1、1课后作业 9 原电池的工作原理 化学电源(时间:45 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题包括 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.(2018嘉兴一中高三期末考试)某玩具所用纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银,电解质溶液为 NaOH 溶液,电池的总反应式为 Ag2O+Zn 2Ag+ZnO,下列判断正确的是( )A.锌为正极,Ag 2O 为负极B.锌为负极,Ag 2O 为正极C.原电池工作时,负极附近溶液的 pH 增大D.原电池工作时,电流由负极流向正极答案 B解析根据元素化合价变化可知 Zn 被氧化,应为原电池的负极,则正极为 Ag2O,故 A 错
2、误,B 正确;原电池工作时,负极上发生反应 Zn+2OH-2e- ZnO+H2O,溶液 pH 减小,C 错误;原电池工作时,电流由正极流向负极,D 错误。2.下列叙述错误的是( )A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀答案 C解析 C 项中镀件应为阴极,铜为阳极,C 项错误。3.(2018温州十五校联考)如图为甲醇燃料电池。下列说法不正确的是( )A.c 处通入气体为氧气,在正极参与反应B.b 处加入的物质为甲醇,发生氧化反应C.正极反应式为 O2+4e-+4H+ 2H2OD.外电
3、路通过 3 mol 电子,生成 11.2 L CO 2气体答案 D解析根据溶液中质子的移动方向可知,左边电极为负极,右边电极为正极。右边电极为正极,C 处通入气体为氧气,故 A 正确;左边电极为负极,b 处加入的物质为甲醇,在负极发生氧化反应,故 B 正确;该原电池中电解质溶液显酸性,正极反应为:O 2+4e-+4H+ 2H2O,C 正确;未注明是否为标准状况,外电路通过 3mol 电子时,无法判断生成 CO2气体的体积,故 D 错误。24.(2018金华十校高三期末联考)某高能电池以稀硫酸作为电解质溶液,其总反应式为 CH2 CH2+O2CH3COOH。下列说法正确的是( )A.在电池工作过
4、程中,溶液中的 S 向正极移动O2-4B.随着反应的进行,正极区域附近溶液的 pH 变小C.当转移 4 mol 电子时,溶液中的 CH3COOH 分子数为 NA(NA为阿伏加德罗常数的值)D.负极上的电极反应为 CH2 CH2-4e-+2H2O CH3COOH+4H+答案 D解析根据原电池的工作原理,阴离子向负极移动,即 S 向负极移动,故 A 错误;电解质是硫酸,正O2-4极反应为 O2+4H+4e- 2H2O,正极区域 pH 增大,故 B 错误;负极反应为 CH2 CH2+2H2O-4e-CH3COOH+4H+,当转移 4mol 电子时,生成 1molCH3COOH,但 CH3COOH 部
5、分电离,因此溶液中 CH3COOH分子的物质的量小于 1mol,故 C 错误;根据电池总反应,电解质是硫酸,负极反应为 CH2 CH2+2H2O-4e- CH3COOH+4H+,故 D 正确。5.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的 c(S )减小O2-4C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡答案 C解析由图示可知,该原电池反应原理为 Zn+Cu2+ Zn2+Cu,故 Zn 电极为负极,失电子发生氧化反应,Cu 电极
6、为正极,Cu 2+得电子发生还原反应,A 项错误;该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故两池中 c(S )不变,B 项错误;电解过程中,溶液中 Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙O2-4池,乙池中发生反应 Cu2+2e- Cu,由于摩尔质量 M(Zn2+)M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,C 项正确;该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中,溶液中 Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液电荷平衡,阴离子并不通过交换膜,故 D 项错误。6.下图是将 SO2转化为重要的化工原料 H2SO4的原理示意图,下列说法不正确的是( )A.该装置将化学能转化为电
