第1课时 原电池的工作原理
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.对于原电池的电极名称,下列叙述有错误的是( )
A.发生氧化反应的为负极
B.正极为电子流入的一极
C.电解质溶液中阳离子移向负极
D.外电路中电流的方向由正极到负极
答案C
解析在原电池中,发生氧化反应的电极为负极,发生还原反应的电极为正极;原电池工作时,其外电路中电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极,电流的方向与电子流动的方向相反;电解质溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极。
2.(2021北京西城高二期末)铜锌原电池工作时,下列叙述不正确的是( )
A.负极电极反应为Zn-2e-Zn2+
B.电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从Zn极沿导线流向Cu极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
答案D
解析正极发生还原反应:Cu2++2e-Cu,负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+;原电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu;电子从Zn极沿导线流向Cu极;由于Cu2+放电,为使CuSO4溶液保持电中性,则盐桥中的K+移向CuSO4溶液,Cl-移向ZnSO4溶液。故D错误。
3.如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
答案C
解析N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D不符合题意,由M棒变粗可知,B不符合题意。
4.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )
①铝合金是正极 ②铝合金是负极 ③海水是电解质溶液 ④铝合金电极发生还原反应
A.②③
B.②④
C.①③
D.①④
答案A
解析原电池中较活泼的一极为负极,则题给原电池中铝合金为负极,①错,②对。电极在海水中,故海水为电解质溶液,③对。铝合金为负极,发生氧化反应,故④错。
5.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量
⑤溶液的质量
A.①③
B.③④
C.①②④
D.②
答案D
解析在题给原电池中,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为Ag++e-Ag,则a棒质量减轻、b棒质量增加,溶液中c(N)不变,溶液的质量减轻,从而可知D正确。
6.如图所示的装置,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状况
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
答案D
解析滴入CuSO4溶液后,形成原电池,Fe作为负极,Ag作为正极,在铁圈上发生反应Fe-2e-Fe2+,使铁圈质量减少;在Ag圈上发生反应Cu2++2e-Cu,生成的Cu附着在银圈上,使银圈质量增加,所以银圈向下倾斜,D正确。
7.在如图所示的装置中,a的金属活动性比Pb强,b为碳棒,下列关于此装置的叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出,溶液碱性增强
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极经导线流向b极
D.a极上发生了氧化反应
答案B
解析电极a、b与电解质溶液稀硫酸构成原电池。因活动性a>b(碳棒),所以a为电池的负极,b为正极,b极上有气体放出。由于正极消耗H+,溶液中c(H+)减小,溶液碱性增强。在外电路中,电子由a极流出经导线流向b极,由此可知B符合题意。
8.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b连接时,Cu2+向铁电极移动
答案D
解析a和b不连接时,不能构成原电池。铁与硫酸铜发生置换反应,生成的铜附着在铁片上,A项正确;a和b用导线连接,构成原电池,溶液中的Cu2+得到电子生成铜在铜片上析出,B项正确;无论a和b是否连接,都是铁片不断溶解生成Fe2+,溶液中的Cu2+不断得到电子生成Cu,溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b连接构成原电池,溶液中铜离子向正极(铜电极)移动,D项错误。
9.由锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应是 ,正极反应是 。?
(2)外电路电流的方向是 。?
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68
L(标准状况)气体时,右边烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是 (设溶液体积不变)。?
