1、1课时规范练 21 化学能转化为电能电池一、选择题(本题共 8小题,每小题 7分,共 56分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.关于原电池的叙述正确的是( )A.原电池工作时,电极上不一定都发生氧化或还原反应B.某可充电电池充、放电时的总反应式为 L NiO2+xLi LiNiO2,放电时此电池的负极材料是1-Li1-xNiO2C.铅、银和盐酸构成的原电池工作时,铅板上有 5.175 g铅溶解,正极上就有 1 120 mL(标准状况)气体析出D.在理论上可将反应 CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H0设计成原电池2.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是( ).
2、碱性锌锰电池 .铅硫酸蓄电池.铜锌原电池 .银锌纽扣电池A.所示电池工作中,MnO 2的作用是催化剂B.所示电池放电过程中,硫酸浓度不断增大C.所示电池工作过程中,盐桥中 K+移向硫酸锌溶液D.所示电池放电过程中,Ag 2O是氧化剂,在电池工作过程中 Ag2O被还原为 Ag3.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,原电池将能继续工作2C.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.下面是 4种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为
3、水的是( )5.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示,下列与此原理有关的说法错误的是( )A.正极反应为 S +5H2O+8e- HS-+9OH-2-4B.输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C.这种情况下,Fe 腐蚀的最终产物为 Fe2O3xH2OD.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀6.利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护,下列说法不正确的是( )A.若 X为锌棒,开关 K置于 M处,可减缓铁的腐蚀B.若 X为锌棒,开关 K置于 M处,铁电极的反应为 Fe-2e- Fe2+C.若 X为碳棒,开关 K置于 N处,可减缓铁的腐蚀D.若 X为碳棒,
4、开关 K置于 N处,铁电极的反应为 2H+2e- H27.(2018广东汕头模拟)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图所示,下列说法正确的是( )3A.电子从 b流出,经外电路流向 aB.HS-在硫氧化菌作用下转化为 S 的反应是 HS-+4H2O-8e- S +9H+2-4 2-4C.如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化D.若该电池电路中有 0.4 mol电子发生转移,则有 0.5 mol H+通过质子交换膜8.全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极 a常用掺有石墨烯的 S8材料,电池反应为:16Li+ xS
5、8 8Li2Sx(2 x8)。下列说法错误的是 ( )A.电池工作时,正极可发生反应:2Li 2S6+2Li+2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过 0.02 mol电子,负极材料减重 0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极 a的导电性D.电池充电时间越长,电池中 Li2S2的量越多二、非选择题(本题共 3小题,共 44分)9.(14分)(1)如图所示,若溶液 C为浓硝酸,电流表指针发生偏转,B 电极材料为 Fe,A电极材料为 Cu,则B电极的电极反应式为 ,A 电极的电极反应式为 ;反应进行一段时间后溶液 C的 pH会 (填“升高”“降低”或“基本不变”)。 (2)我国首创以铝
6、空气海水电池作为能源的新型海水标志灯,以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流,只要把灯放入海水数分钟,就会发出耀眼的白光。则电源的负极材料是 (填化学名称),负极反应为 ;正极反应为 。 (3)熔融盐电池具有高的发电效率,因而受到重视。可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,CO为负极燃气,空气与 CO2的混合气为正极助燃气,制得在 650 下工作的燃料电池,其负极反应式4为 2CO+2C -4e- 4CO2,则正极反应式为 ,电池总反应式为 2-3。 10.(15分)氮元素的氢化物和氧化物在工业生产和国防建设中都有广泛应用,回答下列问题:(1)肼可作为火箭
