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跟蹤檢測（十七） 原電池 化學電源 1．下列關于原電池的敘述中正確的是(　　) A．正極和負極必須是金屬 B．原電池是把化學能轉化成電能的裝置 C．原電池工作時，正極和負極上發(fā)生的都是氧化還原反應 D．鋅、銅和鹽酸構成的原電池工作時，鋅片上有6.5 g鋅溶解，正極上就有0.1 g氫氣生成 解析：選B　一般普通原電池中負極必須是金屬，正極可以是金屬或非金屬導體，A錯誤；原電池工作時，正極上發(fā)生還原反應，負極上發(fā)生氧化反應，C錯誤；鋅、銅和鹽酸構成的原電池工作時，鋅片上有6.5 g鋅溶解，正極上有0.2 g氫氣生成，D錯誤。 2.(2019廈門模擬)將反應2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設計成如圖所示的原電池。 下列說法不正確的是(　　) A．鹽橋中的K＋移向FeCl3溶液 B．反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應 C．電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài) D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負極 解析：選D　A項，甲池中石墨電極為正極，乙池中石墨電極為負極，鹽橋中陽離子向正極移動，所以向FeCl3溶液遷移，正確；B項，反應開始時，乙中I－失去電子，發(fā)生氧化反應，正確；C項，當電流計讀數(shù)為零時，說明沒有電子發(fā)生轉移，反應達到平衡，正確；D項，當加入Fe2＋，導致平衡逆向移動，則Fe2＋失去電子生成Fe3＋，甲中石墨作為負極，而乙中石墨成為正極，錯誤。 3．某同學做了如下實驗，下列說法中正確的是(　　) 裝置 現(xiàn)象 電流計指針未發(fā)生偏轉 電流計指針發(fā)生偏轉 A.加熱鐵片Ⅰ所在燒杯，電流計指針會發(fā)生偏轉 B．用KSCN溶液檢驗鐵片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判斷電池的正、負極 C．鐵片Ⅰ、Ⅲ的腐蝕速率相等 D．“電流計指針未發(fā)生偏轉”說明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ均未被腐蝕 解析：選A　溫度不同，反應速率不等，兩燒杯中存在電勢差，能夠產生電流，電流表指針會發(fā)生偏轉，故A正確；兩燒杯中溶液的濃度不同，發(fā)生離子的定向移動，產生電流，鐵失去電子發(fā)生氧化反應，生成Fe2＋，與KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，不能判斷電池的正、負極，故B錯誤；鐵片Ⅰ與鐵片Ⅱ未構成原電池，鐵片Ⅲ與鐵片Ⅳ構成了原電池，腐蝕速率一定不相等，故C錯誤；“電流計指針未發(fā)生偏轉”說明鐵片Ⅰ、鐵片Ⅱ未構成原電池，但鐵片表面均會發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯誤。 4．肼(N2H4)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。下列說法不正確的是(　　) A．該電池放電時，通入肼的一極為負極 B．電池每釋放1 mol N2轉移的電子數(shù)為4NA C．通入空氣的一極的電極反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．電池工作一段時間后，電解質溶液的pH將不變 解析：選D　該電池中肼是燃料，在負極通入，A正確；肼中氮元素的化合價是－2價，氧化產物是N2，負極反應為N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑，所以每釋放1 mol N2 轉移的電子數(shù)為4NA ，B正確；通入空氣的一極為正極，正極上O2發(fā)生還原反應，反應式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正確；電池總反應為N2H4＋O2===N2↑＋2H2O，反應生成水，溶液濃度降低，KOH溶液的pH將降低，D錯誤。 5．(2017全國卷Ⅲ)全固態(tài)鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，正極可發(fā)生反應：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4 B．電池工作時，外電路中流過0.02 mol電子，負極材料減重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高電極a的導電性 D．電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越多 解析：選D　 原電池工作時，正極發(fā)生一系列得電子的還原反應，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A項正確；該電池工作時，每轉移0.02 mol電子，負極有0.02 mol Li(質量為0.14 g)被氧化為Li＋，則負極質量減少0.14 g，B項正確；石墨烯能導電，利用石墨烯作電極，可提高電極a的導電性，C項正確；充電過程中，Li2S2的量逐漸減少，當電池充滿電時，相當于達到平衡狀態(tài)，電池中Li2S2的量趨于不變，故不是電池充電時間越長，電池中Li2S2的量越多，D項錯誤。 6.(2019武邑模擬)如圖所示為新型的甲酸/鐵離子燃料電池，具有原料安全、質子電導率高、能量密度高的特點，適合應用在規(guī)?；墓╇妶鏊?。電池外殼采用聚四氯乙烯板，石墨作電極，在M端加注甲酸鈉和氫氧化鈉的混合液，在N端加注氯化鐵和氯化鈉的混合液。下列說法錯誤的是(　　) A．放電時，N端是正極 B．M端的電極反應式為HCOO－＋OH－＋2e－===CO2↑＋H2O C．電池放電后，N端的Fe2＋通氯氣后轉化為Fe3＋，實現(xiàn)電解質溶液的循環(huán)利用 D．