答案(1)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
(2)由Cu极经导线流向Zn极 (3)4.875 9.03×1022
0.75
mol·L-1
解析(3)由题意可知,产生了0.075molH2,电路中通过0.075mol×2=0.15mol电子,消耗0.075molZn和0.075molH2SO4。所以m(Zn)=0.075mol×65g·mol-1=4.875g,N(e-)=0.15mol×6.02×1023mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)==0.75mol·L-1。
关键能力提升练
10.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
A.铜棒的质量
B.c(Zn2+)
C.c(H+)
D.c(S)
答案C
解析题给装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气,Cu棒的质量不变,A项错误;由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B项错误;由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C项正确;S不参加反应,其浓度不变,D项错误。
11.如图是一原电池装置,下列有关说法正确的是( )
A.该电池负极反应为Fe2+-e-Fe3+
B.当有6.02×1023个电子转移时,Fe电极减少56
g
C.石墨电极上发生氧化反应
D.盐桥中K+移向右侧FeCl3溶液
答案D
解析根据题意可知,活泼金属Fe为负极,负极电极反应为Fe-2e-Fe2+,发生氧化反应,A、C错误;根据负极电极反应可知,当转移1mol电子时,参与反应的Fe有0.5mol,其质量为28g,B错误;石墨电极为正极,正极反应为Fe3++e-Fe2+,溶液中Fe3+减少,为使FeCl3溶液保持电中性,盐桥中的K+移向右侧FeCl3溶液,D正确。
12.如图所示为锌铜原电池。下列叙述正确的是( )
A.盐桥的作用是传导电子
B.外电路电子由铜片流向锌片
C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e-Zn
D.外电路中有0.2
mol电子通过时,铜片表面质量增加约6.4
g
答案D
解析题给原电池中,盐桥连接左、右两个烧杯中的溶液,盐桥可传导离子,不能传导电子,A错误;锌的活泼性强于铜,则锌片是负极,铜片是正极;在外电路中,电子由负极流向正极,则电子由锌片流向铜片,B错误;锌片是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应为Zn-2e-Zn2+,C错误;铜片是正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,外电路中通过0.2mol电子时,铜片上析出0.1molCu,其质量为0.1mol×64g·mol-1=6.4g,D正确。
13.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
答案B
解析分析Mg-AgCl电池可知,负极反应为Mg-2e-Mg2+,正极反应为2AgCl+2e-2Ag+2Cl-,A项正确,B项错误;在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,C项正确;Mg是活泼金属,能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2,D项正确。
14.电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应分别为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。下列判断正确的是( )
A.锌为正极,Ag2O为负极
B.锌为负极,Ag2O为正极
C.原电池工作时,将电能转化成化学能
D.原电池工作时,负极区溶液的pH增大
答案B
解析根据化合价变化可知Zn被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,故A错误,B正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,故C错误;题给原电池工作时,负极发生反应Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,溶液的pH减小,故D错误。
15.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验
装置
部分
实验
现象
a极质量减小;b极质量增加
b极有气体产生;c极无变化
d极溶解;c极有气体产生
电流从a极沿导线流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
D.a>b>d>c
答案C
解析把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a是原电池负极,b是原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产生,c极无变化,则活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,则d是原电池负极,c是正极,活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,活动性:d>a。综合以上分析可知活动性:d>a>b>c。
16.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了含盐桥的原电池,如图。盐桥中装有琼脂凝胶(含K2SO4)。下列叙述正确的是( )
A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为:Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
C.外电路的电流方向是从a到b
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
答案B
解析甲烧杯的溶液中发生氧化反应:Fe2+-e-Fe3+,A项错误;乙烧杯的溶液中发生还原反应,Cr2得到电子生成Cr3+,B项正确;a极为负极,b极为正极,外电路中电流由b到a,C项错误;S向负极移动,即移向甲烧杯,D项错误。
学科素养拔高练
17.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时质子从电极b移向电极a
B.电极a附近发生的电极反应为SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+
C.电极b附近发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
答案D
解析原电池放电时,质子向正极移动,根据题意分析可知电极a为负极,则该电池放电时质子从电极a移向电极b,A项错误;电极a为负极,发生氧化反应,电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+,硫酸应当拆为离子形式,B项错误;酸性条件下,氧气得电子与氢离子反应生成水,电极b附近发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,C项错误;电池总反应为2SO2+O2+2H2O2S+4H+,则放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1,D项正确。
-
8
-第1课时 原电池的工作原理
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.对于原电池的电极名称,下列叙述有错误的是( )
A.发生氧化反应的为负极
B.正极为电子流入的一极
C.电解质溶液中阳离子移向负极
D.外电路中电流的方向由正极到负极
2.(2021北京西城高二期末)铜锌原电池工作时,下列叙述不正确的是( )
A.负极电极反应为Zn-2e-Zn2+
B.电池总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从Zn极沿导线流向Cu极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
3.如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
4.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中( )
①铝合金是正极 ②铝合金是负极 ③海水是电解质溶液 ④铝合金电极发生还原反应
A.②③
B.②④
C.①③
D.①④
5.按下图装置实验,若x轴表示流出负极的电子的物质的量,则y轴应表示( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量
⑤溶液的质量
A.①③
B.③④
C.①②④
D.②
6.如图所示的装置,在铁圈和银圈的焊接处,用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中,使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液,片刻后可观察到的现象是( )
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状况
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
7.在如图所示的装置中,a的金属活动性比Pb强,b为碳棒,下列关于此装置的叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出,溶液碱性增强
B.a是正极,b是负极
C.导线中有电子流动,电子从a极经导线流向b极
D.a极上发生了氧化反应
8.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b连接时,Cu2+向铁电极移动
9.由锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应是 ,正极反应是 。?
