第1章第2节化学能转化为电能——电池同步练习 （含解析）2022-2023学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

第1章第2节化学能转化为电能——电池同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．锂空气电池因其比能量非常高，具有广阔应用前景。下图是一种锂空气电池的工作示意图，下列分析正确的是
A．放电时，a电极的反应式为
B．有机电解液可换成水溶液
C．转移4mol电子，b电极消耗22.4L的氧气
D．放电时，电流从a电极经外电路流回b电极
2．我国科研工作者发明了一种高性能的水系锰基锌电池[]，电池工作示意图如图，该电池工作一段时间后，的浓度增大。下列说法正确的是
A．电极X的材料为Zn
B．膜a、b分别为阳、阴离于交换膜
C．正极反应式为
D．当的物质的量增大0.1mol时，电路中转移0.4mol电子
3．下列原电池装置图示中电子或离子流向、正极或负极等标注不正确的是
A B C D
铅蓄电池 锌银纽扣电池 燃料电池 锌铜原电池
A．A B．B C．C D．D
4．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为
A．H2＋2OH--2e-=2H2O B．O2＋4H＋＋4e-=2H2O
C．H2-2e-=2H＋ D．O2＋2H2O＋4e-=4OH-
5．下列电池不属于二次电池的是
A B C D
手机用锂电池 电动汽车用电池 铅酸蓄电池 锌锰干电池
A．A B．B C．C D．D
6．一种酸性生物燃料电池应用的原理如图所示，下列说法错误的是
A．Ca2+、Mg2+透过离子交换膜X移向a极
B．负极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+
C．1molC6H12O6转化为CO2，迁移到正极区的离子总数为12NA
D．该装置可用于硬水软化，同时还可产生电能
7．碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法正确的是
A．Zn为正极，MnO2为负极
B．该电池为二次电池
C．负极的电极反应式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
D．工作时电子由MnO2经外电路流向
8．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是
A．
B．
C．
D．
9．某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法不正确的是
A．工作时电极b作正极，O2-由电极b流向电极a
B．负极的电极反应式为：
C．当传感器中通过2×10-3mol电子时，通过的尾气中含有2.24mLCO
D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高
10．美国《时代周刊》将氢燃料电池评为21世纪对人类生活具有重大影响的技术之一、培根电池是一种碱性的氢氧燃料电池，已经应用在“阿波罗六号”太空船上。将多个培根电池组合为电池组，向外供电，电池组工作稳定后，它的电动势和内阻基本保持不变。电池所产生的水可以作为饮用水，今欲得常温下水1L，则电池内电子转移的物质的量约为
A．8.9×10-3 mol B．4.5×10-2 mol
C．1.1×102 mol D．5.6×10 mol
11．用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。下列现象或结论的叙述正确的是
选项 电极a 电极b A溶液 B溶液 现象或结论
A Cu Zn CuSO4 ZnSO4 一段时间后，a增加的质量与b减少的质量相等
B Cu Zn 稀H2SO4 ZnSO4 盐桥中阳离子向b极移动
C Fe C NaCl FeCl3 外电路电子转移方向：b→a
D C C FeCl3 KI、淀粉混合液 若开始时只增大FeCl3溶液浓度，b极附近溶液变蓝的速度加快
A．A B．B C．C D．D
12．有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2++2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为
A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥E
C．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E
13．银锌纽扣电池的电池反应式为：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是
A．锌作负极，失去电子
B．正极为Ag2O，发生还原反应
C．电池工作时，电子从Ag2O经导线流向Zn
D．正极的电极方程式为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
14．新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是能源汽车关键部件之一，电池工作时的总反应为LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6。充放电时，Li+在正极材料上脱嵌或嵌入，随之在石墨中发生了LixC6的生成与解离。放电工作原理如图所示，下列说法错误的是
A．电池工作时，负极材料质量减少0.7 g，转移0.1 mol电子
B．放电时负极反应为LixC6-xe-=6C+xLi+
C．放电时，Li+通过隔膜移向负极，电子由电极a沿导线流向电极b
D．充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接