采用多孔納米電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，有利于擴散至催化層 解析：選B　A項，正極發(fā)生還原反應，F(xiàn)e3＋得到電子生成Fe2＋，N端是正極，正確；B項，M端的電極反應式為HCOO－＋3OH－－2e－===CO＋2H2O，錯誤；C項，電池放電后，N端的Fe2＋通氯氣后，氯氣具有氧化性能氧化Fe2＋轉化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋在正極得到電子發(fā)生還原反應，實現(xiàn)電解質溶液的循環(huán)利用，正確；D項，反應物接觸面積越大，反應速率越快，所以采用多孔電極的目的是提高電極與電解質溶液的接觸面積，并有利于氧氣擴散至電極表面，從而提高反應速率，正確。 7.硼化釩(VB2)—空氣電池是目前儲電能力最強的電池，電池結構示意圖如圖，該電池工作時總反應為4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列說法正確的是(　　) A．電極a為電池負極，發(fā)生還原反應 B．每消耗1 mol VB2轉移6 mol電子 C．電池工作時，OH－向電極a移動 D．VB2極發(fā)生的電極反應式為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O 解析：選D　由題圖可知，空氣通入電極a，顯然電極a為正極，發(fā)生還原反應，A錯誤；4 mol VB2發(fā)生反應時消耗11 mol O2，同時轉移44 mol電子，故消耗1 mol VB2時轉移11 mol電子，B錯誤；電池工作時，陰離子(OH－)向負極(VB2極)移動，C錯誤；正極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，用總反應式減去正極反應式的11倍即得負極反應式，故VB2在負極上發(fā)生氧化反應，電極反應式為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D正確。 8.近年來AIST報告正在研制一種“高容量、低成本”鋰—銅空氣燃料電池，該電池通過一種復雜的銅腐蝕“現(xiàn)象”產生電力，其中放電過程為2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A．放電時，Li＋透過固體電解質向Cu極移動 B．放電時，負極的電極反應式為Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－ C．通空氣時，銅被腐蝕，表面產生Cu2O D．整個反應過程中，銅相當于催化劑 解析：選B　由題中裝置圖和放電時總反應可知，放電時Li為負極，Cu為正極，陽離子向正極移動，A項正確；放電時，負極Li失電子轉化成Li＋，B項錯誤；結合題中裝置圖可知，通入空氣銅被腐蝕，生成Cu2O，C項正確；銅被腐蝕生成Cu2O，放電時Cu2O又被還原成Cu，所以整個反應過程中Cu相當于催化劑，D項正確。 9.Zn—ZnSO4—PbSO4—Pb電池裝置如圖，下列說法錯誤的是(　　) A．SO從右向左遷移 B．電池的正極反應為Pb2＋＋2e－===Pb C．左邊ZnSO4濃度增大，右邊ZnSO4濃度不變 D．若有6.5 g鋅溶解，有0.1 mol SO通過離子交換膜 解析：選B　鋅是負極，SO從右向左遷移，A正確；電池的正極反應為PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B錯誤；左邊鋅失去電子轉化為ZnSO4，ZnSO4濃度增大，右邊ZnSO4濃度不變，C正確；若有6.5 g鋅即0.1 mol鋅溶解，根據電荷守恒可知有0.1 mol SO通過離子交換膜，D正確。 10．(2019濮陽模擬)一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要反應如圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔?，X為電池的負極 B．鍍鉑導電玻璃上發(fā)生氧化反應生成I－ C．電解質溶液中發(fā)生反應：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I D．電池工作時，電解質溶液中I－和I的濃度基本不變 解析：選B　電池工作時，光能轉變?yōu)殡娔?，由圖中電子的移動方向可知，電極X為原電池的負極，故A正確；鍍鉑導電玻璃上，I得電子被還原為I－，故B錯誤；電池工作時，負極反應為2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，正極反應為I＋2e－===3I－，又Ru2＋和Ru3＋、I和I－相互轉化，所以電解質溶液中發(fā)生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I，故C正確；由電池中發(fā)生的反應可知，I在正極上得電子被還原為I－，后又被氧化為I，I和I－相互轉化，反應的實質是光敏有機物在激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉化，電解質溶液中I－和I的濃度基本不變，故D正確。 11．我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na—CO2電池。放電時該電池“吸入”CO2，充電時“呼出”CO2。吸入CO2時，其工作原理如圖所示。吸收的全部CO2中，有 轉化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管(MWCNT)電極表面。下列說法正確的是(　　) A．“吸入”CO2時，鈉箔為正極 B．“呼出”CO2時，Na＋向多壁碳納米管電極移動 C．“吸入”CO2時的正極反應：4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C D．標準狀況下，每“呼出”22.4 L CO2，轉移電子0.75 mol 解析：選C　“吸入”CO2時是原電池，根據圖示，鈉變成了Na＋，被氧化，鈉箔為負極，故A項錯誤；“呼出”CO2時是電解池，陽離子向陰極移動，Na＋向鈉箔電極移動，故B項錯誤；放電時該電池“吸入”CO2，吸收的CO2有 轉化為Na2CO3固體，有 轉化為C，正極反應為4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C，故C項正確；標準狀況下，22.4 L CO2的物質的量為1 mol，根據2Na2CO3＋C－4e－===4Na＋＋3CO2↑可知每“呼出”1 mol CO2，轉移電子 mol，故D項錯誤。 12.如圖所示是原電池的裝置圖。