2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 主題16 原電池原理及應(yīng)用補(bǔ)差試題 新人教版選修4.doc

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主題16 原電池原理及應(yīng)用 1．下列反應(yīng)不可用于設(shè)計(jì)成原電池的是(　　) A．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O B．2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O C．Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑ D．4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3 【答案】A 【解析】 【點(diǎn)睛】 構(gòu)成原電池的條件是：①有兩個(gè)活潑性不同的電極，②將電極插入電解質(zhì)溶液中，③兩電極間構(gòu)成閉合回路，④能自發(fā)的進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。 2．關(guān)于原電池的敘述中正確的是(　　) A．原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 B．構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的必須是兩種不同金屬 C．原電池電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng) D．理論上，所有的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池 【答案】A 【解析】 【分析】 A.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置； B.構(gòu)成原電池的正負(fù)極可能都是非金屬或金屬和非金屬； C.原電池放電時(shí),電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)； D.自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池； 【詳解】 A.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,故A正確； B.構(gòu)成原電池的正負(fù)極可能都是非金屬或金屬和非金屬,如Zn、石墨和稀硫酸構(gòu)成的原電池,以石墨為電極的氫氧燃料電池,故B錯(cuò)誤； C.原電池放電時(shí),負(fù)極上電子沿導(dǎo)線流向正極,根據(jù)異性相吸原理,電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),故C錯(cuò)誤； D.理論上，自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池，故D錯(cuò)誤； 綜上所述，本題選A。 3．Mg-AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池的總反應(yīng)方程式如下：2AgCl + Mg === Mg2++ 2Ag +2Cl?。有關(guān)該電池的說法正確的是 A．該電池可用于海上應(yīng)急照明供電 B．負(fù)極反應(yīng)式為：AgCl + e? === Ag + Cl? C．該電池不能被KCl 溶液激活 D．電池工作時(shí)，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl-增多0.2 mol 【答案】A 【解析】 4．某小組為研究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)如下圖裝置。下列敘述不正確的是（ ） A．a(chǎn)和b不連接時(shí)，鐵片上會(huì)有金屬銅析出 B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，溶液中的SO42-向鐵電極移動(dòng)，銅片上發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2＋＋2e－=Cu C．無論a和b是否連接，鐵片均會(huì)溶解，溶液從藍(lán)色逐漸變成淺綠色 D．a(chǎn)和b分別連接直流電源正、負(fù)極時(shí)，溶液中的Cu2＋向銅電極移動(dòng) 【答案】D 5．某太陽(yáng)能電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是 A．光照時(shí)，毎轉(zhuǎn)移2mol電子，有2mol H+由a極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向b極區(qū)遷移 B．光照時(shí)，b極的電極反應(yīng)式為VO2+-e-+H2O=VO2++2H+ C．夜間，a極的電極反應(yīng)式為V3++e-=V2+ D．該電池供電原理與硅太陽(yáng)能電池相同 【答案】B 【解析】A．光照時(shí)，b極VO2++H2O-e-=VO2++2H+，產(chǎn)生氫離子，而氫離子由b極室透過質(zhì)子膜進(jìn)入a極室，故A錯(cuò)誤；B．光照時(shí)，b極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為VO2++H2O-e-=VO2++2H+，故B正確；C．夜間無光照時(shí)，相當(dāng)于蓄電池放電，a極的電極反應(yīng)式為：V2+-e-=V3+，發(fā)生氧化反應(yīng)，是負(fù)極，故C錯(cuò)誤；D．硅太陽(yáng)能電池是用半導(dǎo)體原理將光能轉(zhuǎn)化為電能，是物理變化，而該電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，兩者原理不同，故D錯(cuò)誤；故選B。 6．鎳鎘（Ni—Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛的應(yīng)用。已知鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，放電時(shí)的電池反應(yīng)是： Cd+2NiO(OH)+2H2O＝Cd(OH)2+2Ni(OH)2，下列說法正確的是 A．放電時(shí)電解質(zhì)溶液的密度減小 B．放電時(shí)K+向Cd極區(qū)移動(dòng) C．充電時(shí)陽(yáng)極Cd元素被氧化 D．充電時(shí)陰極附近的pH增大 【答案】D 考點(diǎn)：考查鎳鎘（Ni—Cd）可充電電池的有關(guān)判斷 7．