15．某燃料电池以乙醇为燃料，空气为氧化剂，强碱溶液为电解质组成，有关该电池的说法正确的是
A．放电时正极发生氧化反应
B．放电一段时间后，正极附近溶液的pH减小
C．放电时负极电极反应为：
D．消耗0.2mol乙醇，有1.2mol转移
二、填空题
16．由锌片、铜片和200mL稀硫酸组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应是_______，正极反应是_______。
(2)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，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)。
17．一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意图如下。
请回答下列有关该电池的问题：
(1)反应，每消耗1mol 理论上转移的电子数目为_______。
(2)电池工作时，向电极_______(填“A”或“B”)移动。
(3)电极A上参与的电极反应为_______。
(4)电极B上发生的电极反应为_______。
三、实验题
18．高铁酸钾不仅是一种理想的水处理剂，还用于研制高铁电池。如图所示是高铁电池的模拟实验装置，该电池的总反应为。
回答下列问题：
(1)该电池放电时正极的电极反应式为___________________。放电过程中负极附近溶液的______(填“增大”“减小”或“不变”)。盐桥中盛有饱和溶液，此盐桥中的向_____(填“左”或“右”)移动；电子移动方向由______(填“C到“”或“到“C”)。当消耗质量为______g的时，放电过程中转移电子数为。
(2)图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有__________________。
(3)高铁酸钾是一种理想的水处理剂的原因是___________________________。
19．用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3-）已成为环境修复研究的热点之一。
（1）Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________。
（2）将足量铁粉投入水体中，经24小时测定NO3—的去除率和pH，结果如下：
初始pH pH=2.5 pH=4.5
NO3—的去除率 接近100% ＜50%
24小时pH 接近中性 接近中性
铁的最终物质形态
pH=4.5时，NO3-的去除率低。其原因是________。
（3）实验发现：在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时，补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3-的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设：
Ⅰ. Fe2+直接还原NO3-；
Ⅱ. Fe2+破坏FeO（OH）氧化层。
①做对比实验，结果如右图所示，可得到的结论是_______。
②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO（OH）反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式，解释加入Fe2+提高NO3-去除率的原因：______。
pH =4.5（其他条件相同）
（4）其他条件与（2）相同，经1小时测定NO3-的去除率和pH，结果如下：
初始pH pH=2.5 pH=4.5
NO3—的去除率 约10% 约3%
1小时pH 接近中性 接近中性
与（2）中数据对比，解释（2）中初始pH不同时，NO3—去除率和铁的最终物质形态不同的原因：__________。
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参考答案：
1．A
【分析】结合图示装置，Li失去电子为负极，则a为负极，b为正极，据此判断。
【详解】A．放电时，图中负极为Li，根据电解液传导离子为锂离子，故电极反应为：Li-e-=Li+，A正确；
B．Li和水反应，不能把有机电解液换成水溶液，B错误；
C．气体未说明存在状态，无法计算，C错误；
D．a为负极，b为正极，放电时，电流从b电极经外电路流回a电极，D错误；
故选A。
2．C
【详解】A．由图中电子流动方向可知电极Y为负极，材料为Zn，电极X为正极，材料为，故A错误；
B．一段时间后，的浓度增大说明程a、b分别为阴、阳离子交换膜，故B错误；
C．根据总反应，锰化合价降低，则正极反应式为，故C正确；
D．的物质的量增大0.1m时，电路中转移0.2ml电子，故D错误。
综上所述，答案为C。
3．C
【详解】A．铅蓄电池中二氧化铅作正极，铅作负极，标注正确，故A不符合题意;
B．锌银纽扣电池中锌作负极，氧化银作正极，标注正确，故B不符合题意；
C．氢氧燃料电池中氢气作负极，是电子流出极，溶液中氢离子通过质子交换膜从左向右移动，标注错误，故C符合题意；
D．锌铜原电池中锌作负极，铜作正极，钾离子向正极即向左移动，标注正确，故D不符合题意；
故答案选C。
4．C
【详解】根据题给信息，该燃料电池的总反应为2H2＋O2=2H2O。
A．电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH-，选项A错误；
B．因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，选项B错误；
C．燃料电池中负极通入氢气，氢气失电子产生H+，电极反应式为H2-2e-=2H＋，选项C正确；
