人教版高考一轮复习课时练习23原电池化学电源含答案

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原电池 化学电源 (建议用时：40分钟) 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列有关电池的说法不正确的是(　　) A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 B．锌铜原电池工作时，电子沿外电路从锌电极流向铜电极 C．氢氧燃料电池工作时，氢气在负极被氧化 D．原电池中一定发生氧化还原反应 A　解析：太阳能电池的主要材料是高纯度的晶体硅，A项错误；锌铜原电池工作时，电子沿外电路由负极(锌)流向正极(铜)，B项正确；氢氧燃料电池工作时，氢气在负极失去电子被氧化，C项正确；由原电池的工作原理可知原电池中一定发生氧化还原反应，D项正确。 2．Mg—AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　) A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑ B　解析：Mg—AgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误；电池中阴离子移向负极，C正确；Mg能与H2O反应，D正确。 3．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是　(　　) A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应 B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极 C．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋ D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区 C　解析：A项，该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，错误；B项，Cu电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误；D项，正极发生反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，正电荷减小，K＋移向正极补充正电荷，错误。 4．(2020·临沂模拟)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的示意图如图。电池工作时电极上发生的反应为RuⅡeq \o(――→,\s\up8(hυ))RuⅡ*(激发态)，RuⅡ*－e－eq \o(――→,\s\up8(hυ))RuⅢ，Ieq \o\al(－,3)＋2e－―→3I－。下列关于该电池的叙述正确的是(　　) A．电池工作时，是将化学能转化为电能 B．电池工作时，电解质溶液中I－和Ieq \o\al(－,3)浓度不断减少 C．透明导电玻璃上的电势比镀Pt导电玻璃上的电势高 D．电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－===2Ru2＋＋Ieq \o\al(－,3) D　解析：根据图示可知，该电池工作时，是将太阳能转化为电能，A错误；电池工作时，电解质溶液中I－和Ieq \o\al(－,3)浓度不变，B错误；根据装置图可知，电子由透明导电玻璃通过用电器转移至镀Pt导电玻璃上，所以透明导电玻璃上的电势比镀Pt导电玻璃上的电势低，C错误；电池工作时，在电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－===2Ru2＋＋Ieq \o\al(－,3)，D正确。 5．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示，已知硼氢化钠中氢为－1价，下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．电极B材料中含MnO2层，MnO2可增强导电性 B．电池负极区的电极反应：BHeq \o\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \o\al(－,2)＋6H2O C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理论上通过电路中的电子数为6NA B　解析：由两极元素化合价变化分析知，A为负极发生氧化反应，B为正极发生还原反应。A项，电极B采用MnO2，为正极，H2O2发生还原反应，得到电子被还原生成OH－，MnO2既作电极材料又有催化作用，错误；B项，负极发生氧化反应，电极反应式为BHeq \o\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \o\al(－,2)＋6H2O，正确；C项，放电时，Na＋向正极移动，错误；D项，在电池反应中，每消耗1 L 6 mol/L H2O2溶液，理论上通过电路中的电子数为6 mol/L×1 L×2×NA mol－1＝12NA，错误。 6．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 (　　) A．放电时，ClOeq \o\al(－,4)向负极移动 B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2 C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===2COeq \o\al(2－,3)＋C D．充电时，阳极反应为Na＋＋e－===Na D　解析：结合总反应式和题图可知，该电池放电时Na为负极，CO2为正极。Na－CO2二次电池放电时为原电池，充电时为电解池。电池放电时，ClOeq \o\al(－,4)向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2COeq \o\al(2－,3)＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。 二、不定项选择题(每小题有一个或两个选项符合题意) 7．如图所示为新型的甲酸/铁离子燃料电池，具有原料安全、质子电导率高、能量密度高的特点，适合应用在规模化的供电场所。电池外壳采用聚四氯乙烯板，石墨作电极，在M端加注甲酸钠和氢氧化钠的混合液，在N端加注氯化铁和氯化钠的混合液。下列说法错误的是(　　) A．放电时，N端是负极 B．M端的电极反应式为HCOO－＋OH－＋2e－===CO2↑＋H2O C．电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后转化为Fe3＋，实现电解质溶液的循环利用 D．采用多孔纳米电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，有利于扩散至催化层 AB　解析：A项，正极发生还原反应，Fe3＋得到电子生成Fe2＋，N端是正极，错误；B项，M端的电极反应式为HCOO－＋3OH－－2e－===COeq \o\al(2－,3)＋2H2O，错误；C项，电池放电后，N端的Fe2＋通氯气后，氯气具有氧化性能氧化Fe2＋转化为Fe3＋，Fe3＋在正极得到电子发生还原反应，实现电解质溶液的循环利用，正确；D项，反应物接触面积越大，反应速率越快，所以采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于电解质溶液扩散至电极表面，从而提高反应速率，正确。 8．一种全天候太阳能电池光照时的工作原理如图所示。 下列说法不正确的是(　　) A．硅太阳能电池供电原理与该电池原理不同 B．光照时，b极的电极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VOeq \o\al(＋,2)＋2H＋ C．光照时，每转移1 mol电子，有2 mol H＋由b极区经质子交换膜向a极区迁移 D．夜间时，该电池相当于蓄电池放电，a极发生氧化反应 C　解析：硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能，是物理变化，而该电池是化学能转化为电能，两者原理不同，A正确；光照时，b极是负极发生氧化反应，电极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VOeq \o\al(＋,2)＋2H＋，B正确；每转移1 mol电子，有 1 mol氢离子迁移，C错误；夜间无光照时，相当于蓄电池放电，a极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋，发生氧化反应，是负极，D正确。 