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2019-2020年高三化學穩(wěn)步提升訓練6.2 原電池工作原理 化學電源 1.下圖各裝置中,不能構成原電池的是( ） 【解析】 A、B中,雖然沒有導線連接兩金屬,但兩金屬電極相接觸,相當于用導線連接,所以可形成原電池;C中,能形成原電池;D中,不能形成閉合回路,因此不能形成原電池。 【答案】 D 2.下列敘述中正確的是( ） A. 構成原電池正極和負極的材料必須是兩種金屬 B.由銅、鋅作電極與硫酸銅溶液組成的原電池中銅是負極 C.馬口鐵(鍍錫鐵)破損時與電解質(zhì)溶液接觸錫先被腐蝕 D.銅鋅原電池工作時,若有13 g鋅被溶解,電路中就有0.4 mol電子通過 【解析】 兩種活潑性不同的金屬與電解質(zhì)溶液能夠組成原電池,但不能因此說構成原電池電極的材料一定都是金屬,例如鋅和石墨電極也能跟電解質(zhì)溶液組成原電池。在原電池中,活潑性強的金屬失去的電子沿導線流向不活潑的電極,因此活潑金屬是負極。鍍錫鐵表皮破損后與電解質(zhì)溶液組成原電池,鐵較錫活潑,鐵先失電子被腐蝕。銅鋅原電池工作時,鋅作負極失電子,電極反應為=== mol Zn失去2 mol電子,0.2 mol鋅(質(zhì)量為13 g)被溶解,電路中有0.4 mol電子通過。故選D。 【答案】 D 3.Li-Al/FeS電池是一種正在開發(fā)的車載電池,該電池中正極的電極反應式為: === 有關該電池的下列說法中,正確的是( ） A. Li-Al在電池中作為負極材料,該材料中Li的化合價為+1價 B.該電池的電池反應式為:2Li+FeS=== C.負極的電極反應式為:=== D.充電時,陰極發(fā)生的電極反應式為:=== 【解析】 A中Li-Al在電池中作為負極材料,但該材料中的Li是單質(zhì),化合價為0;該電池的負極反應為===電池反應為2Li+FeS===故B正確,C不正確;充電時,陰極上發(fā)生的電極反應為===2Li+FeS。 【答案】 B 4.(xx安徽理綜,12)研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種”水”電池,這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電,在海水中電池總反應可表示為:===下列”水”電池在海水中放電時的有關說法正確的是( ） A. 正極反應式:===AgCl B.每生成1 mol 轉移2 mol電子 C.不斷向”水”電池的負極移動 D.AgCl是還原產(chǎn)物 【解析】 由電池總反應可知Ag失去電子被氧化得AgCl,即Ag作負極,產(chǎn)物AgCl是氧化產(chǎn)物,A、D都不正確;在原電池中陽離子在正極得電子發(fā)生還原反應,所以陽離子向電池的正極移動,C錯誤;化合物中Mn元素的化合價是價,所以每生成1 mol 轉移電子的物質(zhì)的量為 mol,因此選項B正確。 【答案】 B 5.依據(jù)氧化還原反應:===設計的原電池如圖所示。 請回答下列問題: (1)電極X的材料是 ;電解質(zhì)溶液Y是 。 (2)銀電極為電池的 極,發(fā)生的電極反應為 ;X電極上發(fā)生的電極反應為 。 (3)外電路中的電子是從 電極流向 電極。 【解析】 對于帶有鹽橋的電池,電極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子是由同種金屬元素形成的,所以X電極為Cu。同理,Y為溶液。 【答案】 (1)Cu 溶液 (2)正 ===Ag === (3)銅 銀 課后作業(yè)夯基 (時間:45分鐘,滿分:100分) 一、單項選擇題(本題包括5小題,每小題3分,共15分,每小題只有一個選項符合題目要求) 1.下列有關化學電池的說法不正確的是( ） A. 化學電池是將化學能變成電能的裝置 B.一次電池的活性物質(zhì)消耗到一定程度就不能使用了 C.二次電池又稱充電電池或蓄電池,放電后可以再充電,故可多次重復使用 D.燃料電池是將燃料燃燒所放出的能量轉化為化學能的裝置 【解析】 燃料電池也屬于原電池的范疇,故也是將化學能轉化為電能的裝置。 【答案】 D 2.鋅錳干電池在放電時,電池總反應方程式可表示為: === 在電池放電時,正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質(zhì)是…( ) A.Zn B.