課后作業(yè)9原電池的工作原理化學(xué)電源(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題包括8小題,每小題6分,共48分,每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1.(2018嘉興一中高三期末考試)某玩具所用紐扣電池的兩極材料分別為鋅和氧化銀,電解質(zhì)溶液為NaOH溶液,電池的總反應(yīng)式為Ag2O+Zn2Ag+ZnO,下列判斷正確的是()A.鋅為正極,Ag2O為負(fù)極B.鋅為負(fù)極,Ag2O為正極C.原電池工作時(shí),負(fù)極附近溶液的pH增大D.原電池工作時(shí),電流由負(fù)極流向正極答案B解析根據(jù)元素化合價(jià)變化可知Zn被氧化,應(yīng)為原電池的負(fù)極,則正極為Ag2O,故A錯(cuò)誤,B正確;原電池工作時(shí),負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)Zn+2OH-2e-ZnO+H2O,溶液pH減小,C錯(cuò)誤;原電池工作時(shí),電流由正極流向負(fù)極,D錯(cuò)誤。2.下列敘述錯(cuò)誤的是()A.生鐵中含有碳,抗腐蝕能力比純鐵弱B.用錫焊接的鐵質(zhì)器件,焊接處易生銹C.在鐵制品上鍍銅時(shí),鍍件為陽極,銅鹽為電鍍液D.鐵管上鑲嵌鋅塊,鐵管不易被腐蝕答案C解析C項(xiàng)中鍍件應(yīng)為陰極,銅為陽極,C項(xiàng)錯(cuò)誤。3.(2018溫州十五校聯(lián)考)如圖為甲醇燃料電池。下列說法不正確的是()A.c處通入氣體為氧氣,在正極參與反應(yīng)B.b處加入的物質(zhì)為甲醇,發(fā)生氧化反應(yīng)C.正極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+2H2OD.外電路通過3 mol 電子,生成 11.2 L CO2氣體答案D解析根據(jù)溶液中質(zhì)子的移動(dòng)方向可知,左邊電極為負(fù)極,右邊電極為正極。右邊電極為正極,C處通入氣體為氧氣,故A正確;左邊電極為負(fù)極,b處加入的物質(zhì)為甲醇,在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),故B正確;該原電池中電解質(zhì)溶液顯酸性,正極反應(yīng)為:O2+4e-+4H+2H2O,C正確;未注明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況,外電路通過3mol電子時(shí),無法判斷生成CO2氣體的體積,故D錯(cuò)誤。4.(2018金華十校高三期末聯(lián)考)某高能電池以稀硫酸作為電解質(zhì)溶液,其總反應(yīng)式為CH2CH2+O2CH3COOH。下列說法正確的是()A.在電池工作過程中,溶液中的SO42-向正極移動(dòng)B.隨著反應(yīng)的進(jìn)行,正極區(qū)域附近溶液的pH變小C.當(dāng)轉(zhuǎn)移4 mol電子時(shí),溶液中的CH3COOH分子數(shù)為NA(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)D.負(fù)極上的電極反應(yīng)為CH2CH2-4e-+2H2OCH3COOH+4H+答案D解析根據(jù)原電池的工作原理,陰離子向負(fù)極移動(dòng),即SO42-向負(fù)極移動(dòng),故A錯(cuò)誤;電解質(zhì)是硫酸,正極反應(yīng)為O2+4H+4e-2H2O,正極區(qū)域pH增大,故B錯(cuò)誤;負(fù)極反應(yīng)為CH2CH2+2H2O-4e-CH3COOH+4H+,當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí),生成1molCH3COOH,但CH3COOH部分電離,因此溶液中CH3COOH分子的物質(zhì)的量小于1mol,故C錯(cuò)誤;根據(jù)電池總反應(yīng),電解質(zhì)是硫酸,負(fù)極反應(yīng)為CH2CH2+2H2O-4e-CH3COOH+4H+,故D正確。5.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關(guān)敘述正確的是()A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作一段時(shí)間后,甲池的c(SO42-)減小C.電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加D.陰、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡答案C解析由圖示可知,該原電池反應(yīng)原理為Zn+Cu2+Zn2+Cu,故Zn電極為負(fù)極,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),Cu電極為正極,Cu2+得電子發(fā)生還原反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;該裝置中的陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過,故兩池中c(SO42-)不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電解過程中,溶液中Zn2+由甲池通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池,乙池中發(fā)生反應(yīng)Cu2+2e-Cu,由于摩爾質(zhì)量M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的總質(zhì)量增加,C項(xiàng)正確;該裝置中的陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過,電解過程中,溶液中Zn2+由甲池通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池保持溶液電荷平衡,陰離子并不通過交換膜,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。