D．电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH-，选项D错误；
答案选C。
5．D
【详解】A．手机用锂电池，可充电，属于二次电池，故A不选；
B．电动汽车用电池，可充电，属于二次电池，故B不选；
C．铅酸蓄电池，可充电，属于二次电池，故C不选；
D．锌锰干电池不可充电，属于一次电池，故D选；
故选D。
6．A
【分析】根据电子流向可知，a为负极、b为正极；
【详解】A．原电池中阳离子向正极移动，则Ca2+、Mg2+透过离子交换膜Y移向b极，A错误；
B．负极中C6H12O6得到电子发生氧化反应生成二氧化碳，反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+，B正确；
C．由B电极式可知，1molC6H12O6转化为CO2，则会有24mol氯离子迁移到负极区；钙离子、镁离子均带2个单位正电荷，根据电荷守恒可知，迁移到正极区的离子总数为12NA，C正确；
D．该装置为化学能转化为电能的装置，且得到软水，故可用于硬水软化，同时还可产生电能，D正确；
故选A。
7．C
【详解】A．碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，Zn的化合价升高，失去电子，被氧化，则Zn为负极，Mn元素的化合价降低，得到电子，被还原，MnO2为正极，故A错误；
B．碱性锌锰电池为一次电池，故B错误；
C．Zn为负极，Zn失去电子转化为Zn(OH)2，负极的电极反应式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故C正确；
D．Zn为负极，MnO2为正极，原电池中电子从负极经导线流向正极，则工作时电子由经外电路流向MnO2，故D错误；
故选C。
8．C
【详解】该燃料电池的总反应为2CH3OH＋3O2=4H2O＋2CO2①
正极反应为O2＋4H＋＋4e-=2H2O②
①-②×3得：2CH3OH＋2H2O-12e-=2CO2＋12H＋，即CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H＋。故C正确；
故选：C。
9．C
【分析】该电池为燃料电池，燃料为负极，空气为正极。
【详解】A．b为正极，阴离子向负极移动，正确；
B．负极发生氧化反应，正确；
C．通过2×10-3mol电子时，反应的CO为0.001mol，在标准状况下，体积为2.24mL，错误；
D．CO含量高，转移电子多，电流大，正确。
故选C。
10．C
【详解】负极：2H2-4e-＋4OH-=4H2O 正极：O2＋4e-＋2H2O=4OH-。所以产生2 mol水，转移4 mol电子。制得1 L水转移电子数为×2=1.1×102 mol。故C正确；
故选：C。
11．D
【分析】原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。
【详解】A．电极b的电极反应为Zn-2e-=Zn2＋，电极a的电极反应为Cu2＋＋2e-=Cu，所以一段时间后，a增加的质量小于b减少的质量，A错误；
B．由于b极上锌失电子为负极，盐桥中阴离子向b极移动，B错误；
C．Fe做负极，C做正极，外电路电子转移方向：a→b，C错误；
D．I-失去电子生成I2，淀粉溶液遇碘变蓝色，则b极附近溶液变蓝，若开始时增大FeCl3溶液浓度，反应速率加快，则b极附近溶液变蓝的速度加快，D正确；
故选D。
12．D
【详解】当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A＞B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D＞A；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B＞E，综上所述，金属活泼性为D＞A＞B＞E，故答案为：D。
13．C
【分析】该原电池Zn+Ag2O+H2O= Zn(OH)2+2Ag中，负极反应为Zn+2OH--2e-= Zn(OH)2、正极反应为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，电子由负极流向正极，以此来解答。
【详解】A．Zn失电子发生氧化反应而作负极，故A正确；
B．正极上Ag2O得电子发生还原反应，故B正确；
C．原电池中电子从负极沿导线流向正极，该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极，所以放电时电子从Zn经导线流向Ag2O极，故C错误；
D．正极上Ag2O得电子，正极反应为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，故D正确；
故选：C。
14．C
【分析】二次电池放电时是原电池，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，内电路中阴离子移向负极、阳离子移向正极，由图知，Li+向右侧区域移动，则电极b为原电池的正极、电极a为负极，据此回答。
【详解】A．由题干中电池反应式、结合图示可知：放电时负极反应为：LixC6-xe-=6C+xLi+，则电池工作时，负极材料质量减少0.7 g，即产生0.1molLi+、转移0.1 mol电子，A正确；
B．由题干中电池反应式、结合图示可知：放电时负极反应为：LixC6-xe-=6C+xLi+，B正确；
C．在原电池中阳离子向正极移动，C错误；
D．据分析，放电时电极b为原电池的正极、电极a为负极，则充电时，电极a为阴极、与电源负极连接，电极b为阳极与电源正极连接，D正确；
故选C。
15．C
【分析】由题意可知，乙醇燃料电池中通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e－+2H2O=4OH－。
