考点规范练17 原电池化学电源
(时间:45分钟满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量,其工作原理如图所示,其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是( )
A.溶液中OH-向电极a移动
B.电极b上发生还原反应
C.负极的电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O
D.理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4
2.人工光合作用能够借助太阳能,用CO2和H2O制备化学原料。科学家用氮化镓材料与铜组装如图所
示的人工光合系统,成功地实现了以CO2和H2O合成CH4,下列说法错误的是( )
A.GaN表面发生氧化反应,有O2产生
B.相同条件下,生成的O2和CH4体积比为2∶1
C.产生22.4 L O2时,电解液中H+从右向左迁移 4 g
D.Cu表面的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O
3.科学家最新开发的一种新原理二次电池的能量密度是现行锂电池的7倍,该电池结构如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.电池放电时,Li+向负极移动
B.电池放电时,正极的电极反应式为2Li++Li2O2+2e-2Li2O
C.电池充电时,Li电极应与外电源的正极相连
D.电池系统内进入二氧化碳和水对电池性能不会产生影响
4.一种太阳能电池的工作原理如图所示,电解质为铁氰化钾和亚铁氰化钾的混合溶液,下列说法不正确的是( )
A.K+移向催化剂 b
B.催化剂a表面发生的化学反应:[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-
C.[Fe(CN)6]3-在催化剂b表面被氧化
D.电解质溶液中的[Fe(CN)6]4-和[Fe(CN)6]3-的浓度基本保持不变
5.某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池,放电时电池总反应为Li1-
x CoO2+Li x C6LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移
B.放电时,负极的电极反应式为Li x C6-x e-x Li++C6
C.充电时,若转移 1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x g
D.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-x e-Li1-x CoO2+x Li+
6.下面4种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是( )
7.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl22AgCl。下列说法正确的是( )
A.正极反应为AgCl+e-Ag+Cl-
B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成
C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变
D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
8.一种三室微生物电池污水处理系统原理如下图所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是( )
A.该装置为原电池,b是原电池的负极
B.中间室:Na+移向右室,Cl-移向左室,a极区溶液的pH减小
C.b极反应式为2N-10e-+12H+N2↑+6H2O
D.当左室有 4.48 L CO2(标准状况下)生成时,右室产生N2的物质的量为0.8 mol
二、非选择题(本题共3个小题,共52分)
9.(12分)根据右图回答下列问题:
Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象是,负极的电极反应式为。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为(填“Mg”或“Al”),总反应的化学方程式
为。
Ⅱ.中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及
主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。
(1)该电池工作时,b口通入的物质为,c口通入的物质为。
(2)该电池负极的电极反应式为。
(3)工作一段时间后,当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时,有N A个电子转移。
10.(20分)酸性锌锰干电池和碱性锌锰干电池的构造简图如图所示,比较二者的异同,回答问题:
化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3
K sp近似值10-1710-1710-39
(1)酸性锌锰干电池的负极反应为。
(2)碱性锌锰干电池在放电过程中产生MnOOH,写出正极反应式: 。
(3)维持电流为0.6 A,电池工作10分钟。理论消耗Zn g。(结果保留到小数点后两位,已知1 mol e-的电量为96 500 C)
(4)用回收分离出的锌皮制作七水合硫酸锌,需去除少量杂质铁,除杂步骤如下(已知当离子浓度小
于1×10-5mol·Ｌ-1时,可认为该离子沉淀完全):
①加入足量稀硫酸和溶液将锌皮溶解,此时锌离子浓度为0.1 mol·Ｌ-1;