請回答： (1)若C為稀H2SO4，電流表指針發(fā)生偏轉，B電極材料為Fe且作負極，則A電極上發(fā)生的電極反應式為______________________；反應進行一段時間后溶液C的pH將________(填“升高”“降低”或“基本不變”)。 (2)若需將反應：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如圖所示的原電池裝置，則A(負極)極材料為________，B(正極)極材料為________，溶液C為____________。 (3)若C為CuCl2溶液，Zn是____極，Cu極發(fā)生________反應，電極反應式為________________________________________________________________________。 反應過程溶液中c(Cu2＋)________(填“變大”“變小”或“不變”)。 (4)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的質子交換膜燃料電池的結構示意圖如圖： 電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，則c電極是________(填“正極”或“負極”)，c電極的反應方程式為_____________________________________________。 若線路中轉移2 mol電子，則上述CH3OH燃料電池消耗的O2在標準狀況下的體積為________ L。 解析：(1)鐵作負極，則該原電池反應是鐵與稀硫酸置換H2的反應，所以正極反應是H＋得電子生成H2，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑；溶液中H＋放電，導致溶液中H＋濃度減小，pH升高。(2)Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋設計成如題圖所示的原電池裝置，根據方程式中物質發(fā)生的反應類型判斷，Cu發(fā)生氧化反應，作原電池的負極，所以A極材料是Cu，B極材料是比Cu不活潑的導電物質如石墨、Ag等即可。溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。(3)Zn比較活潑，在原電池中作負極，Cu作正極，正極發(fā)生還原反應，Cu2＋在正極得到電子變成Cu，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，Cu2＋發(fā)生了反應，則c(Cu2＋)變小。(4)根據圖中的電子流向知c是負極，是甲醇發(fā)生氧化反應：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，線路中轉移 2 mol 電子時消耗氧氣0.5 mol，標準狀況下體積為11.2 L。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高 (2)Cu　石墨(其他合理答案也可)　FeCl3溶液 (3)負　還原　Cu2＋＋2e－===Cu　變小 (4)負極　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2 13．(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行中。如圖1所示是高鐵電池的模擬實驗裝置。 ①該電池放電時正極的電極反應式為__________________________________________。 若維持電流強度為1 A，電池工作十分鐘，理論消耗Zn________g(已知F＝96 500 Cmol－1)。 ②鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向________(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向________(填“左”或“右”)移動。 ③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)點有________________________________________________________________________。 (2)有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖3所示，電池正極的電極反應式是____________________________，A是________(填名稱)。 (3)利用原電池工作原理測定汽車尾氣中CO的濃度，其裝置如圖4所示。該電池中O2－可以在固體介質NASICON(固溶體)內自由移動，工作時O2－的移動方向___________(填“從a到b”或“從b到a”)，負極發(fā)生的電極反應式為_________________________。 解析：(1)①放電時高鐵酸鉀為正極，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－。若維持電流強度為1 A，電池工作十分鐘，轉移電子的物質的量為 mol＝0.006 217 6 mol。理論消耗Zn的質量為65 gmol－1≈0.2 g。②電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，所以鹽橋中氯離子向右移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向左移動。(2)該電池的本質反應是合成氨反應，電池中氫氣失去電子，在負極發(fā)生氧化反應，氮氣得電子在正極發(fā)生還原反應，則正極反應式為N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨氣與HCl反應生成氯化銨，則電解質溶液為NH4Cl、HCl混合溶液。(3)工作時電極b作正極，O2－由電極b移向電極a；該裝置是原電池，通入CO的電極a是負極，負極上CO失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為CO＋O2－－2e－===CO2。 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2?、谟摇∽蟆、凼褂脮r間長、工作電壓穩(wěn)定 (2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化銨 (3)從b到a　CO＋O2－－2e－===CO2