(2)外电路电流的方向是 。?
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68
L(标准状况)气体时,右边烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是 (设溶液体积不变)。?
关键能力提升练
10.图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )
A.铜棒的质量
B.c(Zn2+)
C.c(H+)
D.c(S)
11.如图是一原电池装置,下列有关说法正确的是( )
A.该电池负极反应为Fe2+-e-Fe3+
B.当有6.02×1023个电子转移时,Fe电极减少56
g
C.石墨电极上发生氧化反应
D.盐桥中K+移向右侧FeCl3溶液
12.如图所示为锌铜原电池。下列叙述正确的是( )
A.盐桥的作用是传导电子
B.外电路电子由铜片流向锌片
C.锌片上的电极反应式为Zn2++2e-Zn
D.外电路中有0.2
mol电子通过时,铜片表面质量增加约6.4
g
13.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
A.负极反应为Mg-2e-Mg2+
B.正极反应为Ag++e-Ag
C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移
D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
14.电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH溶液,其电极反应分别为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O;Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。下列判断正确的是( )
A.锌为正极,Ag2O为负极
B.锌为负极,Ag2O为正极
C.原电池工作时,将电能转化成化学能
D.原电池工作时,负极区溶液的pH增大
15.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验
装置
部分
实验
现象
a极质量减小;b极质量增加
b极有气体产生;c极无变化
d极溶解;c极有气体产生
电流从a极沿导线流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d
B.b>c>d>a
C.d>a>b>c
D.a>b>d>c
16.某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了含盐桥的原电池,如图。盐桥中装有琼脂凝胶(含K2SO4)。下列叙述正确的是( )
A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为:Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
C.外电路的电流方向是从a到b
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
学科素养拔高练
17.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该电池放电时质子从电极b移向电极a
B.电极a附近发生的电极反应为SO2+2H2O-2e-H2SO4+2H+
C.电极b附近发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
D.相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
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8
-第2课时 化学电源
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
答案C
解析碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,A、B错误;燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部,D错误。
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
答案B
解析锌铜原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。
3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2
mol电子,锌的质量理论上减少3.25
g
答案D
解析锌锰干电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,所以外电路中每通过0.2mol电子,锌的质量理论上应减少6.5g,所以D项错误。
4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.理论上需要定期补充硫酸
B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极
C.电池工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SPbSO4
D.电池工作时电解质的密度减小
答案A
解析铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极,负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的S生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,则理论上H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。
5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是( )
答案C
解析A中通空气的一极为正极,电极反应为O2+4e-2O2-。B中通O2的一极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。C中通空气的一极为正极,电极反应为4H++O2+4e-2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极,电极反应为2CO2+O2+4e-2C。
6.Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是( )
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH升高
C.正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
答案B
解析根据题意分析可知,铝电极为负极,Ag2O/Ag电极为正极。电子由负极流向正极,A项正确;负极反应为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,pH降低,B项错误;正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,C项正确;负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,D项正确。
7.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
答案C
解析a极通入的H2发生氧化反应,则a极为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极上H2被氧化为H+,A、B正确;电池总反应为2H2+O22H2O,则电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O和CH4+2O2CO2+2H2O可知,消耗等物质的量的H2和CH4时,CH4消耗O2较多,D正确。
8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.每转移0.1
mol电子,消耗1.12
L的H2
D.H+由a极通过固体电解质传递到b极
答案D
解析由电池总反应及原电池原理可知,充入H2的一极即a极是负极,充入O2的一极即b极是正极;电子由负极经外电路流向正极;电池内部阳离子即H+移向正极,正极的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,故A项、B项错误,D项正确。C项没有指明标准状况,错误。
9.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述信息,填写下列空白。
(1)判断下列叙述正确的是 。?
A.在使用过程中,电解质KOH被不断消耗
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应: 。?