②调节溶液的pH为到之间(结果保留到小数点后一位),过滤除去含铁元素的沉淀。
11.(20分)(1)甲醇是重要的可再生燃料。已知在常温常压下:
2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)
ΔH=-1 275.6 kJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566.0 kJ·mol-1
H2O(g)H2O(l) ΔH=-44.0 kJ· mol-1
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为。
(2)氧化还原反应与生产、生活、科技密切相关。请回答下列问题:
①银制器皿日久表面变黑是因为表面生成了Ag2S的缘故,该现象属于腐蚀。如果加入一定浓度硝酸将发生反应:3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,同时Ag与硝酸反应生成
AgNO3、NO、H2O,当生成标准状况下22.4 mL的气体时,参加反应的HNO3的物质的量
为。
②在如图甲所示的原电池装置中,负极的电极反应为,H+的移动方向为(填“从右向左”或“从左向右”);电池总反应式
为,当电路中转移0.1 mol e-时,交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量
为。
甲
③电解NO制备NH4NO3原理如图乙所示,接电源正极的电极为(填“X”或“Y”),X电极反应式为,
为使电解产物完全转化为NH4NO3,需要补充的物质A的化学式为。
乙
考点规范练17原电池化学电源
1.D 电极a上NH3发生氧化反应生成N2,则电极a为负极,电极b为正极,原电池中,阴离子向负极
移动,故A项正确;电极b为正极,正极上发生还原反应,B项正确;负极上NH3失电子生成N2和H2O,电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O,C项正确;由电池反应4NH3+3O22N2+6H2O可知,理论上反
应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3,D项错误。
2.C 根据题给装置图中电子的流向可确定GaN电极为负极,发生反应:4H2O-8e-8H++2O2↑,GaN表面发生氧化反应,A项正确;Cu电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,根据得失电子守恒知,相同条件下生成O2和CH4的体积比为2∶1,B、D项正确;没有给出气体所处的状态,不能用标准状况下的气体摩尔体积进行计算,且电解液中H+从左向右迁移,C项错误。
3.B 原电池中Li+向正极移动,A项错误;正极得电子,故电极反应式为2Li++Li2O2+2e-2Li2O,B项正确;Li是活泼金属,放电时作负极,充电时作阴极,接外电源的负极,C项错误;CO2或H2O进入电池后会直接与Li、Li2O2或Li2O反应,故对电池有影响,D项错误。
4.C 由题图可知,电子从负极流向正极,则a为负极,b为正极。b为正极,则K+移向催化剂b,A项正确;a为负极,发生氧化反应,则催化剂a表面发生反应:[Fe(CN)6]4--e-[Fe(CN)6]3-,B项正确;b 上发生还原反应,电极反应为[Fe(CN)6]3-+e-[Fe(CN)6]4-,[Fe(CN)6]3-在催化剂b表面被还原,C项错误;由B、C中的电极反应可知,二者以1∶1相互转化,电解质溶液中[Fe(CN)6]3-和[Fe(CN)6]4-浓度基本保持不变,D项正确。
5.C A项,原电池中,阳离子移向正极,正确;B项,放电时负极发生氧化反应,Li x C6失电子生成Li+和C6,正确;C项,充电时,C6电极反应式为C6+x Li++x e-Li x C6,每转移1mole-,生成molLi x C6,增重
m=·7x=7g,错误;D项,充电时,阳极发生氧化反应,LiCoO2失电子生成Li1-x CoO2和Li+,正确。
6.C A项,通入空气的电极作正极,正极反应式:O2+4e-2O2-,不符合题意;B项,通入氧气的一极作正极,电解质溶液是碱性溶液,正极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-,不符合题意;C项,通入空气的一极作正极,电解质传递H+,正极反应式:O2+4H++4e-2H2O,符合题意;D项,通入氧气的一极作正极,依据电
池内部传递C,正极反应式:O2+2CO2+4e-2C,不符合题意。
7.D A项,Pt为正极发生还原反应:Cl2+2e-2Cl-,错误;B项,放电时,左侧的电极反应式Ag+Cl--e-
AgCl↓,有大量白色沉淀生成,错误;C项,由于H+、Na+均不参与电极反应,则用NaCl溶液代替盐酸,电池总反应不变,错误;D项,当电路中转移0.01mole-时,左侧产生0.01molAg+与Cl-结合为AgCl 沉淀,右侧产生0.01molCl-,为保持溶液的电中性,左侧约有0.01molH+通过阳离子交换膜转移到右侧,故左侧溶液中约减少0.02mol离子,正确。
8.B 根据图示信息,装置左侧碳元素化合价升高,所以a为负极,b为正极,A错误;阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,a极反应式为C6H10O5-24e-+7H2O6CO2↑+24H+,溶液的pH减小,B正确;b极
反应式为2N+10e-+12H+N2↑+6H2O,C错误;当左室有 4.48LCO2(标准状况下)生成时,转移
0.8mole-,根据得失电子守恒,右室产生N2的物质的量为mol=0.08mol,D错误。
9.答案Ⅰ.(1)Mg逐渐溶解,Al片上有气泡冒出,电流计指针偏转
Mg-2e-Mg2+
