2020届高考化学一轮复习原电池　化学电源作业(2) 9页

课时规范练7　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.乙烯催化氧化生成乙醛的反应可设计成如下图所示的燃料电池,能在制备乙醛的同时获得电能,其总反应为2CH2CH2+O22CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.a电极发生还原反应 B.放电时,每转移2 mol电子,理论上需要消耗28 g乙烯 C.b极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-‎ D.电子移动方向:电极a→磷酸溶液→电极b ‎3.用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)‎ A.电子通过盐桥从乙池流向甲池 B.用铜导线替换盐桥,原电池可以继续工作 C.开始时,银片上发生的反应是Ag-e-Ag+‎ D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同 ‎4.一种太阳能电池的工作原理如下图所示,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.(2018全国Ⅲ)一种可充电锂-空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是(　　)‎ A.放电时,多孔碳材料电极为负极 B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C.充电时,电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移 D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x‎2‎)O2‎ ‎6.氮的化合物可以通过电化学转化,如图为NO转化为NO2的工作原理示意图,下列说法正确的是(　　)‎ A.Pt电极上发生的是氧化反应 B.Pt电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-‎ C.每转化1 mol NO,消耗O2的体积为11.2 L D.外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动 ‎7.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 ‎8.由于具有超低耗电量、寿命长的特点,LED产品越来越受人欢迎,下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A.电池负极电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O B.a处通入氧气,b处通入氢气 C.该装置中能量转化只涉及两种形式的能量 D.P型半导体连接的是电池负极 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　　　　NA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)2‎ Fe(OH)2‎ Fe(OH)3‎ Ksp近似值 ‎1×10-17‎ ‎1×10-17‎ ‎1×10-39‎ ‎(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)维持电流强度为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1×10-5 mol·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”);电池总反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　,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 课时规范练7　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.B　乙烯为负极反应物,所以a电极发生氧化反应,A项错误;放电时,负极发生CH2CH2+H2O-2e-CH3CHO+2H+,每转移2 mol电子,理论上需要消耗1 mol乙烯即28 g,B项正确;b极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C项错误;原电池中电子只能通过导线和电极传递,不能通过溶液传递,D项错误。‎ ‎3.D　该原电池负极上铜失电子,正极上Ag+得电子,电子从负极沿导线流向正极,电解质溶液通过离子的定向移动形成电流,电子不能通过电解质溶液,A项错误;铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池是电解池,不再是原来的反应原理,B项错误;银片是原电池的正极,溶液中的银离子得到电子发生还原反应,电极反应是Ag++e-Ag,C项错误;铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应都是Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,D项正确。‎ ‎4.C　由图可知,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.D　放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x‎2‎)O2,D项正确。‎ ‎6.D　根据装置图可知,Pt电极上氧气得到电子转化为O2-,所以Pt电极作正极,发生还原反应,NiO电极作负极,A错误;Pt电极上氧气得到电子转化为O2-,B错误;不能确定氧气所处的状况,则不能计算氧气的体积,C错误;NiO是负极,NO在负极上失去电子,外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动,D正确。‎ ‎7.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,C项错误。‎ ‎8.A　根据LED中电子移动方向可判断N型半导体与电池负极相连。H2在负极反应,由于电解质为KOH,故负极电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O,A正确;a处为负极,应该通入氢气,b处通入氧气,B错误;该装置主要涉及化学能、电能、光能三种形式的能量转化,C错误;P型半导体与电池正极相连,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;因电路中产生电流,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12.8 g甲醇(即0.4 mol)完全反应生成CO2时,转移2.4 mol电子,即转移2.4NA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)维持电流强度为0.6 A,电池工作10分钟,则通过的电量是0.6 A×600 s=360 C,因此通过电子的物质的量是‎360‎‎96 500‎ mol≈3.73×10-3 mol,锌在反应中失去2个电子,则理论上消耗Zn的质量是‎3.73×1‎0‎‎-3‎mol‎2‎×65 g·mol-1≈0.12 g。‎ ‎(4)双氧水具有强氧化性,能把Fe2+氧化为Fe3+,因此加入足量稀硫酸和双氧水,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-)=‎3‎‎1‎‎0‎‎-39‎‎1‎‎0‎‎-5‎ mol·L-1≈0.5×10-11 mol·L-1,因此加碱调节pH为2.7时Fe3+刚好完全沉淀。锌离子浓度为0.1 mol·L-1,根据氢氧化锌的溶度积,开始沉淀时的c(OH-)=10-8 mol·L-1,所以c(H+)=10-6 mol·L-1,此时pH为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-NH‎4‎‎+‎+H2O　NH3‎ 解析 (1)已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ· mol-1,②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ· mol-1,③H2O(g)H2O(l)　ΔH=-44.0 kJ·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=-442.8 kJ· 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分别和硝酸反应的方程式为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)=0.022 4 L÷22.4 L· mol-1=0.001 mol,根据方程式知,n(HNO3)=4n(NO)=4×0.001 mol=0.004 mol。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0.1 mol电子时,生成0.1 mol Ag+,0.1 mol Ag+生成AgCl需要0.1 mol Cl-,向正极方向移动0.1 mol H+,所以交换膜左侧溶液中离子减少的物质的量为0.2 mol。③根据图示知,左侧NO得电子生成NH‎4‎‎+‎,右侧NO失电子生成NO‎3‎‎-‎,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-NH‎4‎‎+‎+H2O;生成一个NH‎4‎‎+‎得到5个电子、生成一个NO‎3‎‎-‎失去3个电子,根据转移电子相等知,生成NH‎4‎‎+‎的浓度小于生成NO‎3‎‎-‎的浓度,要使NO‎3‎‎-‎完全转化为NH4NO3,应该加入NH3,所以加入的物质A为NH3。‎