第20講 原電池 化學電源一、選擇題1(2019·洛陽期末)下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅B銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從鋅電極流向銅電極C氫氧燃料電池工作時，氫氣在負極被氧化D原電池中一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)解析：選A。太陽能電池的主要材料是高純度的晶體硅，A項錯誤；銅鋅原電池工作時，電子沿外電路由負極(鋅)流向正極(銅)，B項正確；氫氧燃料電池工作時，氫氣在負極失去電子被氧化，C項正確；由原電池的工作原理可知原電池中一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)，D項正確。2(2019·泉州模擬)課堂學習中，同學們利用鋁條、鋅片、銅片、導線、電流計、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論錯誤的是()A原電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置B原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導線等組成C圖中電極a為鋁條、電極b為鋅片時，導線中會產(chǎn)生電流D圖中電極a為鋅片、電極b為銅片時，電子由銅片通過導線流向鋅片解析：選D。原電池是將化學能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，A正確；原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導線等組成，B正確；圖中電極a為鋁條、電極b為鋅片時，構(gòu)成原電池，導線中會產(chǎn)生電流，C正確；圖中電極a為鋅片、電極b為銅片時，鋅片做負極，電子由鋅片通過導線流向銅片，D錯誤。3(2019·大同質(zhì)檢)如圖為以Pt為電極的氫氧燃料電池的工作原理示意圖，稀H2SO4為電解質(zhì)溶液。下列有關(guān)說法不正確的是()Aa極為負極，電子由a極經(jīng)外電路流向b極Ba極的電極反應(yīng)式：H22e=2HC電池工作一段時間后，裝置中c(H2SO4)增大D若將H2改為CH4，消耗等物質(zhì)的量的CH4時，O2的用量增多解析：選C。a極通入的H2發(fā)生氧化反應(yīng)，為負極，電子由a極經(jīng)外電路流向b極；以稀H2SO4為電解質(zhì)溶液時，負極的H2被氧化為H，總反應(yīng)為2H2O2=2H2O，電池工作一段時間后，裝置中c(H2SO4)減?。桓鶕?jù)電池總反應(yīng)2H2O2=2H2O，CH42O2=CO22H2O可知，等物質(zhì)的量的CH4消耗O2較多。4.(2019·廣州模擬)某小組為研究原電池原理，設(shè)計如圖裝置，下列敘述正確的是()A若X為Fe，Y為Cu，則鐵為正極B若X為Fe，Y為Cu，則電子由銅片流向鐵片C若X為Fe，Y為C，則碳棒上有紅色固體析出D若X為Cu，Y為Zn，則鋅片發(fā)生還原反應(yīng)解析：選C。Fe比Cu活潑，F(xiàn)e做負極，電子從Fe流向Cu，故A、B錯誤；若X為Fe，Y為C，電解質(zhì)為硫酸銅，則正極碳棒上析出Cu，故C正確；Zn比Cu活潑，Zn做負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故D錯誤。5.如圖是某同學設(shè)計的原電池裝置，下列敘述中正確的是()A電極上發(fā)生還原反應(yīng)，做原電池的負極B電極上的電極反應(yīng)式為Cu22e=CuC該原電池的總反應(yīng)為2Fe3Cu=Cu22Fe2D鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子解析：選C。該原電池的總反應(yīng)為2Fe3Cu=Cu22Fe2。電極上發(fā)生還原反應(yīng)，做原電池的正極，電極反應(yīng)式為2Fe32e=2Fe2，電極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2。鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是平衡正、負極兩池的電荷，鹽橋中離子的定向移動形成電流，電子不能通過電解質(zhì)溶液。6十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫­空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，原理如圖所示。下列說法正確的是()A該電池放電時質(zhì)子從Pt2電極經(jīng)過內(nèi)電路流到Pt1電極BPt1電極附近發(fā)生的反應(yīng)為SO22H2O2e=H2SO42HCPt2電極附近發(fā)生的反應(yīng)為O24e2H2O=4OHD相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為21解析：選D。