专题3 原电池原理及其应用
题组1 原电池工作原理
1.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
2.已知①②③④金属片两两相连浸入稀硫酸
( http: / / www.21cnjy.com )中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A.①③②④
B.①③④②
C.③④②①
D.③①②④
3.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是( )
A.由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池,负极反应式为Al-3e-===Al3+
B.由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池,负极反应式为Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-
C.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池,负极反应式为Cu-2e-===Cu2+
D.由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池,负极反应式为Cu-2e-===Cu2+
4.根据下列事实:①X+Y2+===X2+
( http: / / www.21cnjy.com )+Y ②Z+2H2O(冷)===Z(OH)2+H2↑ ③Z2+的氧化性比X2+的弱 ④由Y、W电极组成的原电池,电极反应分别为W2++2e-===W、Y-2e-===Y2+,由此可判断X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A.X>Z>Y>W
B.Z>W>X>Y
C.Z>Y>X>W
D.Z>X>Y>W
题组2 常见的化学电源
5.有人设计出利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧,则下列说法正确的是( )
①在标准状况下,每消耗5.6LCH4可以向
( http: / / www.21cnjy.com )外电路提供2mole- ②通过甲烷电极的电极反应式为CH4+10OH--8e-===CO+7H2O ③通过甲烷的电极为电池的正极,通过氧气的电极为负极 ④电池放电后,溶液pH不断升高
A.①②B.①③C.①④D.③④
6.纽扣电池可作为计算器、
( http: / / www.21cnjy.com )电子表等的电源。有一种纽扣电池,其电极的组成分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn+Ag2O+H2O===Zn(OH)2+2Ag。下列关于该电池的叙述不正确的是( )
A.电池工作时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极,Zn是负极
B.电池工作时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极,Ag2O是负极
C.正极的电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-
D.Zn极发生氧化反应,Ag2O极发生还原反应
7.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的
( http: / / www.21cnjy.com )总反应为Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2+2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为Fe
B.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-===Fe(OH)2
C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低
D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O
8.某固体氧化物燃料电池(SOFC
( http: / / www.21cnjy.com ))以固体氧化物作为电解质,其中O2-可以在其内部自由通过,其工作原理如图所示。下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是( )
A.电极b为电池负极,电极反应式为O2+4e-===2O2-
B.固体氧化物的作用是让电子在电池内通过
C.若H2作为燃料气,则接触面上发生的反应为H2+2OH--4e-===2H++H2O
D.若C2H4作为燃料气,则接触面上发生的反应为C2H4+6O2--12e-===2CO2+2H2O
题组3 陌生电池剖析
9.研究人员最近发现了一种“水”电
( http: / / www.21cnjy.com )池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是( )
A.正极反应式:Ag+Cl--e-===AgCl
B.每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.AgCl是还原产物
10.最近,科学家研制出一种纸质电池,这种“
( http: / / www.21cnjy.com )软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌,在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnO(OH)。下列说法正确的是( )
A.该电池Zn为负极,ZnO为正极,MnO2为催化剂
B.该电池的负极反应为MnO2+e-+H2O===MnO(OH)+OH-
C.导电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
D.电池工作时水分子和OH-都能通过薄层纸片
11.人工光合作用能够借助
( http: / / www.21cnjy.com )太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图,下列说法不正确的是( )
A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B.催化剂a表面发生氧化反应,有O2产生
C.催化剂a附近酸性减弱,催化剂b附近酸性增强
D.催化剂b表面的反应是CO2+2H++2e-===HCOOH
12.研究人员研制出一种
( http: / / www.21cnjy.com )锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )
A.水既是氧化剂又是溶剂
B.放电时正极上有氢气生成
C.放电时OH-向正极移动
D.总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
题组4 综合应用
13.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
14.某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作
( http: / / www.21cnjy.com )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。下列说法正确的是( )
A.负极的电极反应式为CO+O2--2e-===CO2
B.工作时电子由电极b通过传感器流向电极a
C.工作时电极b作正极,O2-由电极a流向电极b
D.传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量越低
15.Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是________。电池工作时,电子流向________(填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是