7、发动机的燃料,与氧化剂 N2O4反应生成 N2和水蒸气。已知:N 2(g)+2O2(g) N2O4(l) H1=-19.5 kJmol-1N 2H4(l)+O2(g) N2(g)+2H2O(g) H2=-534.2 kJmol-1写出肼和 N2O4反应的热化学方程式: 。 (2)肼空气燃料电池是一种碱性电池,该电池放电时,负极的电极反应式为 。 (3)科研人员开发出一种由甲醇和氧气构成,以强碱溶液作电解质溶液的新型手机电池,充一次电可供手机连续使用一个月,则通入甲醇的是 (填“正”或“负”)极,写出该电池的负极反应式: 。 (4)Zn-MnO2干电池应用广泛,电解质溶液是 ZnCl2和 NH4
8、Cl的混合溶液。该电池的负极材料是 (填名称)。电池工作时,电子流向 (填“正极”或“负极”)。 若 ZnCl2和 NH4Cl混合溶液中含有杂质 Cu2+,则会加速某电极的腐蚀,其主要原因是 。 MnO 2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的 MnSO4溶液。阳极的电极反应式为 。若电路中通过 4 mol电子,标准状况下产生气体的物质的量为 。 11.(15分)SO 2、CO、CO 2、NO x是对环境影响较大的几种气体,对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。(1)利用电化学原理将 CO、SO 2转化为重要的化工原料,装置如图所示:若 A为 CO,B为 H2,C为 CH3OH
9、,则通入 CO的一极为 极。 若 A为 SO2,B为 O2,C为 H2SO4,则负极的电极反应式为 。 若 A为 NO2,B为 O2,C为 HNO3,则正极的电极反应式为 。 (2)某碳酸盐燃料电池,以一定比例的 Li2CO3和 Na2CO3低熔混合物为电解质,操作温度为 650 ,在此温度下以镍为催化剂,以煤气(CO、H 2的体积比为 11)直接做燃料,其工作原理如图所示。5电池总反应为 。 以此电源电解足量的硝酸银溶液,若阴极产物的质量为 21.6 g,则阳极产生气体标准状况下体积为 L。若电解后溶液体积为 2 L,溶液的 pH约为 。 (3)某研究小组利用下列装置用 N2O4生产新型硝化
10、剂 N2O5。现以 H2、O 2、熔融盐 Na2CO3组成燃料电池,采用电解法制备 N2O5,装置如图所示,其中 Y为 CO2。在该电极上同时还引入 CO2的目的是 。 电解过程中,生成 N2O5的电极反应方程式为 。 6课时规范练 21 化学能转化为电能电池1.D A 中原电池工作时电极上一定都发生氧化反应或还原反应;B 中电池放电时,负极材料是 Li;C中通过计算知正极上生成的气体在标准状况下的体积应为 560 mL。2. D 碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂,A 项错误;铅蓄电池放电时电池反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,H2SO4浓度减小,B 项错误;原电池中阳
11、离子向正极移动,故盐桥中 K+移向硫酸铜溶液,C 项错误;该原电池中,正极上氧化银得电子生成银,所以 Ag2O作氧化剂,D 项正确。3.D 题给原电池负极铜失电子,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,所以电子不会经过电解质溶液,故 A项错误;用铜线代替盐桥,乙池是原电池,甲池是电解池发生电镀,所以不是原来的原电池反应原理,故 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,电极反应为 Ag+e- Ag,故 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+,故 D项正确。4
12、.C A 项,通空气的电极作正极,正极反应式为 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,电极反应式为 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+,正极反应式为 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 ,正极反应式为 O2+2CO2+4e- 2C ,不符合题意。2-3 2-35.C 原电池的正极发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为 S +5H2O+8e- HS-+9OH-,故 A2-4正确;硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,会失去催化活性,
13、则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故 B正确;由图示可知,Fe 腐蚀的最终产物不会是 Fe2O3xH2O,故 C错误;管道上刷富锌油漆,可形成 Zn-Fe原电池,Fe 作为正极,可以延缓管道的腐蚀,故 D正确。6.B 若 X为锌棒,开关 K置于 M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极,金属铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故 A项正确;若 X为锌棒,开关 K置于 M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极,氧气在该极发生还原反应,故 B项错误;若 X为碳棒,开关 K置于 N处,形成电解池,此时金属铁为阴极,铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故 C项正确;若 X为碳棒,开关 K置于 N处,形成电