(3)电池工作时,负极区的pH (填“增大”“减小”或“不变”,下同),正极区的pH ,电解质溶液的pH 。?
答案(1)C (2)Zn+Ag2OZnO+2Ag (3)减小 增大 不变
解析(1)由两电极反应相加可得电池总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag,由总反应知,在使用过程中KOH不被消耗,A错;由电极反应可知Zn是负极,发生氧化反应,Ag2O是正极,发生还原反应,电子由Zn极流向Ag2O极。C对,B、D均错。
(3)电解质溶液为KOH溶液,使用时,负极区消耗OH-,pH减小;正极区产生OH-,pH增大,消耗和产生的OH-的量相等,H2O的量不变,则电解质溶液的pH不变。
关键能力提升练
10.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2
mol电子时,消耗标准状况下O2
22.4
L
D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+
答案B
解析呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应,故此电极为负极,而电流由正极流出,A项错误;H+通过质子交换膜流向正极(通入氧气的铂电极),B正确;正极反应为O2+4e-+4H+2H2O,电路中流过2mol电子时,消耗0.5molO2,在标准状况下体积为11.2L,C错误;该电池的负极反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,D错误。
11.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b极发生氧化反应
B.a极的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极
D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
答案B
解析燃料电池中燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应:N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,O2在正极(b电极)发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为N2H4+O2N2+2H2O,A错误、B正确;放电时电流由正极流向负极,C错误;OH-在正极生成,移向负极被消耗,所以离子交换膜应让OH-通过,故选用阴离子交换膜,D错误。
12.甲醇燃料电池可用于笔记本电脑、汽车、遥感通信设备等,它的一极通入甲醇,一极通入氧气;电池中含有质子交换膜,它能传导氢离子(H+)。电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是O2+4H++4e-2H2O。下列叙述不正确的是( )
A.负极的反应为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
B.电池的总反应是2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.电池工作时,H+由正极移向负极
D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路流入通氧气的一极
答案C
解析首先判断出通入甲醇的一极失去电子作为负极,通入氧气的一极得到电子作为正极。电池总反应减去氧气在正极的电极反应可得到负极反应,A项正确;电池工作时,H+移向正极而不是移向负极,C项错误。
13.热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb
下列说法正确的是( )
A.负极反应:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向钙电极移动
C.正极反应物为LiCl
D.常温时,在正负极间接上检流计,指针会偏转
答案A
解析负极上发生氧化反应,A正确;放电过程中Li+向正极移动,B错误;由电池总反应可知,正极反应物是PbSO4,C错误;常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此在正负极之间连接检流计,指针不偏转,D错误。
14.锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,电池反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法正确的是( )
A.放电时,电解质溶液中K+向负极移动
B.放电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
D.放电时,电路中通过2
mol电子,消耗氧气22.4
L(标准状况)
答案C
解析放电时,电解质溶液中K+向正极移动,A项错误;放电时,根据总反应可知电解质溶液中c(OH-)逐渐减小,B项错误;在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2+将与OH-结合生成[Zn(OH)4]2-,C项正确;根据O2~4e-可知,电路中通过2mol电子时消耗0.5mol氧气,在标准状况下体积为11.2L,D项错误。
15.某蓄电池放电、充电时的反应为:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极 ②放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2 ③放电时,Ni2O3在正极反应 ④蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
答案D
解析放电时Fe被氧化,Ni2O3被还原,Fe作为负极,Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质,故应用碱性电解质溶液。
16.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如右。下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每通过4
mol电子,在正极消耗44.8
L
H2S
D.每17
g
H2S参与反应,有1
mol
H+经质子膜进入正极区
答案C
解析根据燃料电池的特点分析,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子结合H+生成水,B项正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4mol电子,正极应该消耗1molO2,负极应该有2molH2S反应,但是题目中没有说明是标准状况下,所以H2S的体积不一定是44.8L,C错误;17gH2S即0.5molH2S,每0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2,根据正极反应O2+4H++4e-2H2O可知,有1molH+经质子膜进入正极区,D正确。
17.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。
(1)放电时负极反应为 。?
(2)放电时K2FeO4发生 (填“氧化”或“还原”)反应。?
(3)放电时电子由 (填“正”或“负”,下同)极流向 极。?
(4)放电时1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子数是 。?
