通用版高考化学一轮复习课时突破练27　原电池和化学电源

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通用版高考化学一轮复习
课时突破练27　原电池和化学电源
必备知识基础练
1.(2024·湖北黄冈调研)某同学为研究原电池原理,设计了如图所示的两种装置,溶液A、溶液B均为硫酸盐溶液,闭合开关K1、K2后,装置①和装置②中小灯泡均可以发光。
下列有关说法错误的是(　　)
A.断开开关K1前后,装置①中负极质量均减小
B.溶液A为CuSO4溶液,溶液B为ZnSO4溶液
C.消耗相同质量的金属Zn,装置②产生的电能比装置①更多
D.装置②溶液A中生成ZnCl2,溶液B中生成K2SO4
2.(2024·广东东莞中学等六校联考)1800年意大利科学家伏打发明了世界上第一个发电器——伏打电堆,开创了电学发展的新时代。目前最先进电池之一的“刀片电池”在结构上仍能看到伏打电堆的影子。下列说法不正确的是(　　)
A.放电过程中,电流从b极经过导线流向a极
B.电池单元组越多电压越大
C.食盐水中Cl-发生电极反应:2Cl--2e-Cl2↑
D.放电过程中,Na+从Zn片移向Cu片
3.(2024·湖南益阳三模)为探究AgNO3与KI溶液能否发生氧化还原反应,设计了如图装置。闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出。下列说法正确的是(　　)
A.Y电极为阴极
B.右侧烧杯中N经盐桥移向左侧烧杯
C.闭合K后右侧烧杯中溶液pH不断升高
D.若将X电极换成Ag,实验现象不变
4.(2024·辽宁十校联合体联考)全固态锂电池以比容量高、安全、轻便等优势成为电动汽车的理想电池。近期,研究者以硅和石墨为基体,分别负载Li和S作为电池电极,以Li3PS4为固体电解质进行充放电实验,发现该Li-S电池具有高离子电导率。该电池的装置如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.Li和S无需基体负载,也能正常放电产生电流
B.充电时,阴极电极反应式为Li++e-Li
C.放电时,Li+从S电极经Li3PS4固体电解质迁移到Li电极
D.用该电池电解饱和食盐水时,若生成22.4 L H2,则需要消耗14 g Li
5.(2024·陕西汉中第一次质检)一种电化学催化制甲酸盐的装置如图。下列说法错误的是(　　)
A.充电时,Zn电极作阴极
B.充电时,阳极放出氧气
C.放电时,OH-向Zn电极移动
D.放电时,正极的电极反应式为CO2+e-+H2OHCOO-+OH-
6.(2024·辽宁沈阳一模)星恒电源发布“超钠F1”开启钠电在电动车上产业化元年。该二次电池的电极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)和NaxCy(嵌钠硬碳)。下列说法中错误的是(　　)
A.放电时,左边电极电势高
B.放电时,负极的电极反应式可表示为Nax+1Cy-e-NaxCy+Na+
C.充电时,电路中每转移1 mol电子,阳极质量增加23 g
D.比能量:锂离子电池高于钠离子电池
7.(2024·江西新余二模)以和N,N-二蒽醌-花酰二亚胺(PTCDI-DAQ)作电极的新型有机钾离子电池的综合性能达到了世界领先水平,该电池的工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A.放电时,b极为负极
B.放电时,a极电极反应式为-2e-
C.充电时,K+由a极移向b极
D.充电时,a极与电源正极相连
关键能力提升练
8.(2024·河北沧州一模)我国科学家研发了一种可逆电池装置,充电时该装置可吸收CO2合成甲酸,其具体工作原理如图所示。已知将阴离子、阳离子复合组成双极膜,双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是(　　)
A.L膜是阴离子交换膜,P膜是阳离子交换膜
B.充电时,N电极上发生的电极反应为CO2+2e-+2H+HCOOH
C.放电时,电子由a流向电源的M极
D.充电时,外电路中每通过1 mol电子,理论上复合膜层间有0.5 mol H2O解离
9.(2024·辽宁辽阳二模)香港城市大学、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳大学合作,证明了TiO2纳米片在碱性条件下具有本征差的析氢活性,展现出快速选择性地将N还原为NH3的催化性能。下列有关装置放电过程(如图所示)的叙述错误的是(　　)
A.电子由a极经用电器流向b极
B.a极为负极,b极发生还原反应
C.b极上的电极反应为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-
D.a极质量减少2.60 g时,双极膜中有0.08 mol H+向a极区迁移
10.(2024·辽宁丹东二模)LiPON薄膜锂离子电池是目前研究最广泛的全固态薄膜锂离子电池。下图为其工作原理示意图,LiPON薄膜只允许Li+通过,电池反应为LixSi+Li1-xCoO2Si+LiCoO2。下列有关说法正确的是(　　)