7、能3B.催化剂 b 表面 O2发生还原反应C.催化剂 a 表面的反应是 SO2+2H2O-2e- S +4H+O2-4D.生产过程中 H+向 a 电极区域运动答案 D解析该装置是原电池,将化学能转化为电能,A 项正确;由电子流向可判断 a 为负极,b 为正极,SO 2在负极发生氧化反应,C 项正确;O 2在正极发生还原反应,B 项正确;阳离子应由负极移向正极,即由 a电极区域移向 b 电极区域,D 项错误。7.根据如图实验装置判断,下列说法正确的是( )A.该装置能将电能转化为化学能B.活性炭为正极,其电极反应式为 2H +2e- H2C.电子从铝箔流出,经电流表、活性炭、滤纸回到铝箔D.装置
8、内总反应方程式为 4Al+3O2+6H2O 4Al(OH)3答案 D解析该装置发生的反应为铝的吸氧腐蚀,将化学能转化为电能,A 项错误;铝作负极,电极反应为 Al-3e- Al3+,活性炭作正极 ,其电极反应为 O2+4e-+2H2O 4OH-,负极产物 Al3+与正极产物 OH-结合可生成 Al(OH)3,故总反应为 4Al+3O2+6H2O 4Al(OH)3,B 项错误,D 项正确;被 NaCl 溶液浸泡的滤纸提供电解质溶液,在电解质溶液中没有电子的定向移动,只有离子的定向移动,C 项错误。8.一种熔融碳酸盐燃料电池如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )A.反应 CH4+H2O 3H
9、2+CO,每消耗 1 mol CH4转移 12 mol 电子B.电极 A 上 H2参与的电极反应为 H2+2OH-2e- 2H2OC.电池工作时,C 向电极 B 移动O2-3D.电极 B 上发生的电极反应为 O2+2CO2+4e- 2CO2-3答案 D解析 CH4中的 C 为-4 价,反应后生成的 CO 中 C 为+2 价,1molCH 4转移 6mole-,A 项错误;由示意图可以看出,熔融碳酸盐中没有 OH-,B 项错误;该燃料电池中,O 2在正极反应,CO 和 H2在负极反应,原电池中 C 移向负极,C 项错误;由示意图可看出,电极 B 处 CO2和 O2结合,转化为 C ,D 项正确。
10、O2-3 O2-3二、非选择题(本题包括 3 小题,共 52 分)49.(16 分)原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)某兴趣小组为研究原电池工作原理,设计如图所示装置。a 和 b 不连接时,烧杯中发生反应的离子方程式是 。 a 和 b 用导线连接,Cu 极为原电池 (填“正”或“负”)极,电极反应式是 ,Zn 极发生 (填“氧化”或“还原”)反应,溶液中的 H+移向 (填“Cu”或“Zn”)电极。 无论 a 和 b 是否连接,Zn 片均被腐蚀,若转移了 0.2 mol 电子,则理论上 Zn 片质量减轻 g。 (2)如图是甲烷燃料电池原理示意图,回答下列问题:电池的负极是 (填“a”或“b
11、”)电极,该极的电极反应式为 。 电池工作一段时间后电解质溶液的 pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 答案(1)Zn+2H + Zn2+H2 正 2H +2e- H2 氧化 Cu 6.5(2)a CH 4+10OH-8e- C +7H2OO2-3减小解析(1)若 a、b 不连接则发生的是 Zn 与 H2SO4的置换反应;a、b 连接后,构成原电池,Cu 的活泼性比 Zn 弱,Cu 为正极,Zn 为负极,Zn 极发生氧化反应;若转移 0.2mol 电子,则消耗 0.1molZn,其质量为 6.5g。(2)CH 4在反应中失去电子,故 a 电极是电池的负极。1molCH 4失去 8mol 电
12、子,在碱性条件下生成 C 和 H2O,根据电荷守恒可以写出电极反应式,也可由总反应式 CH4+2OH-+2O2 CO2-3+3H2O 减去正极反应式 O2+2H2O+4e- 4OH-求得负极反应式。由于电池工作过程中会消耗 OH-,O2-3故一段时间后,电解质溶液的 pH 减小。10.(18 分)钠硫电池作为一种新型储能电池,其应用逐渐得到重视和发展。(1)Al(NO3)3是制备钠硫电池的原料之一。由于 Al(NO3)3容易吸收环境中的水分,需要对其进行定量分析。具体步骤如下图所示:加入试剂 a 后发生反应的离子方程式为 。 操作 b 为 ,操作 c 为 。 5Al(NO 3)3待测液中, c
