安徽专用版高考化学 课时提能演练二十六 91 原电池 化学电源 新人教版含精细解析 7页

‎【安徽】2019版化学复习方略 课时提能演练(二十六) 9.1 原电池 化学电源（人教版）‎ ‎（45分钟 100分）‎ 一、选择题(本题包括10小题，每小题6分，共60分)‎ ‎1.(2019·海南高考)一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ 当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是(　　)‎ A.H2O的还原　　　　　 　B.NiO(OH)的还原 C.H2的氧化 D.Ni(OH)2的氧化 ‎2.(2019·福建高考)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是(　　)‎ A.水既是氧化剂又是溶剂 B.放电时正极上有氢气生成 C.放电时OH－向正极移动 D.总反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑‎ ‎3.两种金属A与B组成原电池时，A是正极。下列有关推断正确的是(　　)‎ A.A的金属性强于B B.A电极上发生的电极反应是还原反应 C.电子不断由A电极经外电路流向B电极 D.A在金属活动性顺序表中一定排在氢前面 ‎4.(2019·广东高考)某小组为研究电化学原理，设计装置。下列叙述不正确的是(　　)‎ A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：‎ ‎　Cu2＋＋2e－===Cu C.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D.a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 ‎5.(2019·新课标全国卷)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：‎ Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2‎ 下列有关该电池的说法不正确的是(　　)‎ A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B.电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2‎ C.电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D.电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O ‎6.(2019·浙江高考)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。‎ 导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A.液滴中的Cl－由a区向b区迁移 B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应为 ‎　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎7.下列防腐措施中，利用原电池反应使主要金属得到保护的是(　　)‎ A.用氧化剂使金属表面生成致密稳定的氧化物保护膜 B.在金属中加入一些铬或镍制成合金 C.在轮船的壳体水线以下部分装上锌锭 D.金属表面喷漆 ‎8.(预测题)依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===‎ Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，设计的原电池如图所示。下列有关说法中错误的是(　　)‎ A.电解质溶液Y是CuSO4溶液 B.电极X的材料是Cu C.银电极为电池的正极，其电极反应为Ag＋＋e－===Ag D.外电路中的电子是从X电极流向Ag电极 ‎9.小军利用家中的废旧材料制作了一个可使玩具扬声器发出声音的电池，装置如图所示。下列有关该电池工作时的说法错误的是(　　)‎ A.铝质汽水罐将逐渐被腐蚀 B.电子流向为铝质汽水罐→导线→扬声器→导线→木炭棒 C.食盐水中的Na＋向木炭棒移动 D.木炭棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎10.(2019·蚌埠模拟)据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车已经在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述不正确的是(　　)‎ A.负极反应式为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O B.工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变 C.该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O D.用该电池电解CuCl2溶液，产生‎2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移 二、非选择题(本题包括3小题，共40分)‎ ‎11.(12分)(易错题)化学在能源开发与利用中起着十分关键的作用。氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。‎ Ⅰ.氢氧燃料电池能量转化率高，具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极)：‎ ‎(1)对于氢氧燃料电池，下列表达不正确的是___________________。‎ A.a电极是负极，OH－移向负极 B.b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C.电池总反应式为：2H2＋O22H2O D.电解质溶液的pH保持不变 E.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 ‎(2)上图装置中盛有100 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，此时图中装置中溶液的pH＝　　　　　(溶液体积变化忽略不计)。‎ Ⅱ.已知甲醇的燃烧热ΔH为－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为_________________________________，‎ 正极的反应式为___________________________________________________。