A.导电介质c为含Li+的盐溶液
B.放电时,当电路中通过0.3 mol电子时,b极薄膜质量增加2.1 g
C.充电时,阳极发生的电极反应为xLi++xe-+SiLixSi
D.LiPON薄膜在充放电过程中参与了电极反应,质量发生变化
11.(2024·山东济南一模)我国科学家发现,利用如下装置可以将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质,已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H+和OH-。下列说法错误的是(　　)
A.电极电势:MB.M极电极反应式为B2H6+14OH--12e-2B+10H2O
C.工作一段时间后,装置中需要定期补充H2SO4和NaOH
D.制取0.2 mol邻苯二酚类物质时,理论上有0.8 mol OH-透过膜a
12.(1)(2024·江苏卷节选)在AgCl沉淀中埋入铁圈并压实,加入足量0.5 mol·L-1盐酸后静置,充分反应得到Ag。
①铁将AgCl转化为单质Ag的化学方程式为 　。
②不与铁圈直接接触的AgCl也能转化为Ag的原因是 　。
(2)(2023·天津卷节选)研究人员将氢氧化钠溶液加入反应容器,随后加入锌粉,加热。一段时间后反应完全,停止加热,锌粉仍有剩余,向反应所得溶液中加入一块铜片,并接触剩余的锌,铜片表面出现银白色金属,并伴随少量气体产生。
已知:Zn+2NaOH+2H2ONa2[Zn(OH)4]+H2↑;Na2[Zn(OH)4]2Na++[Zn(OH)4]2-。
写出实验中构成的原电池正、负极电极反应式。
①负极:　 ;
②正极:　 、 　 。
(3)(2022·广东卷节选)Pt3Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O2的还原,发生的电极反应为 　。
(4)(2021·河北卷节选)我国科学家研究Li-CO2电池,取得了重大科研成果。
①Li-CO2电池中,Li为单质锂片,则该电池中的CO2在　　　　(填“正”或“负”)极发生电化学反应。
②CO2在碱性介质中电还原为正丙醇(CH3CH2CH2OH)的电极反应为 　。
参考答案
1.B　解析 闭合开关K1时构成原电池,Zn电极质量减小,断开开关K1后,装置①仍然发生置换反应,Zn电极表面产生铜单质,质量减小,A正确。若溶液A为CuSO4溶液,溶液B为ZnSO4溶液,闭合开关K2不能构成原电池,小灯泡不能发光,B错误。装置②中,Zn无法与Cu2+接触,化学能转化成电能的效率更高,C正确。负极单质锌失去电子生成锌离子,正极铜离子得到电子生成单质铜,盐桥中Cl-向负极移动,K+向正极移动,故装置②溶液A中生成ZnCl2,溶液B中生成K2SO4,D正确。
2.C　解析 由图可知,该电池是原电池,Zn比Cu活泼,所以Zn作负极,Cu作正极,电流由正极b极经过导线流向负极a极,A正确。电池单元组越多,电势差越大,电压越大,B正确。Zn为活泼金属,Zn失去电子产生Zn2+进入食盐水中,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,C不正确。放电过程中,阳离子Na+从负极Zn片移向正极Cu片,D正确。
3.C　解析 根据题目信息和装置可知,该装置为原电池,闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出,则Y电极是正极,生成银单质,X电极是负极,A错误。原电池电解质溶液中的阴离子向负极移动,盐桥中的N向左侧烧杯移动,K+向右侧烧杯移动,右侧烧杯中N浓度基本不变,B错误。闭合K后右侧烧杯中银离子得电子生成银单质,银离子浓度下降,溶液pH会升高,C正确。X电极发生2I--2e-I2,左侧烧杯会显蓝色,若将X电极换成Ag,X电极是负极,Ag-e-+I-AgI左侧烧杯中会产生黄色沉淀,溶液不变蓝,实验现象改变,D错误。
4.B　解析 硅和石墨为基体,分别负载Li和S作为电池电极,硫不导电,所以需用石墨为载体,A错误。充电时,Li电极为阴极,阴极电极反应式为Li++e-Li,B正确。放电时,Li为负极、S为正极,阳离子由负极向正极移动,Li+从Li电极经Li3PS4固体电解质迁移到S电极,C错误。没有明确是否为标准状况,22.4 L H2的物质的量不一定是1 mol,所以消耗Li的质量不一定是14 g,D错误。
5.D　解析 由图中电子流向可知,充电时Zn电极为阴极,阴极电极反应为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-,阳极电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,放电时,锌失电子生成[Zn(OH)4]2-,负极电极反应为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,正极上CO2得电子生成HCOO-,正极电极反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,A、B正确,D错误。放电时,Zn电极为负极,原电池中阴离子向负极移动,则OH-向Zn电极移动,C正确。