新型/燃料電池（DBFC）的結(jié)構(gòu)如圖所示，已知硼氫化鈉中H為－1價(jià)，有關(guān)該電池的說法正確的是 （ ） A．電極B材料中含層，可增強(qiáng)導(dǎo)電性 B．電池負(fù)極區(qū)的電極反應(yīng)： C．放電過程中，Na+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移 D．在電池反應(yīng)中，每消耗1L 6mol/L 溶液，理論上流過電路中的電子為6個(gè) 【答案】B 【解析】 【分析】 新型/燃料電池，中氫元素化合價(jià)由-1價(jià)升為+1價(jià)，失去電子，在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)；過氧化氫中氧元素化合價(jià)由-1價(jià)降為-2價(jià)，得到電子，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此解題。 【點(diǎn)睛】 本題考查的知識(shí)點(diǎn)為原電池。在原電池中，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的一極作為負(fù)極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極作為正極。電子由負(fù)極流出，經(jīng)外導(dǎo)線流向正極。電解質(zhì)溶液中，通常陽(yáng)離子向正極移動(dòng)、陰離子向負(fù)極移動(dòng)。 8．已知新型中溫全瓷鐵-空氣電池，其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是 A．鐵表面發(fā)生的反應(yīng)為xH2O（g）+Fe＝FeOx+xH2 B．a(chǎn)極發(fā)生氧化反應(yīng) C．正極的電極反應(yīng)為FeOx+2xe-＝Fe+xO2- D．若有22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）空氣參與反應(yīng)，則電路中有4mol電子轉(zhuǎn)移 【答案】A 【解析】 【分析】 由新型中溫全瓷鐵-空氣電池的裝置圖可知，a極空氣中氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)為正極，鐵與水反應(yīng)生成氫氣，氫氣在b極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極，據(jù)此分析解答。 【點(diǎn)睛】 本題考查新型化學(xué)電源，把握原電池的工作原理和電極反應(yīng)的判斷是解答本題的關(guān)鍵，易錯(cuò)選項(xiàng)是D，注意題中所給的體積是空氣的體積而不是氧氣的體積。 9．鎂-次氯酸鹽電池的工作原理如圖所示，該電池反應(yīng)為Mg+ClO－+H2O＝Mg(OH)2+Cl－。下列有關(guān)說法正確的是 A．電池工作時(shí)，正極a附近的pH增大 B．電池工作時(shí)，C溶液中的溶質(zhì)是MgCl2 C．負(fù)極反應(yīng)式：ClO－+2e－+H2O＝Cl－+2OH－ D．b電極發(fā)生還原反應(yīng)，每轉(zhuǎn)移0.2mol電子，理論上生成0.1mol Cl－ 【答案】A 【解析】 【分析】 該電池中，鎂易失電子作負(fù)極，據(jù)圖可知，負(fù)極為b，電極反應(yīng)式為Mg-2e－+2OH－= Mg(OH)2，次氯酸根離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，正極a的電極反應(yīng)式為：ClO－+H2O+2e－=Cl－+2OH－，據(jù)此分析解答。 10．CH3OH-O2在聚合物催化下的原電池的工作示意圖如圖所示，下列說法正確的是 A．電極A是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) B．電解質(zhì)溶液中H+由電極B流向A極 C．電極B的電極反應(yīng)為O2+2e－+H＋＝HO2－ D．外電路中通過3mol電子時(shí)，生成11.2LCO2 【答案】C 【解析】 【詳解】 A．該燃料電池中，通入燃料甲醇的A極為原電池的負(fù)極，通入氧氣的B極為原電池的正極，甲醇在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯(cuò)誤； B．在原電池中，陽(yáng)離子向正極區(qū)遷移，所以氫離子從A極流向B極，故B錯(cuò)誤； C．通入氧氣的B極為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2+2e－+H＋＝HO2－，故C正確； D．根據(jù)C元素的化合價(jià)變化可知，每生成1 mol CO2轉(zhuǎn)移6mol電子，所以外電路中通過3mol電子時(shí)生成0.5mol CO2，因未說明是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況，所以二氧化碳的體積不一定為11.2L，故D錯(cuò)誤，答案選C。 【點(diǎn)睛】 本題考查原電池原理，可根據(jù)元素化合價(jià)變化判斷正負(fù)極，再結(jié)合反應(yīng)物、生成物及得失電子書寫電極反應(yīng)式，解題時(shí)要特別注意書寫電極反應(yīng)式時(shí)要結(jié)合電解質(zhì)特點(diǎn)，為易錯(cuò)點(diǎn)，試題難度不大。 11．利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池。 （1）負(fù)極材料是________(寫名稱)，電極反應(yīng)為__________________。 （2）正極電極反應(yīng)式為__________________________________。 （3）溶液中SO42—向________極移動(dòng)。 【答案】（1）銅　Cu－2e－=Cu2＋?。?）O2＋4e－＋4H＋=2H2O?。?）負(fù) 12．SO2、CO、CO2、NOx是對(duì)環(huán)境影響較大的幾種氣體，對(duì)它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。 （1）利用電化學(xué)原理將CO、SO2轉(zhuǎn)化為重要化工原料，裝置如圖所示。 ①若A為CO，B為H2，C為CH3OH，則通入CO一極的電極反應(yīng)式為_________________。 ②A為SO2，B為O2，C為H2SO4，則負(fù)極反應(yīng)式為__________________________________。 ③若A為NO2，B為O2，C為HNO3，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為____________________________。 （2）碳酸鹽燃料電池以一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質(zhì)，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣（CO、H2的體積比為1:1）直接作燃料，其工作原理如圖所示。 則電池負(fù)極反應(yīng)式為____________________________________________________________. 【答案】CO+4e－+4H＋=CH3OH SO2+2H2O－2e－=SO42－+4H＋ NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋ CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O 【解析】 【分析】 （1）．①．原電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負(fù)極，該電池中C元素化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?2價(jià)、H元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?1價(jià)，所以CO是氧化劑； ②．若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，負(fù)極上二氧化硫失電子和水反應(yīng)生成硫酸根離子和氫離子； ③．若A為NO2，B為O2，C為HNO3，則NO2在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)； （2）．該燃料電池中，負(fù)極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，由此書寫電極反應(yīng)式。 ③.若A為NO2，B為O2，C為HNO3，負(fù)極上NO2失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硝酸，電極反應(yīng)式為 NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋，故答案為：NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋； （2）．該燃料電池中，負(fù)極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為：CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O，故答案為：CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O。 13．2014年我國(guó)的冶金行業(yè)深受經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊，尤其是Al、Fe的價(jià)格下滑幅度很大。請(qǐng)完成下面問題： （1）冶煉后的鋁渣中含有大量的硅酸鋁鈣（Al2Ca2Si5O15），可作耐火纖維的原料。硅酸鋁鈣用氧化物形式表示為__________________。 （2） 由下列物質(zhì)冶煉相應(yīng)金屬時(shí)采用電解法的是 。 a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3 （3）高鐵電池具有容量高、安全性能好和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，如圖是高鐵電池的實(shí)驗(yàn)裝置。 已知：放電后兩極得到相同價(jià)態(tài)鐵的化合物。 ①電池放電時(shí)正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是______________。 ②若該電池屬于二次電池，則充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為_______________________。 ③已知鹽橋中含有飽和KCl溶液，放電時(shí)，鹽橋的作用是_________________。 【答案】（1）2CaOAl2O35SiO2；（2）bd； （3）①FeO42－+3e－+4H2O＝Fe（OH）3+5OH－；②Fe（OH）3+3e－＝Fe+3OH－； ③形成閉合回路，并保持兩邊溶液呈電中性。 考點(diǎn)：考查復(fù)雜硅酸鹽寫成氧化物、金屬冶煉、電極反應(yīng)式的書寫、鹽橋的作用等知識(shí)。 14．依據(jù)原電池原理，回答下列問題： （1）圖1是依據(jù)氧化還原反應(yīng)：Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）設(shè)計(jì)的原電池裝置。 ①電極X的材料是________（填化學(xué)名稱）；電極Y的材料是__________（填化學(xué)名稱）。 ②Y電極發(fā)生的電極反應(yīng)式為：______________。 （2）圖2是使用固體電解質(zhì)的燃料電池，裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2－離子(O2＋4e―→2O2－)。 ①c電極為______________極。（填“正”或“負(fù)”） ②d電極上的電極反應(yīng)式為___________________________。 ③如果消耗甲烷160g，假設(shè)化學(xué)能完全轉(zhuǎn)化為電能，則轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為______________（用NA表示），需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下氧氣的體積為_______L。 【答案】銅 碳（石墨、金、鉑、銀） 2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 正 CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O 80NA 448 【解析】 【詳解】 （1）由Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）可知：Cu失去電子，化合價(jià)升高，是電子流出的一極，為原電池的負(fù)極，故電極X的材料是銅，電極Y是原電池的正極，發(fā)生Fe3+得電子的還原反應(yīng)，可選擇惰性電極碳或比銅活波性弱的材料做電極，如碳（石墨、金、鉑、銀）做正極，原電池正極的電極反應(yīng)式為：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋； 本題答案為：銅，碳（石墨、金、鉑、銀）；2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋（或Fe3＋＋e－＝Fe2＋）。