放電時為原電池，質(zhì)子向正極移動，Pt1電極為負極，則該電池放電時質(zhì)子從Pt1電極移向Pt2電極，A錯誤；Pt1電極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，SO2被氧化為硫酸，反應(yīng)為SO22H2O2e=SO4H，硫酸應(yīng)當拆為離子形式，B錯誤；酸性條件下，氧氣得電子生成水， C錯誤；相同條件下，放電過程中負極發(fā)生氧化反應(yīng)2SO24H2O4e=2SO8H，正極發(fā)生還原反應(yīng)O24e4H=2H2O，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等可知，相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為21，D正確。7(2016·高考四川卷)某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應(yīng)為Li1xCoO2LixC6=LiCoO2C6(x<1)。下列關(guān)于該電池的說法不正確的是()A放電時，Li在電解質(zhì)中由負極向正極遷移B放電時，負極的電極反應(yīng)式為LixC6xe=xLiC6C充電時，若轉(zhuǎn)移1 mol e，石墨(C6)電極將增重7x gD充電時，陽極的電極反應(yīng)式為LiCoO2xe=xLiLi1xCoO2解析：選C。電池放電時，陽離子由負極移向正極，A項正確；由放電時的總反應(yīng)看出，LixC6在負極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，B項正確；充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆反應(yīng)，充電時陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：LiCoO2xe=xLiLi1xCoO2，D項正確；充電時，陰極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)：C6xexLi=LixC6，當轉(zhuǎn)移1 mol電子時，陰極(C6電極)增加1 mol Li，即增重7 g，C項錯誤。8(2019·湖南H11教育聯(lián)盟聯(lián)考)我國最近在太陽能光電催化­化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法中正確的是()A該制氫工藝中光能最終轉(zhuǎn)化為化學能B該裝置工作時，H由b極區(qū)流向a極區(qū)Ca極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe3e=Fe2Da極區(qū)需不斷補充含F(xiàn)e3和Fe2的溶液解析：選A。該制氫工藝中光能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為化學能，A項正確；該裝置工作時，H由a極區(qū)流向b極區(qū)，B項錯誤；a極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，所以a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe2e=Fe3，C項錯誤；由題圖可知，a極區(qū)Fe2和Fe3可相互轉(zhuǎn)化，故不需補充含F(xiàn)e3和Fe2的溶液，D項錯誤。9(2019·蘭州模擬)現(xiàn)有關(guān)于如圖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖的說法：微生物促進了電子的轉(zhuǎn)移；微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生還原反應(yīng)；放電過程中，H從正極區(qū)移向負極區(qū)；正極反應(yīng)式為MnO24H2e=Mn22H2O。以上說法正確的是()ABC D解析：選C。在微生物作用下Cm(H2O)n轉(zhuǎn)化為CO2，促進了電子的轉(zhuǎn)移，正確；微生物在右側(cè)，右側(cè)電極為電池的負極，所以微生物所在電極區(qū)放電時發(fā)生氧化反應(yīng)，錯誤；放電過程中，H從負極區(qū)移向正極區(qū)，錯誤；電池左側(cè)為電池的正極區(qū)，MnO2在酸性條件下發(fā)生得電子反應(yīng)，所以正極反應(yīng)式為MnO24H2e=Mn22H2O，正確。10科技工作者利用催化劑和電化學原理還原CO2，使其轉(zhuǎn)化為可被利用的燃料。如圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為燃料CO。下列有關(guān)判斷正確的是()A該裝置為電解裝置，M極發(fā)生氧化反應(yīng)B該裝置工作時，N電極的電極反應(yīng)式為CO22H2e=COH2OC質(zhì)子由N電極區(qū)通過質(zhì)子交換膜移向M電極區(qū)D外電路中流過10 mol電子時，理論上可收集70 g燃料解析：選B。該電化學裝置為原電池裝置，A項錯誤；M為負極，N為正極，CO2得到電子被還原為CO，故N電極的電極反應(yīng)式為CO22H2e=COH2O，B項正確；電池工作時，H從負極移向正極，即從M電極區(qū)移向N電極區(qū)，C項錯誤；對比兩個電極的反應(yīng)物與生成物可知，外電路中流過2 mol電子時，生成1 mol CO，故外電路中流過10 mol電子時，理論上可生成5 mol CO，即140 g CO，D項錯誤。