‎ 理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为____________________________________________‎ ‎(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。‎ ‎12.(12分)(2019·山东高考)科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。‎ ‎(1)实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为_________________________________________________________________。‎ 要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是___________________________。‎ ‎(2)如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为‎320 ℃‎左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为___________________________。‎ M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是___________‎ ‎___________________________________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ 与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的___________倍。‎ ‎(3)Na2S溶液中离子浓度由大到小的顺序为_______________________________‎ ‎__________________________________________________________________，‎ 向该溶液中加入少量固体CuSO4，溶液pH　　　　(填“增大”、“减小”或“不变”)，Na2S溶液长期放置有硫析出，原因为_____________________________‎ ‎________________________________________________(用离子方程式表示)。‎ ‎13.(16分)(探究题)第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。‎ ‎(1)混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理示意如图，其总反应式为：H2＋2NiOOH2Ni(OH)2‎ 根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH　　　　(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为______________‎ ‎_____________________________________。‎ ‎(2)Cu2O是一种半导体材料，可通过如图的电解装置制取，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑‎ 阴极的电极反应式是________________________________________________。‎ 用镍氢电池作为电源进行电解，当蓄电池中有1 mol H2被消耗时，Cu2O的理论产量为　　　　g。‎ ‎(3)远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生电化学腐蚀中的　　　　腐蚀。为防止这种腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与像铅酸蓄电池这样的直流电源的　　　　(填“正”或“负”)极相连。 ‎ 答案解析 ‎1.【解题指南】解答本题要注意以下两点：‎ ‎(1)与正极相连的电极是电解池的阳极；‎ ‎(2)化合价升高的物质发生氧化反应。‎ ‎【解析】选D。由题意知，电池总反应为H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2。可充电电池在充电时，实际上起一个电解池的作用，与外电源正极连接的电极是阳极，发生氧化反应，与放电时的正极反应相反，可知Ni(OH)2在反应中失电子被氧化，发生氧化反应。‎ ‎【方法技巧】可充电电池的反应规律 ‎(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池，充电时是电解池。‎ ‎(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上可逆。即将正(负)极反应改变方向即得阳(阴)极反应式。‎ ‎(3)原电池充电时，负极作电解池的阴极，跟外接电源负极相连，正极作电解池的阳极，跟外接电源正极相连。‎ ‎(4)放电总反应和充电总反应在形式上互逆，但不是可逆反应。‎ ‎2.【解题指南】解答本题要注意以下两点：‎ ‎(1)原电池电解质溶液中的阳离子移向正极得到电子，发生还原反应；‎ ‎(2)金属锂是一种活泼的碱金属，容易和水反应放出氢气。‎ ‎【解析】选C。金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为：Li－e－===‎ Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性H＋＞Li＋，所以正极反应是：2H＋＋2e－===H2↑，由于H＋来自于水的电离，所以H＋放电的同时溶液中产生了 OH－，即该反应的总反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，水既是氧化剂又是溶剂。在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动，C选项错误。‎ ‎3.【解析】选B。A项，A是正极，说明A的金属性弱于B，A错误；C项，因B电极为负极，电子由B电极经外电路流向A电极，C错误；D项，A不一定排在氢前，如铜或石墨也可作原电池的正极。‎ ‎4.【解析】‎ 选D。a和b不连接时，铁比铜活泼，从溶液中置换出铜，A项正确；a和b连接时，形成原电池，铁作为负极而溶解，铜作为正极，溶液中的Cu2＋得到电子被还原成铜单质，所以B项正确；无论a和b是否连接，装置中都发生Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋的反应，溶液会由蓝色逐渐变为浅绿色，C项正确；如果a和b分别连接直流电源正、负极，该装置为电解池，Cu为阳极，Fe为阴极，则溶液中的阳离子向阴极移动，即Cu2＋向铁电极移动，D项不正确，故选D。