13、(Al3+)= molL -1(用 m、 V 表示)。 (2)钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na 2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体 Al2O3陶瓷(可传导 Na+)为电解质,其反应原理如图所示:根据下表数据,请你判断该电池工作的适宜温度应控制在 (填字母序号)范围内。 物质 Na SAl2O3熔点/97.8 1152050沸点/892 444.6 2980a.100 以下 b.100300 c.300350 d. 3502 050 放电时,电极 A 为 极。 放电时,内电路中 Na+的移动方向为 (填“从 A 到 B”或“从 B 到 A”)。 充电时,总反应为 Na2Sx 2N
14、a+xS(3x5),则阳极的电极反应式为 。 答案(1)Al 3+3NH3H2O Al(OH)3+3N H+4过滤、洗涤 灼烧(或加热)、冷却 1000m51V(2)c 负从 A 到 B -2e- xSS2-x解析(1)因氢氧化铝溶于强碱溶液,所以试剂 a 选择氨水。Al 3+与氨水反应生成氢氧化铝和 N 。H+4操作 b 是过滤、洗涤,操作 c 是灼烧、冷却。由氧化铝的质量可得 n(Al)= mol,由 Al 守恒得 c(Al3+)m51= molL-1。(2)因钠和硫熔融,所以温度应控制在 115444.6,c 项符合题意。放电时,钠1000m51V在负极失去电子,S 在正极得电子,则 A
15、 是负极,B 是正极。原电池内部,阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移。充电时,阳极发生氧化反应,即 失电子生成 S。S2-x11.(18 分)(1)高铁酸钾(K 2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂,而且高铁电池的研制也在进行中。如图 1 是高铁电池的模拟实验装置:6图 1图 2该电池放电时正极的电极反应式为 ;若维持电流强度为 1 A,电池工作十分钟,理论消耗 Zn g(已知 F=96 500 Cmol-1)。 盐桥中盛有饱和 KCl 溶液,此盐桥中氯离子向 (填“左”或“右”)移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向 (填“左”或“右”)移动。 图 2 为高铁电池和常用的高能碱性电池的放
16、电曲线,由此可得出高铁电池的优点有 。 (2)有人设想以 N2和 H2为反应物,以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如下图所示,电池正极的电极反应式是 ,A 是 。 (3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中 CO 的浓度,其装置如下图所示。该电池中 O2-可以在固体介质 NASICON(固溶体)内自由移动,工作时 O2-的移动方向 (填“从 a 到 b”或“从 b 到 a”),负极发生的电极反应为 。 答案(1)Fe +4H2O+3e- Fe(OH)3+5OH -O2-40.2 右 左 使用时间长、工作电压稳定(2)N2+8H+6e- 2N 氯化铵
17、 (3)从 b 到 a CO+O 2-2e- CO2H+4解析(1)放电时高铁酸钾在正极上发生还原反应,电极反应式为 Fe +4H2O+3e- Fe(OH)O2-43+5OH -;若维持电流强度为 1A,电池工作十分钟,转移电子的物质的量为=0.0062176mol。理论消耗 Zn 的质量 0.0062176mol 65gmol-10.2g。1A1060s96500Cmol-1 127电池工作时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,所以盐桥中氯离子向右移动;若用阳离子交换膜代替盐桥,则钾离子向左移动。由高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线可得出高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。(2)该电池反应的本质是合成氨反应,电池中氢气失去电子,在负极发生氧化反应,氮气得电子在正极发生还原反应,则正极反应为 N2+8H+6e- 2N ;氨气与 HCl 反应生成氯化铵,则电解质溶H+4液为氯化铵溶液。(3)工作时电极 b 作正极,O 2-由电极 b 移向电极 a;该装置是原电池,通入一氧化碳的电极 a 是负极,负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应,电极反应式为 CO+O2-2e- CO2。