6.下圖是將SO2轉(zhuǎn)化為重要的化工原料H2SO4的原理示意圖,下列說法不正確的是()A.該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.催化劑b表面O2發(fā)生還原反應(yīng)C.催化劑a表面的反應(yīng)是SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+D.生產(chǎn)過程中H+向a電極區(qū)域運(yùn)動(dòng)答案D解析該裝置是原電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A項(xiàng)正確;由電子流向可判斷a為負(fù)極,b為正極,SO2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),C項(xiàng)正確;O2在正極發(fā)生還原反應(yīng),B項(xiàng)正確;陽離子應(yīng)由負(fù)極移向正極,即由a電極區(qū)域移向b電極區(qū)域,D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.根據(jù)如圖實(shí)驗(yàn)裝置判斷,下列說法正確的是()A.該裝置能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.活性炭為正極,其電極反應(yīng)式為 2H+2e-H2C.電子從鋁箔流出,經(jīng)電流表、活性炭、濾紙回到鋁箔D.裝置內(nèi)總反應(yīng)方程式為4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3答案D解析該裝置發(fā)生的反應(yīng)為鋁的吸氧腐蝕,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A項(xiàng)錯(cuò)誤;鋁作負(fù)極,電極反應(yīng)為Al-3e-Al3+,活性炭作正極,其電極反應(yīng)為O2+4e-+2H2O4OH-,負(fù)極產(chǎn)物Al3+與正極產(chǎn)物OH-結(jié)合可生成Al(OH)3,故總反應(yīng)為4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;被NaCl溶液浸泡的濾紙?zhí)峁╇娊赓|(zhì)溶液,在電解質(zhì)溶液中沒有電子的定向移動(dòng),只有離子的定向移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤。8.一種熔融碳酸鹽燃料電池如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法正確的是()A.反應(yīng)CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4轉(zhuǎn)移12 mol電子B.電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2+2OH-2e-2H2OC.電池工作時(shí),CO32-向電極B移動(dòng)D.電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e-2CO32-答案D解析CH4中的C為-4價(jià),反應(yīng)后生成的CO中C為+2價(jià),1molCH4轉(zhuǎn)移6mole-,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由示意圖可以看出,熔融碳酸鹽中沒有OH-,B項(xiàng)錯(cuò)誤;該燃料電池中,O2在正極反應(yīng),CO和H2在負(fù)極反應(yīng),原電池中CO32-移向負(fù)極,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由示意圖可看出,電極B處CO2和O2結(jié)合,轉(zhuǎn)化為CO32-,D項(xiàng)正確。二、非選擇題(本題包括3小題,共52分)9.(16分)原電池是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。(1)某興趣小組為研究原電池工作原理,設(shè)計(jì)如圖所示裝置。a和b不連接時(shí),燒杯中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是。a和b用導(dǎo)線連接,Cu極為原電池(填“正”或“負(fù)”)極,電極反應(yīng)式是,Zn極發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),溶液中的H+移向(填“Cu”或“Zn”)電極。無論a和b是否連接,Zn片均被腐蝕,若轉(zhuǎn)移了0.2 mol 電子,則理論上Zn片質(zhì)量減輕 g。(2)如圖是甲烷燃料電池原理示意圖,回答下列問題:電池的負(fù)極是(填“a”或“b”)電極,該極的電極反應(yīng)式為。電池工作一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液的pH(填“增大”“減小”或“不變”)。答案(1)Zn+2H+Zn2+H2正2H+2e-H2氧化Cu6.5(2)aCH4+10OH-8e-CO32-+7H2O減小解析(1)若a、b不連接則發(fā)生的是Zn與H2SO4的置換反應(yīng);a、b連接后,構(gòu)成原電池,Cu的活潑性比Zn弱,Cu為正極,Zn為負(fù)極,Zn極發(fā)生氧化反應(yīng);若轉(zhuǎn)移0.2mol電子,則消耗0.1molZn,其質(zhì)量為6.5g。(2)CH4在反應(yīng)中失去電子,故a電極是電池的負(fù)極。