碳棒 C.和 D.和 【解析】 正極材料只作導體,正極上得電子的離子主要來自電解質(zhì)。 【答案】 C 3.把A、B、C、D四塊金屬浸在稀硫酸中,用導線兩兩相連可以組成各種原電池。若A、B相連時,A為負極;C、D相連,D上有氣泡逸出;A、C相連時A極質(zhì)量減輕;B、D相連,B為正極。則四種金屬的活潑性順序由大到小排列為( ) A.A>B>C>D B.A>C>B>D C.A>C>D>B D.B>D>C>A 【解析】 原電池中作負極的金屬的活潑性大于作正極的金屬的活潑性。以稀硫酸為電解質(zhì)溶液,兩金屬相連時,通常較活潑金屬失電子,質(zhì)量減輕,在較不活潑金屬表面上形成氣泡。 【答案】 C 4.埋在地下的輸油管道,在下列各種情況下,被腐蝕速度最慢的是( ） A.含F(xiàn)e較多的酸質(zhì)土壤中 B.潮濕疏松透氣的土壤中 C.干燥致密不透氣的土壤中 D.含碳粒較多,潮濕透氣的中性土壤中 【解析】 鋼鐵腐蝕需要空氣和水,還應該有比鐵不活潑的金屬或其他導體作為正極。只有同時具備上述條件的腐蝕速度快,否則腐蝕緩慢。干燥不透氣的土壤,應該是腐蝕最慢的。 【答案】 C 5.一種燃料電池中發(fā)生的化學反應為:在酸性溶液中甲醇與氧氣作用生成水和二氧化碳。該電池負極發(fā)生的反應是 ( ） A. === B.=== C.=== D.=== 【解析】 甲醇在負極發(fā)生氧化反應。 【答案】 C 二、不定項選擇題(本題包括5小題,每小題7分,共35分,每小題有一個或兩個選項符合題目要求) 6.(xx福建理綜,11)研究人員研制出一種鋰水電池,可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料,以LiOH為電解質(zhì),使用時加入水即可放電。關于該電池的下列說法不正確的是( ） A.水既是氧化劑又是溶劑 B.放電時正極上有氫氣生成 C.放電時向正極移動 D.總反應為:===↑ 【解析】 解題時可迅速判斷出C項是錯誤,因為原電池放電時是向負極移動的?？赏茰y其總反應為:===↑,再寫出其電極反應如下: 負極:=== 正極:===↑ 結合選項分析A、B、D都是正確的。 【答案】 C 7.日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所最近研發(fā)了一種新型的鋰空氣電池,它既可用作充電電池又可作鋰燃料電池。用作燃料電池時,更換正極的水性電解質(zhì)溶液和卡盒以及負極的金屬鋰就可以連續(xù)使用,分離出的氫氧化鋰可回收鋰而循環(huán)使用。下列敘述不正確的是( ） 放電過程示意圖 A. 放電時負極的電極反應式為:=== B.充電時,陽極的電極反應式為:=== C.充電時,鋰極與外電源的正極相連 D.熔融的氫氧化鋰用惰性電極電解再生時,在陰極可得到金屬鋰 【解析】 該電池放電時,金屬鋰作為負極,電極反應為:===對;該電池充電時,陽極為放電,電極反應為:===↑,B錯;充電時,金屬鋰在陰極產(chǎn)生,因此鋰極與電源負極相連,C錯;電解熔融氫氧化鋰在陰極放電,D對。 【答案】 BC 8.(xx江蘇常州高三一模,15)據(jù)報道,以硼氫化合物元素的化合價為+3價)和作原料的燃料電池,負極材料采用Pt/C,正極材料采用可用作空軍通信衛(wèi)星電源,其工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是( ） A. 電池放電時從a極區(qū)移向b極區(qū) B.電極b采用既作電極材料又有催化作用 C.該電池的負極反應為:=== D.每消耗3 mol 轉移的電子為3 mol 【解析】 該燃料電池中a極為產(chǎn)生的一極,為負極,b極為產(chǎn)生的一極,為正極,可判斷A、B、C均正確;b極的電極反應為===每消耗3 mol 轉移的電子為6 mol,D項不正確。 【答案】 D 9.新型鋰離子動力電池以其獨特的優(yōu)勢成為綠色能源的新寵。已知該電池放電時的電極反應式為:正極===負極 ===。下列說法中不正確的是( ） A. 充電時電池反應為:=== B.充電時動力電池上標注+的電極應與外接電源的正極相連 C.放電時向正極移動 D.放電時電池內(nèi)部向負極移動 【解析】 A項充電時電池反應跟放電時===相反。B項充電時動力電池上標注”+”的電極為陽極,不能接反了。C項、D項放電時向正極移動,有別于外電路,否則電池能量內(nèi)耗。 【答案】 D 10.MCFC型燃料電池可同時供應電和水蒸氣,其工作溫度為600 ℃-700 ℃,所用燃料為電解質(zhì)為熔融的已知該電池的總反應為===。則下列有關該電池的說法正確的是( ） A. 該電池的負極的反應式為:=== B.該電池正極的反應為:=== C.放電時向正極移動 D.該燃料電池能量轉化率很高且比較適宜航空器的電能供應 【解析】 該原電池的負極反應式是===在電池工作過程中向負極移動;正極電極反應式是===。 【答案】 D 三、非選擇題(本題包括4小題,共50分) 11.(12分)(1)肼又稱聯(lián)氨,是一種可燃性的液體,可用作火箭燃料。已知在101 kPa時,32.0 g 在氧氣中完全燃燒生成氮氣,放出熱量624 kJ(25 ℃時完全燃燒時反應的熱化學方程式是 。 (2)肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池,電解質(zhì)溶液是20%30%的KOH溶液。肼—空氣燃料電池放電時:正極的電極反應式是 ,負極的電極反應式是 。 (3)如圖是一個電化學過程示意圖。 ①鋅片上發(fā)生的電極反應是 。 ②假設使用肼—空氣燃料電池作為本過程中的電源,銅片的質(zhì)量變化是128 g,則肼—空氣燃料電池理論上消耗標準狀況下的空氣 L(假設空氣中氧氣體積含量為20%) (4)傳統(tǒng)制備肼的方法是以NaClO氧化制得肼的稀溶液。該反應的離子方程式是 。 【解析】 書寫熱化學方程式時,需要標出反應物和生成物的狀態(tài),反應的熱效應。在書寫電極反應式時,需要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì),要保證電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液中能穩(wěn)定存在。 【答案】 === H=-624 === ===↑ (3)①===Cu ②112 === 12.(8分)化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。 (1)目前常用的鎳鎘(Ni-Cd)電池,其電池總反應可以表示為: Cd 已知和均難溶于水但能溶于酸,以下說法正確的是 。 ①以上反應是可逆反應 ②以上反應不是可逆反應 ③充電時化學能轉變?yōu)殡娔? ④放電時化學能轉變?yōu)殡娔? A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ (2)廢棄的鎳鎘電池已成為重要的環(huán)境污染物,有資料表明一節(jié)廢鎳鎘電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴重,這是因為 。 (3)下圖是廢棄鎳鎘電池中的重金屬滲入水體后,進入人體的一條途徑: 生物體D中重金屬濃度 (填”大于”“等于”或”小于”)生物體A中重金屬濃度,這是通過食物 鏈 作用所引起的。除上述途徑外,被污染水體中的重金屬還可以直接通過 (途徑)進入人體。 (4)另一種常用的電池鋰電池(鋰是一種堿金屬元素,其相對原子質(zhì)量為7),由于它的比容量(單位質(zhì)量電極材料所能轉換的電能)特別大而廣泛應用于心臟起搏器,一般使用時間可長達十年,它的負極用金屬鋰制成,電池總反應可表示為:===。 試回答:鋰電池比容量特別大的原因是 。鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶液配制,為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液?請用化學方程式表示其原因 。 【解析】 (1)該電池兩個方向的反應雖然是互逆的,但是不能稱為可逆反應,因為它們是在不同條件下進行的,充電過程為外加電源條件下進行的,該過程中電能轉化為化學能,而放電過程中是依靠自發(fā)的氧化還原反應將化學能轉化為電能。(2)因為和溶于酸,產(chǎn)生大量的重金屬離子,對土壤污染嚴重。(3)重金屬滲入水體后,重金屬離子可以通過食物鏈在生物體中逐漸富集,最終進入人體,同時也可直接通過飲用水進入人體。鋰的摩爾質(zhì)量為7 ，較小,單位質(zhì)量轉移電子物質(zhì)的量多,放電量大。