________________________________________________________________________。
欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的________(填代号)。
a.NaOH
b.Zn
c.Fe
d.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是________________________。
若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为________________。
16.锂—空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量,因此它是最有前途的电池技术。下图是锂—空气电池放电和充电时的工作示意图。
(1)图Ⅰ中电极a是________极。
(2)用锂—空气电池电解100mL0.5mol·L-1CuSO4溶液,当电池中消耗1.4gLi时,在阴极会析出________g铜。
(3)电池中间的固体电解质(含阳离
( http: / / www.21cnjy.com )子交换膜)还能阻止H2O、N2、O2等物质通过,防止Li和这些物质反应。Li和水在常温下发生反应的化学方程式为______________________。
(4)当给图Ⅱ中的锂—空气电池充电时,d
( http: / / www.21cnjy.com )极应接电源的________极,该电极的电极反应式为____________________________________。
答案精析
1.B [②中Mg不与NaOH溶液反
( http: / / www.21cnjy.com )应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓HNO3反应失去电子作负极,A、C错;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-===2AlO+4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,D错。]
2.B 3.C
4.D [由题意知:①中发生置换反应,
( http: / / www.21cnjy.com )说明还原性:X>Y,②中Z与H2O(冷)反应,说明Z的还原性很强,③中Z2+的氧化性比X2+的弱,说明还原性:Z>X,④中Y、W构成的原电池中,Y发生氧化反应,Y为负极,说明还原性:Y>W,故X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为Z>X>Y>W。]
5.A [①5.6
L为0.2
( http: / / www.21cnjy.com )5
mol,故转移电子的物质的量为0.25
mol×8=2
mol,正确;②电极反应式正确;③通过甲烷的一极为负极,氧气一极是正极,错误;④CH4+2O2===CO2+2H2O,产生的二氧化碳被碱液吸收,消耗碱,pH降低,错误。]
6.B [由电池总反应可以看出,Zn为
( http: / / www.21cnjy.com )负极,Ag2O为正极,电池工作时电子由负极Zn经外电路流向正极Ag2O,A项正确,B项错误;负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,C、D项正确。]
7.C [电池放电时,Fe为负极,电极反应
( http: / / www.21cnjy.com )式为Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2,Ni2O3为正极,电极反应式为Ni2O3+3H2O+2e-===2Ni(OH)2+2OH-,故A、B正确;电池充电时,阴极反应为Fe(OH)2+2e-===Fe+2OH-,阴极附近[OH-]增大,pH升高,故C错;阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-===Ni2O3+3H2O,D项正确。]
8.D [A项电极b上通入的
( http: / / www.21cnjy.com )空气或氧气,是得电子的物质,故b应为电池的正极;B项,电子无法通过电解质溶液(即电子只能通过外电路);C项,由于该固体氧化物燃料电池中没有H2O,更没有H+和OH-,H2失电子后,与O2-结合起来生成H2O,电极反应式应为H2+O2--2e-===H2O;D项,C2H4作为燃料气,失去电子后,再与O2-结合,会生成CO2和H2O两种物质。即:C2H4+6O2--12e-===2CO2+2H2O。]
9.B [本题综合考查原电池和氧化还原
( http: / / www.21cnjy.com )反应的相关知识。正极应该得电子,因此A错;原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动,C错;Ag是反应的还原剂,因此AgCl是氧化产物,D错。]
10.D [根据反应,从化合价升降分析
( http: / / www.21cnjy.com ),Zn是负极,MnO2应为正极,A错;正极的电极反应为MnO2+e-+H2O===MnO(OH)+OH-,B错;原电池内部是因为自由移动的离子导电,C错;根据电池反应及电极反应的特点,D正确。]
11.C [题中没有外加电源,应是原电池
( http: / / www.21cnjy.com )装置,由给出的反应物和生成物得出电池反应为2CO2+2H2O===2HCOOH+O2,再根据电子从a流向b,a为负极,电极反应式:2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于产生H+,其附近酸性增强;b是正极,电极反应式:CO2+2H++2e-===HCOOH,由于消耗H+,其附近酸性减弱。]
12.C [本题考查了原电池中的电极反应、溶
( http: / / www.21cnjy.com )液中离子的移动方向等原理问题,旨在考查学生对原电池原理的理解能力。根据题给信息锂水电池的反应方程式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,D正确;在反应中氢元素化合价降低,因此H2O作氧化剂,同时又起到溶剂的作用,A项正确;放电时正极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B项正确;溶液中的Li+向正极移动,OH-向负极移动,C项错误。]
13.C [A项,由锌的活泼性大于铜
( http: / / www.21cnjy.com ),可知铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c(SO)不变,错误;C项,在乙池中Cu2++2e-===Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,由于M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,正确;D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2+通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。]
14.A [本题考查燃料电池,多孔电极
( http: / / www.21cnjy.com )a为负极,电极反应式为CO-2e-+O2-===CO2,多孔电极b为正极,电极反应式为O2+4e-===2O2-,工作时,电子由负极a流向正极b,故B错;O2-由电极b流向电极a,故C错;传感器中通过的电流越大,尾气中CO的含量就越高,故D错。]
15.(1)Zn(或锌) 正极 (2)锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b (3)2H++2e-===H2↑ 87
g
16.(1)负 (2)3.2 (3)2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
(4)正 4OH--4e-===2H2O+O2↑