答案(1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 (2)还原 (3)负 正 (4)1.806×1024
解析放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是强碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。电子由负极流出,通过外电路流向正极,每1molK2FeO4发生反应,转移电子是3mol,其数目是1.806×1024,放电时K2FeO4得电子发生还原反应。
学科素养拔高练
18.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作为电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的 极,电极反应为 ;Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为 。?
(2)电池的总反应为 。?
(3)如果该电池工作时电路中通过2
mol电子,则消耗的CH3OH有
mol。?
(4)使用该燃料电池的另一个好处是 。?
答案(1)负 CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+ 还原 O2+4H++4e-2H2O (2)2CH3OH+3O22CO2+4H2O (3) (4)对环境无污染
解析Pt(a)电极原料为CH3OH和水,产物为CO2、H+,C元素化合价由-2价升到+4价,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)电极原料为O2、H+,产物为H2O,O元素化合价由0价降至-2价,发生还原反应,Pt(b)电极为正极。电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O,由总反应可知,电路中通过2mol电子时消耗的CH3OH为mol。甲醇燃料电池产物是CO2和H2O,对环境无污染。
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-第2课时 化学电源
课后篇素养形成
必备知识基础练
1.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是( )
A.该电池是一次电池
B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极
C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D.该电池工作时,外电路中每通过0.2
mol电子,锌的质量理论上减少3.25
g
4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是( )
A.理论上需要定期补充硫酸
B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极
C.电池工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SPbSO4
D.电池工作时电解质的密度减小
5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是( )
6.Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是( )
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH升高
C.正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
7.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是( )
A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极
B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+
C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大
D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多
8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是( )
A.电子通过外电路从b极流向a极
B.b极上的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
C.每转移0.1
mol电子,消耗1.12
L的H2
D.H+由a极通过固体电解质传递到b极
9.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述信息,填写下列空白。
(1)判断下列叙述正确的是 。?
A.在使用过程中,电解质KOH被不断消耗
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应: 。?
(3)电池工作时,负极区的pH (填“增大”“减小”或“不变”,下同),正极区的pH ,电解质溶液的pH 。?
关键能力提升练
10.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是( )
A.电流由呼气所在的铂电极流出
B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C.电路中流过2
mol电子时,消耗标准状况下O2
22.4
L
D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+
11.液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )
A.b极发生氧化反应
B.a极的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O
C.放电时,电流从a极经过负载流向b极
D.其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
12.甲醇燃料电池可用于笔记本电脑、汽车、遥感通信设备等,它的一极通入甲醇,一极通入氧气;电池中含有质子交换膜,它能传导氢离子(H+)。电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是O2+4H++4e-2H2O。下列叙述不正确的是( )
A.负极的反应为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
B.电池的总反应是2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.电池工作时,H+由正极移向负极
D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路流入通氧气的一极
13.热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为:
PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb
下列说法正确的是( )
A.负极反应:Ca+2Cl--2e-CaCl2
B.放电过程中,Li+向钙电极移动
C.正极反应物为LiCl
D.常温时,在正负极间接上检流计,指针会偏转
14.锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,电池反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法正确的是( )
A.放电时,电解质溶液中K+向负极移动
B.放电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大
C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
D.放电时,电路中通过2
mol电子,消耗氧气22.4
L(标准状况)
15.某蓄电池放电、充电时的反应为:
Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2
下列推断中正确的是( )
①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极 ②放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2 ③放电时,Ni2O3在正极反应 ④蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
16.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如右。下列说法错误的是( )
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每通过4
mol电子,在正极消耗44.8
L
H2S
D.每17
g
H2S参与反应,有1
mol
H+经质子膜进入正极区
17.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。
(1)放电时负极反应为 。?
(2)放电时K2FeO4发生 (填“氧化”或“还原”)反应。?
(3)放电时电子由 (填“正”或“负”,下同)极流向 极。?
(4)放电时1
mol
K2FeO4发生反应,转移电子数是 。?
学科素养拔高练
18.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作为电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题:
(1)Pt(a)电极是电池的 极,电极反应为 ;Pt(b)电极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为 。?
(2)电池的总反应为 。?
(3)如果该电池工作时电路中通过2
mol电子,则消耗的CH3OH有
mol。?
(4)使用该燃料电池的另一个好处是 。?
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