1molCH4失去8mol電子,在堿性條件下生成CO32-和H2O,根據(jù)電荷守恒可以寫出電極反應(yīng)式,也可由總反應(yīng)式CH4+2OH-+2O2CO32-+3H2O減去正極反應(yīng)式O2+2H2O+4e-4OH-求得負(fù)極反應(yīng)式。由于電池工作過程中會(huì)消耗OH-,故一段時(shí)間后,電解質(zhì)溶液的pH減小。10.(18分)鈉硫電池作為一種新型儲(chǔ)能電池,其應(yīng)用逐漸得到重視和發(fā)展。(1)Al(NO3)3是制備鈉硫電池的原料之一。由于Al(NO3)3容易吸收環(huán)境中的水分,需要對(duì)其進(jìn)行定量分析。具體步驟如下圖所示:加入試劑a后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。操作b為,操作c為。Al(NO3)3待測(cè)液中,c(Al3+)= molL-1(用m、V表示)。(2)鈉硫電池以熔融金屬鈉、熔融硫和多硫化鈉(Na2Sx)分別作為兩個(gè)電極的反應(yīng)物,固體Al2O3陶瓷(可傳導(dǎo)Na+)為電解質(zhì),其反應(yīng)原理如圖所示:根據(jù)下表數(shù)據(jù),請(qǐng)你判斷該電池工作的適宜溫度應(yīng)控制在(填字母序號(hào))范圍內(nèi)。物質(zhì)NaSAl2O3熔點(diǎn)/97.81152050沸點(diǎn)/892444.62980a.100 以下b.100300 c.300350 d. 3502 050 放電時(shí),電極A為極。放電時(shí),內(nèi)電路中Na+的移動(dòng)方向?yàn)?填“從A到B”或“從B到A”)。充電時(shí),總反應(yīng)為Na2Sx2Na+xS(3<x<5),則陽極的電極反應(yīng)式為。答案(1)Al3+3NH3H2OAl(OH)3+3NH4+過濾、洗滌灼燒(或加熱)、冷卻1000m51V(2)c負(fù)從A到BSx2-2e-xS解析(1)因氫氧化鋁溶于強(qiáng)堿溶液,所以試劑a選擇氨水。Al3+與氨水反應(yīng)生成氫氧化鋁和NH4+。操作b是過濾、洗滌,操作c是灼燒、冷卻。由氧化鋁的質(zhì)量可得n(Al)=m51mol,由Al守恒得c(Al3+)=1000m51VmolL-1。(2)因鈉和硫熔融,所以溫度應(yīng)控制在115444.6,c項(xiàng)符合題意。放電時(shí),鈉在負(fù)極失去電子,S在正極得電子,則A是負(fù)極,B是正極。原電池內(nèi)部,陽離子向正極遷移,陰離子向負(fù)極遷移。充電時(shí),陽極發(fā)生氧化反應(yīng),即Sx2-失電子生成S。11.(18分)(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(jìn)行中。如圖1是高鐵電池的模擬實(shí)驗(yàn)裝置:圖1圖2該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為;若維持電流強(qiáng)度為1 A,電池工作十分鐘,理論消耗Zng(已知F=96 500 Cmol-1)。鹽橋中盛有飽和KCl溶液,此鹽橋中氯離子向(填“左”或“右”)移動(dòng);若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向(填“左”或“右”)移動(dòng)。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(diǎn)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,裝置如下圖所示,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(cè)定汽車尾氣中CO的濃度,其裝置如下圖所示。該電池中O2-可以在固體介質(zhì)NASICON(固溶體)內(nèi)自由移動(dòng),工作時(shí)O2-的移動(dòng)方向(填“從a到b”或“從b到a”),負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為。答案(1)FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-0.2右左使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定(2)N2+8H+6e-2NH4+氯化銨(3)從b到aCO+O2-2e-CO2解析(1)放電時(shí)高鐵酸鉀在正極上發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-;若維持電流強(qiáng)度為1A,電池工作十分鐘,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1A1060s96500Cmol-1=0.0062176mol。理論消耗Zn的質(zhì)量0.0062176mol1265gmol-10.2g。電池工作時(shí),陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極,所以鹽橋中氯離子向右移動(dòng);若用陽離子交換膜代替鹽橋,則鉀離子向左移動(dòng)。由高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電曲線可得出高鐵電池的優(yōu)點(diǎn)有使用時(shí)間長(zhǎng)、工作電壓穩(wěn)定。(2)該電池反應(yīng)的本質(zhì)是合成氨反應(yīng),電池中氫氣失去電子,在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),氮?dú)獾秒娮釉谡龢O發(fā)生還原反應(yīng),則正極反應(yīng)為N2+8H+6e-2NH4+;氨氣與HCl反應(yīng)生成氯化銨,則電解質(zhì)溶液為氯化銨溶液。(3)工作時(shí)電極b作正極,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(fù)極,負(fù)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CO+O2-2e-CO2。