(2)Al 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
Ⅱ.(1)CH3OH O2或空气
(2)CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+
(3)2.4
解析Ⅰ.(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,因Mg的活泼性比Al强,故Mg作负极,负极上发生反应Mg-2e-Mg2+,镁片溶解;Al作正极,正极上发生反应2H++2e-H2↑,故Al片上有气泡冒出;电路中产生
电流,故电流计指针偏转。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,因为Mg不与NaOH溶液反应,所以Al是负极,Mg是正极,总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。
Ⅱ.由H+移动方向可知,左侧为负极,右侧为正极,故b口通入CH3OH,c口通入O2或空气。负极反应式为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。当12.8g甲醇(即0.4mol)完全反应生成CO2时,转移2.4mol电子,即转移 2.4N A个电子。
10.答案(1)Zn-2e-Zn2+
-
(2)MnO2+H2O+e-MnOOH+OH
(3)0.12
(4)H2O2 2.7 6
解析(1)酸性锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为二氧化锰和氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。
(2)在反应中锌元素化合价升高,被氧化,Zn为负极,电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2;锰元
-。
素化合价降低,被还原,MnO2为正极,电极反应式为MnO2+H2O+e-MnOOH+OH
(3)维持电流为0.6A,电池工作10分钟,则通过的电量是0.6A×600s=360C,因此通过电子的物
质的量是mol≈3.73×10-3mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是×65g·mol-1≈0.12g。
(4)H2O2具有强氧化性,能把Fe2+氧化为Fe3+,因此加入足量稀硫酸和过氧化氢溶液,铁转化为硫
酸铁。根据Fe(OH)3的溶度积知,当铁离子完全沉淀时溶液中c(OH-)=mol·L-1≈0.5×10-11mol·L-1,因此加碱调节pH=2.7时Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为0.1mol·L-1,根据氢氧化锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8mol·L-1,所以c(H+)=10-6mol·L-1,此时pH=6。
11.答案(1)CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) ΔH=-442.8 kJ·mol-1
(2)①化学0.004 mol
②Ag+Cl--e-AgCl 从左向右2Ag+Cl22AgCl
0.2 mol
③Y NO+6H++5e-N+H2O NH3
解析(1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1275.6kJ·mol-1,②
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=-566.0kJ·mol-1,③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44.0kJ·mol-1,则根据盖斯定律,由(①-②+4×③)÷２得CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) ΔH=-442.8kJ·mol-1。
(2)①银制器皿日久变黑,表面生成了Ag2S,属于化学腐蚀;Ag、Ag2S分别与硝酸反应的化学方
程式为6Ag+8HNO36AgNO3+2NO↑+4H2O、3Ag2S+8HNO36AgNO3+3S↓+2NO↑+4H2O,两个方程式中消耗HNO3和生成NO的化学计量数之比相等,n(NO)=0.0224L÷22.4L·mol-1=0.001mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=4×0.001mol=0.004mol。②该原电池中,Ag失电子作负极、通入氯气的电极作
正极,负极反应式为Ag+Cl--e-AgCl;电解质溶液中H+向正极Pt电极方向移动;该原电池相当于氯气和Ag反应生成AgCl,故电池总反应式为2Ag+Cl22AgCl;放电时,左侧装置中Ag失电子和Cl-反应生成AgCl沉淀,且溶液中H+向正极移动,当电路中转移0.1mol电子时,生成0.1molAg+,0.1molAg+生成AgCl需要0.1molCl-,向正极方向移动0.1molH+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量
为0.2mol。③根据图示知,左侧NO得电子生成N,右侧NO失电子生成N,最终得到
NH4NO3,该电解池中失电子的电极为阳极、得电子的电极为阴极,所以X为阴极、Y为阳极,阳极接电源正极,所以Y接电源正极,X电极反应式为NO+6H++5e-N+H2O;生成一个N得到5个电子、生成一个N失去3个电子,根据转移电子相等知,生成N的浓度小于生成N
的浓度,要使N完全转化为NH4NO3,应该加入NH3,所以加入的物质A为NH3。