1、课时规范练课时规范练 21化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 基础巩固基础巩固 1.(2020 江苏泰州二模)下列说法错误的是() A.铜丝缠在石墨棒上插入稀硝酸,可加快 NO生成速率 B.双液原电池中,可用浸有 CCl4的滤纸作盐桥 C.K2FeO4可用作碱性 Zn-K2FeO4电池的正极材料 D.生铁发生吸氧腐蚀时的腐蚀速率与 O2的浓度有关 2.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样的电池的发明是化学对人类的一项重大贡献, 下列有关电池的叙述正确的是() A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细 B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能 C.氢氧燃料电池工作时氧气在正极被还原 D
2、.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 3. 炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含 NaCl),不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所 示,下列说法正确的是() A.腐蚀过程中,负极是 Fe B.Fe 失去电子经电解质溶液转移给 C C.正极的电极反应式为 4OH-4e-2H2O+O2 D.C 是正极,O2在 C 表面上发生氧化反应 4.甲醇、氧气和强碱溶液作为电解质溶液的手机电池中的反应为 2CH3OH+3O2+4OH- 2CO3 2-+6H2O。有关说法正确的是( ) A.放电时,CH3OH 参与反应的电极为正极 B.放电时,负极电极反应:CH3OH+8OH-6e-CO3 2-+6
3、H2O C.标准状况下,通入 11.2 L O2完全反应有 1 mol 电子转移 D.充电时电解质溶液的 pH 逐渐减小 5.(2020 辽宁锦州模拟)肼(N2H4)暴露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电 池,该燃料电池具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示。下列叙述正 确的是() A.电池工作时,正极附近的 pH降低 B.当消耗 1 mol O2时,有 2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移 C.负极反应为 4OH-+N2H4-4e-N2+4H2O D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作 6.(2020 山东济宁三模)中国科学院深圳研究院成功研发出
4、一种基于二硫化钼/碳纳米复合材料的钠型 双离子电池,可充放电。其放电时工作原理如图所示。下列说法不正确的是() A.二硫化钼/碳纳米复合材料为该电池的负极材料 B.放电时正极的反应为 Cn(PF6)x+xe-xPF6 -+Cn C.充电时阴极的电极反应为 MoS2-C+xNa+xe-NaxMoS2-C D.充电时石墨端铝箔连接外接电源的负极 7.(2020 江苏化学,20 节选)HCOOH 燃料电池。研究 HCOOH 燃料电池性能的装置如图所示,两电极 区间用允许 K+、H+通过的半透膜隔开。 (1)电池负极电极反应式为;放电过程中需补充的物质 A 为 (填化学式)。 (2)图中所示的 HCO
5、OH 燃料电池放电的本质是通过 HCOOH 与 O2的反应,将化学能转化为电能,其 反应的离子方程式为。 能力提升能力提升 8.(2020 海南六市联考)世界某著名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁-空气电池,其结构如图 所示。 下列有关该电池放电时的说法正确的是() A.O2-由 b 极移向 a 极 B.正极的电极反应式为 FeOx+2xe-Fe+xO2- C.铁表面发生的反应为 xH2O(g)+FeFeOx+xH2 D.若有 22.4 L(标准状况)空气参与反应,则电路中有 4 mol 电子转移 9.(2020 山东淄博实验中学高考模拟)某研究小组进行如下表所示的原电池实验: 实 验 编
6、 号 实 验 装 置 实 验 现 象 连接好装置 5 分钟后,灵敏电流表指针向左偏 转,两侧铜片表面均无明显现象 连接好装置,开始时左侧铁片表面持续产生气泡,5分钟后,灵 敏电流表指针向右偏转,右侧铁片表面无明显现象 下列关于该实验的叙述正确的是() A.两装置的盐桥中,阳离子均向右侧移动 B.实验中,左侧的铜被腐蚀 C.实验中,连接装置 5 分钟后,左侧电极的电极反应为 2H+2e-H2 D.实验和实验中,均有 O2得电子的反应发生 10. (2020 安徽合肥第一中学冲刺高考)锌溴液流电池用溴化锌溶液作为电解质溶液,并在电池中不断循 环。下列有关说法正确的是() A.充电时 n 接电源的负