鋰是活潑金屬,若用水溶液,鋰可與水反應,其方程式為:===↑。 【答案】 (1)B 和能溶于酸性溶液生成有毒的重金屬離子等 (3)大于 富集 飲水 (4)鋰的摩爾質(zhì)量小 ===↑ 13.(15分)新型鋰離子電池在新能源的開發(fā)中占有重要地位,可用作節(jié)能環(huán)保電動汽車的動力電池。磷酸亞鐵鋰是新型鋰離子電池的首選電極材料,它的制備方法如下: 方法一:將碳酸鋰、乙酸亞鐵、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后,在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰,同時生成的乙酸及其他產(chǎn)物均以氣體逸出。 方法二:將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液,以鐵棒為陽極,石墨為陰極,電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥,在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰。 在鋰離子電池中,需要一種有機聚合物作為正負極之間鋰離子遷移的介質(zhì),該有機聚合物的單體之一(用M表示)的結構簡式如下: 請回答下列問題: (1)上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行。其原因是 。 (2)在方法一所發(fā)生的反應中,除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外,還有 、 、 (填化學式)生成。 (3)在方法二中,陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應式為 。 (4)寫出M與足量氫氧化鈉溶液反應的化學方程式: 。 (5)已知該鋰離子電池在充電過程中,陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵,則該電池放電時正極的電極反應式為 。 【解析】 (1)根據(jù)題給信息,磷酸亞鐵鋰中存在的是很容易被空氣中的氧化,故灼燒時需用惰性氣體保護。(2)因為其他物質(zhì)為氣體,結合質(zhì)量守恒進行配平可知有、、生成。(3)方法二中,陽極的電極反應包括Fe原子失去電子生成還有與、形成沉淀的反應。(4)M分子中含3個酯基,跟足量NaOH反應時,這3個酯基都會水解。(5)可充電電池充電時,發(fā)生的反應是電池放電時的逆過程,據(jù)此原理,原電池放電時,正極是+3價鐵得電子成為+2價鐵。 【答案】 (1)為了防止亞鐵化合物被氧化 === (4) +3NaOH === 14.(15分)(xx江蘇化學,18)是銀鋅堿性電池的正極活性物質(zhì),可通過下列方法制備:在KOH溶液中加入適量溶液,生成沉淀,保持反應溫度為80 ℃,邊攪拌邊將一定量溶液緩慢加到上述混合物中,反應完全后,過濾、洗滌、真空干燥得固體樣品。反應方程式為。 回答下列問題: (1)上述制備過程中,檢驗洗滌是否完全的方法是 。 (2)銀鋅堿性電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液,電池放電時正極的轉化為Ag,負極的Zn轉化為,寫出該電池反應方程式: 。 (3)準確稱取上述制備的樣品(設僅含和2.558 g,在一定的條件下完全分解為Ag和得到224.0 mL 標準狀況下)。計算樣品中的質(zhì)量分數(shù)(計算結果精確到小數(shù)點后兩位)。 【解析】 (1)檢查沉淀是否洗凈的方法是取最后一滴洗滌液,滴加幾滴溶液,若有白色沉淀則證明未洗凈。也可以滴加酚酞,檢驗存在。還可以做焰色反應等。 (2)該電池正負極主要反應物、產(chǎn)物已知,再結合原子守恒可寫出總電池反應式:=== (3)n.01 mol n.021 mol 設、的物質(zhì)的量分別為x、y,則有 x=0.009 5 mol,y=0.001 mol 因此質(zhì)量分數(shù)w .91。 【答案】 (1)取少許最后一次洗滌濾液,滴入1-2滴溶液,若不出現(xiàn)白色渾濁,表示已洗滌完全(或取少許最后一次洗滌濾液,滴入1-2滴酚酞溶液,若溶液不顯紅色,表示已洗滌完全) ===+2Ag (3)見解析