【详解】
A．由分析可知，放电时，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，A错误；
B．由分析可知，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近溶液的氢氧根离子浓度增大，溶液碱性增强，B错误；
C．由分析可知，放电时，通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，C正确；
D．由分析可知，放电时，通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，由电极反应式可知，消耗0.2 mol乙醇，转移电子的物质的量为2.4mol，D错误；
故选C。
16．(1) Zn-2e-=Zn2＋ 2H＋＋2e-=H2↑
(2)由Cu极流向Zn极
(3) 4.875 9.03×1022 0.75 mol·L-1
【分析】由题干图示信息可知，Zn电极是负极，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，Cu电极为正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，据此分析解题：
【详解】（1）由分析可知，原电池的负极反应是Zn-2e-=Zn2+，正极反应是2H++2e-=H2↑，故答案为：Zn-2e-=Zn2+；2H++2e-=H2↑；
（2）由分析可知，Zn比Cu活泼，故Zn电极为负极，Cu电极为正极，电流的方向是由正极经导线流向负极即由Cu极流向Zn极，故答案为：由Cu极流向Zn极；
（3）产生0.075 mol H2，通过0.075×2=0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4.所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g，N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022，c(H2SO4)==0.75 mol·L-1，故答案为：4.875；9.03×1022；0.75 mol·L-1。
17．(1)6NA
(2)A
(3)
(4)
【详解】（1）CH4中的C由－4价升高到+2价，失去6个电子，则1molCH4参与反应转移6mol电子，电子数目为6NA；
（2）由题目图像可分析出A电极上CO与H2的混合气体反应后生成CO2和H2O，C、H的化合价上升，发生氧化反应，可得A电极为负极，原电池的电解池中阴离子向负极移动，故向A电极移动；
（3）根据图中信息和电解质的成分，可得A电极上CO与H2失4个电子，发生氧化反应生成CO2和H2O，电极反应式为；
（4）B电极上O2得4个电子，发生还原反应，与CO2结合生成，电极反应式为。
18． 减小 右 到C 99 使用时间长、工作电压稳定 具有强氧化性，可以杀菌消毒，且生成的胶体具有吸附性，可以吸附水中的杂质
【详解】(1)由电池总反应可知，发生还原反应，是电池正极反应物，故正极反应是；为负极，负极反应是，反应消耗，故放电时负极附近溶液的减小；原电池中，阴离子移向负极，则盐桥中的向右移动；电子经外电路由负极流向正极，即由到C。放电时，铁元素化合价由降为，故消耗的质量；故答案为：；减小；右；到C；99；
(2)比较题图中的两条曲线可知，高铁电池的放电时间长，且放电时的电压稳定；故答案为：使用时间长、工作电压稳定
(3)中的化合价为，价态高，氧化性强，有杀菌消毒效果，且生成的胶体比表面积大，具有较强的吸附能力，能吸附水中的杂质，故答案为：具有强氧化性，可以杀菌消毒，且生成的胶体具有吸附性，可以吸附水中的杂质。
19． 铁 NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O FeO(OH)不导电，阻碍电子转移 本实验条件下，Fe2+不能直接还原NO3-；在Fe和Fe2+共同作用下能提高NO3-的去除率。 Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+， Fe2+将不导电的FeO（OH）转化为可导电的Fe3O4，利于电子的转移。 初始pH低时，产生的Fe2+充足；初始pH高时，产生的Fe2+不足。
【详解】（1）①由图中物质变化分析，Fe变化为Fe3O4是被氧化过程，则铁作原电池的负极；②由硝酸根到铵根可知，硝酸根被还原为氨气，氨气在酸性环境中生成铵根，正极的电极反应式为：NO3－+8e－+10H+=NH4++3H2O；
（2）从pH对硝酸根去除率的影响来看，初始pH=4.5时去除率低，主要是因为铁离子容易水解生成FeO(OH)，同时生成的Fe3O4产率降低，且生成的FeO(OH)不导电，所以NO3-的去除率低；
（3）①从图中可以看出只加入铁粉和只加入Fe2+，NO3-的去除率都不如同时加入铁和亚铁离子的去除率高，说明不是由于亚铁离子的还原性提高了硝酸根的去除率，而是由于Fe2+破坏FeO(OH)生成了四氧化三铁；②同位素示踪法证实亚铁离子秘FeO(OH)反应生成四氧化铁，该反应离子方程式为：Fe2++2FeO(OH)=Fe3O4+2H+，加入亚铁离子之所以可以提高硝酸根离子的转化率主要因为减少了FeO(OH)的生成，生成更多的四氧化三铁，增强了导电性，另外pH较小，可以使pH增大的速度减慢，使硝酸根离子转化率增大；
（4）铁与盐酸反应，初始pH较小，氢离子浓度高，产生的亚铁离子浓度大，促使FeO(OH)转化为可导电的四氧化三铁，使反应进行的更完全；初始pH较大时，由于三价铁的水解，三价铁越容易生成FeO(OH)，产生的亚铁离子浓度高小，从而造成硝酸根离子去除率和的铁的最终物质。
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