6.C　解析 根据图示,放电时,嵌钠硬碳NaxCy中的Na失去电子产生Na+,故NaxCy为负极。放电时,左边电极为正极,电极电势高,A正确。放电时,负极的电极反应式可表示为Nax+1Cy-e-NaxCy+Na+,B正确。充电时,阳极反应式为Na2Mn[Fe(CN)6]-2e-2Na++Mn[Fe(CN)6],电路中每转移1 mol电子,阳极质量减少23 g,C错误。比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小,Li、Na原子正常状态下反应时均失去1个电子,但Li的相对原子质量小于Na的,故锂离子电池的比能量高于钠离子电池的,D正确。
7.B　解析 根据该电池的工作原理图可得,放电时,a极为原电池的负极,发生氧化反应,b极为原电池的正极,发生还原反应,A错误。放电时,a极为负极,发生氧化反应:-2e-,B正确。充电时,a极为阴极,b极为阳极,阳离子(K+)由阳极(b极)移向阴极(a极),C错误。充电时,a极为阴极,连接电源负极,D错误。
8.D　解析 由题干信息可知,充电时该装置可吸收CO2合成甲酸,即N极将CO2转化为HCOOH,发生还原反应,则N极为阴极,电极反应为CO2+2H++2e-HCOOH,此时M极为阳极,发生氧化反应,电极反应为[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,电源a为正极,b为负极,阳离子由阳极区移向阴极区,即P膜为阳离子交换膜,L膜为阴离子交换膜,A正确。充电时,N电极上发生的电极反应为CO2+2e-+2H+HCOOH,B正确。放电时,N为负极,M为正极,a为阳极,b为阴极,故电子由N流向b,再由a流向M极,C正确。复合膜中H2OH++OH-,由于电子所带电荷数与H+或OH-所带电荷数相等,则外电路中每通过1 mol电子,通过P膜的H+或L膜的OH-的物质的量均为1 mol,即充电时,外电路中每通过1 mol电子,复合膜层间有1 mol H2O解离,D错误。
9.D　解析 根据题干信息,TiO2纳米片在碱性条件下可快速选择性地将N还原为NH3,可知b极为正极,a极为负极。放电时,电子由负极(a极)经用电器流向正极(b极),A正确。a极为负极,b极为正极,b极上N发生还原反应,B正确。b极上N发生还原反应转化成NH3,电极反应式为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-,C正确。a极电极反应式为Zn-2e-Zn2+,a极减少的Zn的物质的量为=0.04 mol,电路中通过电子的物质的量为0.08 mol,b极电极反应式为N+8e-+6H2ONH3↑+9OH-,双极膜中有0.08 mol OH-向a极区迁移,D错误。
10.B　解析 锂为活泼金属,会与溶液中的水反应,故不能为含Li+的盐溶液,A错误。放电时,电极b为正极,电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe-LiCoO2,当电路中通过0.3 mol电子时,b极薄膜质量增加0.3 mol×7 g·mol-1=2.1 g,B正确。充电时,电极b为阳极,电极反应式为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+,C错误。LiPON薄膜在充放电过程中仅仅起到允许Li+通过、形成闭合回路的作用,并未参与电极反应,故其质量不发生变化,D错误。
11.C　解析 该装置为原电池装置,M电极作负极,B2H6在该极失电子发生氧化反应,电极反应式为B2H6+14OH--12e-2B+10H2O;N电极作正极,该极上邻苯二醌类物质得电子转化为邻苯二酚类物质。双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,H+通过膜b移向正极N,膜b为阳离子交换膜;OH-通过膜a移向负极M,膜a为阴离子交换膜。M电极为负极,N电极为正极,电流从正极流向负极,从高电势流向低电势,故电极电势:M12.答案 (1)①Fe+2AgClFeCl2+2Ag
②形成以Fe为负极,AgCl为正极,盐酸为电解质溶液的原电池,正极AgCl得到电子,电极反应式为AgCl+e-Ag+Cl-,生成Ag
(2)①Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-
②[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-　2H2O+2e-2OH-+H2↑
(3)O2+2H2O+4e-4OH-
(4)①正　②12CO2+4H2O+18e-CH3CH2CH2OH+9C
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