二、非選擇題11(2019·廣州模擬)某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。(1)如圖為某實驗小組依據(jù)氧化還原反應(yīng)_(用離子方程式表示)設(shè)計的原電池裝置，反應(yīng)前，電極質(zhì)量相等，一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12 g，導線中通過_mol電子。(2)其他條件不變，若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，石墨電極反應(yīng)式為_，這是由于NH4Cl溶液顯_(填“酸性”“堿性”或“中性”)，用離子方程式表示溶液顯此性的原因：_，用吸管吸出鐵片附近溶液少許置于試管中，向其中滴加少量新制飽和氯水，寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_，然后滴加幾滴硫氰化鉀溶液，溶液變紅，繼續(xù)滴加過量新制飽和氯水，顏色褪去，同學們對此做了多種假設(shè)，某同學的假設(shè)是“溶液中的3價鐵被氧化為更高的價態(tài)?！比绻?價鐵被氧化為FeO，試寫出該反應(yīng)的離子方程式：_。(3)其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅絲與石墨相連成n形，如圖所示，一段時間后，在甲裝置銅絲附近滴加酚酞試液，現(xiàn)象是_，電極反應(yīng)式為_；乙裝置中石墨(1)為_極(填“正”“負”“陰”或“陽”)，乙裝置中與銅絲相連石墨(2)電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_，產(chǎn)物常用_檢驗，反應(yīng)的離子方程式為_。答案：(1)FeCu2=Fe2Cu0.2(2)2H2e=H2酸性NHH2ONH3·H2OH2Fe2Cl2=2Fe32Cl2Fe33Cl28H2O=2FeO6Cl16H(3)溶液變紅O22H2O4e=4OH陰2Cl2e=Cl2濕潤的淀粉­碘化鉀試紙Cl22I=2ClI212(1)高鐵酸鉀(K2FeO4)不僅是一種理想的水處理劑，而且高鐵電池的研制也在進行中。如圖1是高鐵電池的模擬實驗裝置：該電池放電時正極的電極反應(yīng)式為_；若維持電流強度為1 A，電池工作10 min，理論消耗Zn_g(已知F96 500 C·mol1)。鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向_(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向_(填“左”或“右”)移動。圖2為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有_。(2)有人設(shè)想以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖所示，電池正極的電極反應(yīng)式是_，A是_。(3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖所示。該電池中O2可以在固體介質(zhì)NASICON (固溶體)內(nèi)自由移動，工作時O2的移動方向為_(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_。解析：(1)電池放電時石墨為正極，高鐵酸鉀在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；若維持電流強度為1 A，電池工作10 min，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1×10×60÷96 5000.006 2(mol)，理論消耗Zn的質(zhì)量為0.006 2 mol÷2×65 g·mol10.2 g。電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動。由題圖中高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線可知，高鐵電池的優(yōu)點有使用時間長、工作電壓穩(wěn)定。(2)該電池的本質(zhì)反應(yīng)是合成氨反應(yīng)，電池中氫氣失電子在負極發(fā)生氧化反應(yīng)，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應(yīng)，則正極反應(yīng)式為N28H6e=2NH，氨與HCl反應(yīng)生成氯化銨，則A為氯化銨。(3)電池工作時電極b做正極，O2由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負極，負極上一氧化碳失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為COO22e=CO2。答案：(1)FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH0.2右左使用時間長、工作電壓穩(wěn)定(2)N28H6e=2NH氯化銨(3)從b到aCOO22e=CO2