‎ ‎5.【解析】选C。A项，可充电电池中活泼金属失去电子，为负极，得到电子的Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解液为碱性溶液，A正确；B项，放电时，负极铁失去2个电子，生成Fe2＋，因为电解液为碱性溶液，所以电极反应为：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；C项，充电时，阴极发生还原反应：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，所以电极附近pH增大，C错误；D项，电池充电时，阳极发生氧化反应，由Ni(OH)2转化为Ni2O3，电极反应为：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。‎ ‎6.【解析】选B。液滴边缘O2多，发生正极反应O2＋2H2O＋4e－===4OH－。液滴下的Fe发生负极反应Fe－2e－===Fe2＋，为腐蚀区(a)。A项错误，Cl－由b区向a区迁移；C项错误，液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀；D项错误，Cu不如Fe活泼，作正极，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋。‎ ‎【误区警示】液滴下的铁发生的是氧化反应而不是还原反应，容易误判。在液滴中溶氧量不同，边缘溶氧要多于液滴内部。故液滴边缘是正极区。‎ ‎7.【解析】选C。原电池反应须具备构成原电池反应的条件，A、B、D项都不能构成，只有C项符合题意。‎ ‎8.【解题指南】解答本题时应注意以下两点：‎ ‎(1)由氧化还原反应拆成两个半反应可知，Cu作原电池负极；‎ ‎(2)根据得电子的离子选取电解质溶液。‎ ‎【解析】选A。由电极反应可知，电解质溶液须为AgNO3溶液而不是CuSO4溶液。‎ ‎9.【解析】选D。该原电池发生的是铝的吸氧腐蚀，铝为负极，木炭棒为正极，木炭棒上发生的反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－。原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。‎ ‎10.【解析】选D。氢氧燃料电池负极反应物为H2，电解液为KOH，所以负极产物为H2O；氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，KOH的物质的量不变；‎ ‎2.24 L‎ Cl2的物质的量为0.1 mol，有0.2 mol电子转移。‎ ‎11.【解析】Ⅰ.(1)C项反应条件不是点燃，C项错；随着燃料电池的不断反应，水越来越多，KOH溶液浓度逐渐减小，pH逐渐减小，故D错。‎ ‎(2)右池为电解池，其电极反应为：阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：‎ ‎4Ag＋＋4e－===4Ag，当氢氧燃料电池中消耗氢气112 mL(标准状况下)时，转移电子数为0.01 mol，右池中共消耗0.01 mol OH－，故生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝＝0.1 mol/L，pH＝1。‎ Ⅱ.该燃料电池的理论效率＝702.1 kJ/726.5 kJ×100%≈96.6%。‎ 答案：Ⅰ.(1)C、D　(2)1‎ Ⅱ.CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O　96.6%‎ ‎12.【解题指南】解答本题时应注意以下两点：‎ ‎(1)M的作用：一是导电，二是因钠与硫易反应，它起到隔离作用；‎ ‎(2)消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的倍数，就是等质量的钠与铅失电子数的倍数。‎ ‎【解析】(2)正极的电极反应式为：xS＋2e－===Sx，M的作用：一是导电，二是因钠与硫易反应，故它起到隔离作用；钠高能电池中负极为钠，有‎23 g钠消耗释放1 mol e－，则‎207 g钠消耗时转移207/23 mol e－，铅蓄电池的电极反应为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，铅蓄电池中铅是负极，‎207 g铅消耗时转移2 mol e－，故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的(207/23)∶2＝4.5倍。‎ ‎(3)根据电离与水解的知识可判断：c(Na＋)＞c(S2－)＞c(OH－)＞c(HS－)＞c(H＋)，加入少量固体CuSO4后，溶液中发生离子反应：Cu2＋＋S2－===CuS↓，由于c(S2－)降低，故由S2－水解产生的OH－量减小，c(OH－)变小，c(H＋)变大，溶液的pH减小；Na2S溶液长期放置所发生的化学反应方程式为2Na2S＋O2＋2H2O===4NaOH＋‎ ‎2S↓，故离子方程式为2S2－＋O2＋2H2O===4OH－＋2S↓。‎ 答案：(1)2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑‎ CS2(或热的NaOH溶液)‎ ‎(2)xS＋2e－===Sx (或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx) 　导电和隔离钠与硫　4.5‎ ‎(3)c(Na＋)＞c(S2－)＞c(OH－)＞c(HS－)＞c(H＋)　减小　2S2－＋O2＋2H2O===4OH－‎ ‎＋2S↓‎ ‎13.【解析】(1)从题意可知，混合动力车上坡或加速时，电池应处于放电状态，故负极反应式为：H2＋2OH－－2e－===2H2O，则正极反应可由总电极反应式减去负极反应式得到，即NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，由于在放电时，生成了 OH－，故乙电极周围溶液的pH增大。‎ ‎(2)结合装置图及总电极反应式可以得知，H＋在阴极放电，故阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；由总电极反应式可求得，1 mol H2被消耗时，同时生成1 mol Cu2O，其质量为‎144 g。‎ 答案：(1)增大　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　144　(3)吸氧　负