14、解池,X极为阳极,发生氧化反应,铁电极为阴极,发生还原反应,故 D项正确。7.B b 电极通入氧气,是正极,a 电极是负极,电子从 a电极流出,经外电路流向 b电极,A 错误;a 电极是负极,发生失去电子的氧化反应,即 HS-在硫氧化菌作用下转化为 S ,电极反应为 HS-+4H2O-2-48e- S +9H+,B正确;如果将反应物直接燃烧,会有部分化学能转化为光能,因此能量的利用率2-4会变化,C 错误;若该电池电路中有 0.4 mol电子发生转移,根据电荷守恒可知有 0.4 mol H+通过质子交换膜与 0.1 mol氧气结合转化为水,D 错误。8.D A 项,在该电池中电极 a为正极,发
15、生的反应依次为:S8+2Li+2e- Li2S873Li2S8+2Li+2e- 4Li2S62Li2S6+2Li+2e- 3Li2S4Li2S4+2Li+2e- 2Li2S2,故 A正确;B 项,原电池工作时,转移 0.02 mol电子时,被氧化的 Li的物质的量为 0.02 mol,质量减少 0.14 g,正确;C 项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极 a的导电性,正确;D 项,电池充电时由于 Li+得到电子生成 Li,则电池充电时间越长,电池中 Li2S2的量越少,错误。9.答案 (1)4H +2N +2e- 2NO2+2H 2O-3Cu-2e- Cu2+ 升高(2)铝 4Al-
16、12e - 4A 3O 2+6H2O+12e- 12OH-3+(3)O2+2CO2+4e- 2C 2CO+O 2 2CO22-3解析 (1)Fe 在浓硝酸中发生钝化,作正极,B 电极的电极反应式为 4H+2N +2e- 2NO2+2H 2O,A-3电极的电极反应式为 Cu-2e- Cu2+;反应消耗 H+,反应进行一段时间后溶液 C的 pH会升高。(2)电源的负极材料是铝,负极反应为 4Al-12e- 4A ;正极反应为 3O2+6H2O+12e- 12OH-。(3)正极反3+应式为 O2+2CO2+4e- 2C ,电池总反应式为 2CO+O2 2CO2。2-310.答案 (1)2N 2H4(
17、l)+N2O4(l) 3N2(g)+4H2O(g) H=-1 048.9 kJmol-1(2)N2H4-4e-+4OH- N2+4H 2O(3)负 CH 3OH-6e-+8OH- C +6H2O2-3(4)锌 正极 Zn 与 Cu2+反应生成 Cu,Zn、Cu 形成原电池而加快 Zn的腐蚀 Mn 2+-2e-+2H2OMnO2+4H+ 2 mol解析 (1)根据盖斯定律,由 2-得肼与 N2O4反应的热化学方程式:2N 2H4(l)+N2O4(l) 3N2(g)+4H2O(g) H=2 H2- H1=-1 048.9 kJmol-1。(2)肼在负极上参加反应,根据反应以及环境是碱性,可知电极反
18、应式为 N2H4+4OH-4e- N2+4H 2O。(3)根据燃料电池的原理可知,通入甲醇的一极为负极,其电极反应式为 CH3OH-6e-+8OH- C +6H2O。(4)锌是活泼金属,因此锌为负极,根2-3据原电池的工作原理,电子从负极经外电路流向正极;锌比铜活泼,能把铜置换出来,锌、铜与电解质溶液构成原电池,可加快锌的腐蚀;阳极失电子发生氧化反应,因此阳极的电极反应式为Mn2+2H2O-2e- MnO2+4H+,阴极的电极反应式为 2H+2e- H2,因此电路中通过 4 mol e-,生成氢气的物质的量为 2 mol。11.答案 (1)正 SO 2-2e-+2H2O S +4H+2-4O
19、2+4e-+4H+ 2H2O(2)CO+H 2+O2 CO2+H2O 1.12 1(3)在电极上与 O2共同转化为 C ,保持熔融盐成分不变2-3N 2O4+2HNO3-2e- 2N2O5+2H+8解析 (1)一氧化碳和氢气反应转化为甲醇的过程中氢元素的化合价升高,碳元素的化合价降低,因此氢气被氧化在负极反应,一氧化碳被还原在正极反应。二氧化硫、氧气和水反应生成硫酸过程中,硫元素化合价升高,二氧化硫被氧化在负极反应。二氧化氮、氧气和水反应生成硝酸过程中,氧元素的化合价降低,氧气被还原在正极反应。(2)一氧化碳和氢气按物质的量 11 混合,再与氧气反应生成二氧化碳和水。电解硝酸银溶液时阴极反应为
20、 Ag+e- Ag,阳极反应为 4OH-4e- 2H2O+O2,生成 21.6 g银时转移 0.2 mol电子,根据电子守恒可知,阳极生成氧气 0.05 mol,其在标准状况下的体积为 1.12 L。生成氢离子 0.2 mol,则氢离子的浓度为 =0.1 molL-1,因此溶液的0.22 pH=1。(3)燃料电池工作时燃料失电子,在负极反应,因此氢气在负极失去电子被氧化,转化为氢离子,氢离子和碳酸根离子结合,最终转化为二氧化碳和水。氧气在正极反应,得到电子被还原,转化为氧负离子,氧负离子和二氧化碳结合,最终转化为碳酸根离子,进而保证了电解质熔融盐成分不变。二氧化氮转化为五氧化二氮,氮元素化合价升高,发生失电子的氧化反应。