9．流动电池是一种新型电池，其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部设备调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。某种流动电池如图所示，电池的总反应式为Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O。下列说法正确的是(　　) A．a为负极，b为正极 B．该电池工作时，PbO2电极附近溶液的pH不变 C．a极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ D．调节电解质溶液的方法是补充CuSO4 AC　解析：A项，根据电池总反应式Cu＋PbO2＋2H2SO4===CuSO4＋PbSO4＋2H2O可知铜为负极，PbO2为正极，正确；B项，该电池工作时，PbO2电极发生的反应为PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O，消耗了溶液中的H＋，故溶液的pH增大，错误；C项，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正确；D项，通过总反应式可知H2SO4参加了反应，故应补充H2SO4，错误。 三、非选择题 10．根据下列原电池的装置图，回答问题： (1)若C为稀硫酸溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为________ ___________________________________________________； 反应进行一段时间后溶液C的pH将________(填“升高”“降低”或“基本不变”)。 (2)若需将反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如上图所示的原电池装置，则负极A极材料为________，正极B极材料为________，溶液C为________。 (3)用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下： ①电极d是________(填“正极”或“负极”)，电极c的反应方程式为___________________________________________________________________。 ②若线路中转移2 mol电子，则上述燃料电池消耗的O2在标准状况下的体积为________L。 解析：(1)若C为稀硫酸溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A电极为正极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；氢离子浓度减小，氢氧根离子浓度增大，溶液pH升高。(2)将反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，Cu元素的化合价由0价升高到＋2价，失电子作原电池的负极，则负极A极材料为Cu，正极B极材料为石墨或比铜活泼性弱的金属，Fe3＋在正极得电子发生还原反应，溶液C用可溶性铁盐，即含Fe3＋的溶液。(3)①根据甲烷燃料电池的结构示意图可知，电子流出的电极为负极，c为负极，d为正极，在燃料电池中，氧气在正极得电子发生还原反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应，所以电极c的反应方程式为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。②根据正极电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，可知线路中转移2 mol电子时，消耗的O2为0.5 mol，在标准状况下的体积为0.5 mol×22.4 L/mol＝11.2 L。 答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑　升高　(2)Cu　石墨(或比铜活泼性弱的金属)　含Fe3＋的溶液 (3)①正极　CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋　②11.2 11．(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如下图所示： ①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO2－4的反应式是_____________________ _____________________________________________。 ②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是___________________________________________________________________。 (2)金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下： Ⅰ.2Li＋H2===2LiH； Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑。 ①已知固态LiH的密度为0.82 g/cm3，用锂吸收112 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为1∶_________。 ②由①生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，若能量的转化率为75%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。 (3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。 ①a电极的电极反应式是__________________________________________； ②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因是___________________________________________________________________。 解析：(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SOeq \o\al(2－,4)，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SOeq \o\al(2－,4)＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SOeq \o\al(2－,4)浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。(2)①标准状况下，112 L H2的物质的量为 5 mol，完全被锂吸收，据反应Ⅰ可知，生成LiH的物质的量为10 mol，其质量为80 g，则生成的LiH体积为eq \f(80 g,0.82 g/cm3)，故生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为eq \f(80 g,0.82 g/cm3)∶(112×103 mL)≈1∶1 148。②反应生成10 mol LiH，据反应Ⅱ可知，与H2O作用生成10 mol H2，用作电池燃料，能量的转化率为75%，则导线中通过电子的物质的量为10 mol×75%×2＝15 mol。(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极作负极，电极反应式是2NH3＋6OH－－ 6e－===N2＋6H2O；②一段时间后，需向装置中补充KOH，原因是发生4NH3＋3O2===2N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。 答案：(1)①HS－＋4H2O－8e－===SOeq \o\al(2－,4)＋9H＋ ②HS－、SOeq \o\al(2－,4)浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子 (2)①1 148　 ②15 (3)①2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O ②发生4NH3＋3O2===2N2＋6H2O反应，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH