐵被保護,可減緩鐵的腐蝕,故A項正確;若X為鋅棒,開關(guān)K置于M處,形成原電池,此時金屬鋅為負(fù)極,金屬鐵為正極,氧氣在該極發(fā)生還原反應(yīng),故B項錯誤;若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,形成電解池,此時金屬鐵為陰極,鐵被保護,可減緩鐵的腐蝕,故C項正確;若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,形成電解池,X極為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),鐵電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),故D項正確。7.Bb電極通入氧氣,是正極,a電極是負(fù)極,電子從a電極流出,經(jīng)外電路流向b電極,A錯誤;a電極是負(fù)極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),即HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為S,電極反應(yīng)為HS-+4H2O-8e-S+9H+,B正確;如果將反應(yīng)物直接燃燒,會有部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能,因此能量的利用率會變化,C錯誤;若該電池電路中有0.4 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移,根據(jù)電荷守恒可知有0.4 mol H+通過質(zhì)子交換膜與0.1 mol氧氣結(jié)合轉(zhuǎn)化為水,D錯誤。8.DA項,在該電池中電極a為正極,發(fā)生的反應(yīng)依次為:S8+2Li+2e-Li2S83Li2S8+2Li+2e-4Li2S62Li2S6+2Li+2e-3Li2S4Li2S4+2Li+2e-2Li2S2,故A正確;B項,原電池工作時,轉(zhuǎn)移0.02 mol電子時,被氧化的Li的物質(zhì)的量為0.02 mol,質(zhì)量減少0.14 g,正確;C項,石墨烯能導(dǎo)電,利用石墨烯作電極,可提高電極a的導(dǎo)電性,正確;D項,電池充電時由于Li+得到電子生成Li,則電池充電時間越長,電池中Li2S2的量越少,錯誤。9.答案 (1)4H+2N+2e-2NO2+2H2OCu-2e-Cu2+升高(2)鋁4Al-12e-4A3O2+6H2O+12e-12OH-(3)O2+2CO2+4e-2C2CO+O22CO2解析 (1)Fe在濃硝酸中發(fā)生鈍化,作正極,B電極的電極反應(yīng)式為4H+2N+2e-2NO2+2H2O,A電極的電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+;反應(yīng)消耗H+,反應(yīng)進行一段時間后溶液C的pH會升高。(2)電源的負(fù)極材料是鋁,負(fù)極反應(yīng)為4Al-12e-4A;正極反應(yīng)為3O2+6H2O+12e-12OH-。(3)正極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-2C,電池總反應(yīng)式為2CO+O22CO2。10.答案 (1)2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)H=-1 048.9 kJ·mol-1(2)N2H4-4e-+4OH-N2+4H2O(3)負(fù)CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O(4)鋅正極Zn與Cu2+反應(yīng)生成Cu,Zn、Cu形成原電池而加快Zn的腐蝕Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+2 mol解析 (1)根據(jù)蓋斯定律,由2×-得肼與N2O4反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:2N2H4(l)+N2O4(l)3N2(g)+4H2O(g)H=2H2-H1=-1 048.9 kJ·mol-1。(2)肼在負(fù)極上參加反應(yīng),根據(jù)反應(yīng)以及環(huán)境是堿性,可知電極反應(yīng)式為N2H4+4OH-4e-N2+4H2O。(3)根據(jù)燃料電池的原理可知,通入甲醇的一極為負(fù)極,其電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O。(4)鋅是活潑金屬,因此鋅為負(fù)極,根據(jù)原電池的工作原理,電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極;鋅比銅活潑,能把銅置換出來,鋅、銅與電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池,可加快鋅的腐蝕;陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng),因此陽極的電極反應(yīng)式為Mn2+2H2O-2e-MnO2+4H+,陰極的電極反應(yīng)式為2H+2e-H2,因此電路中通過4 mol e-,生成氫氣的物質(zhì)的量為2 mol。11.答案 (1)正SO2-2e-+2H2OS+4H+O2+4e-+4H+2H2O(2)CO+H2+O2CO2+H2O1.121(3)在電極上與O2共同轉(zhuǎn)化為C,保持熔融鹽成分不變N2O4+2HNO3-2e-2N2O5+2H+解析 (1)一氧化碳和氫氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲醇的過程中氫元素的化合價升高,碳元素的化合價降低,因此氫氣被氧化在負(fù)極反應(yīng),一氧化碳被還原在正極反應(yīng)。二氧化硫、氧氣和水反應(yīng)生成硫酸過程中,硫元素化合價升高,二氧化硫被氧化在負(fù)極反應(yīng)。二氧化氮、氧氣和水反應(yīng)生成硝酸過程中,氧元素的化合價降低,氧氣被還原在正極反應(yīng)。(2)一氧化碳和氫氣按物質(zhì)的量11混合,再與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和水。電解硝酸銀溶液時陰極反應(yīng)為Ag+e-Ag,陽極反應(yīng)為4OH-4e-2H2O+O2,生成21.6 g銀時轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,根據(jù)電子守恒可知,陽極生成氧氣0.05 mol,其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為1.12 L。生成氫離子0.2 mol,則氫離子的濃度為=0.1 mol·L-1,因此溶液的pH=1。(3)燃料電池工作時燃料失電子,在負(fù)極反應(yīng),因此氫氣在負(fù)極失去電子被氧化,轉(zhuǎn)化為氫離子,氫離子和碳酸根離子結(jié)合,最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。氧氣在正極反應(yīng),得到電子被還原,轉(zhuǎn)化為氧負(fù)離子,氧負(fù)離子和二氧化碳結(jié)合,最終轉(zhuǎn)化為碳酸根離子,進而保證了電解質(zhì)熔融鹽成分不變。二氧化氮轉(zhuǎn)化為五氧化二氮,氮元素化合價升高,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)。