7、极,Zn2+通过阳离子交换膜由左侧流向右侧 B.放电时每转移 1 mol 电子,负极区溶液质量减少 65 g C.充电时阴极的电极反应为 Br2+2e-2Br- D.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜,放电时正、负极也随之改变 11. (2020 山东日照校际联考)某新型水系钠离子电池工作原理如右图所示。TiO2光电极能使电池在太阳 光照下充电,充电时 Na2S4转化为 Na2S。下列说法正确的是() A.充电时,太阳能转化为化学能,化学能又转化为电能 B.放电时,a 极为正极 C.充电时,阳极的电极反应式为I3 -2e- 3I- D.M 可以使用阳离子交换膜 12. 如图为钠高能电池的结构示意
8、图,该电池的工作温度为 320 左右,电池的总反应为 2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应为。M(由 Na2O 和 Al2O3制得)的两个作用是。 13.(1) 锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池的反应原理如图所示,其中电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移进入 MnO2晶格中,生成 LiMnO2。回答下列问题: 外电路的电流方向是由(填“a”或“b”,下同)极流向极。 电池的正极反应为。 (2)微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料 电池中,电解质溶液为酸性,示意图如右: 该电池中外电路电子的流动方向为(
9、填“从 A到 B”或“从 B 到 A”)。 工作结束后,B电极室溶液的 pH与工作前相比将(填“增大”“减小”或“不变”,溶液体积变 化忽略不计)。 A 电极附近甲醇发生的电极反应为。 拓展深化拓展深化 14. (1)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3 -)已成为环境修复的研究热点之一。 Fe 还原水体中 NO3 -的反应原理如图所示。 负极材料是,正极的电极反应式是。 将足量铁粉投入水体中,经 24 小时测定 NO3 -的去除率和 pH,结果如下: 初始 pH pH=2.5pH=4.5 NO3 -的 去除率 接近 100%50% 24小时 pH 接近中性接近中性 铁的最 终 物质形
10、态 pH=4.5 时,NO3 -的去除率低,其原因是 。 (2)锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度,因为其正极(以多孔碳为主)很轻,且氧气从环境中 获取而不用保存在电池里。其工作原理如图,电池总反应为 4Li+O2+2H2O4LiOH。 请回答下列问题: 该电池的正极反应是。 在负极的有机电解液和正极的水性电解液之间,用只能通过锂离子的固体电解质隔开,使用该固体 电解质的优点有。 正极使用水性电解液的优点是。 课时规范练 21化学能转化为电能电池 1.B铜丝和石墨棒在硝酸溶液中可构成原电池,从而加快反应速率,提高 NO的生成速 率,A项正确;CCl4属于非电解质,不能导电,因此不能用其制
11、作盐桥,B 项错误;K2FeO4中 的 Fe 为+6 价,具有很强的氧化性,因此可以为正极材料,与 Zn(作为负极)构成电池,C 项正 确;O2浓度越大,发生吸氧腐蚀时腐蚀速率也就越大,这体现了浓度对反应速率的影响,D 项正确。 2.CA项,在锌锰干电池中,正极是碳棒,该电极上二氧化锰发生得电子的还原反应,该电 极质量不会减少,错误;B项,氢氧燃料电池属于原电池的一种,是将化学能转化为电能的 装置,不能将热能直接转变为电能,错误;C项,氢氧燃料电池中,燃料为负极反应物,发生失 电子的氧化反应,氧气在正极被还原,正确;D项,太阳能电池的主要材料是半导体单质硅, 不是二氧化硅,错误。 3.A铁锅中
12、含有的 Fe、C,和电解质溶液可构成原电池,活泼金属作负极,Fe 易失电子,故 腐蚀过程中,负极是 Fe,A 项正确;原电池中电子由负极 Fe 直接向正极 C 流动,在电解质 溶液中依靠离子的移动导电,B 项错误;该原电池中,C 作正极,正极上氧气得电子发生还 原反应,电极反应式为 O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;C 是正极,O2在 C 表面上发生还原 反应,D项错误。 4.BA项,放电时,CH3OH 发生氧化反应,所以 CH3OH参与反应的电极为负极,错误;B 项, 放电时,负极为甲醇的氧化反应,结合电解质溶液,电极反应为 CH3OH+8OH-6e- CO3 2-+6H2O,正确;
13、C项,标准状况下,11.2 L O2的物质的量为 0.5 mol,所以 11.2 L O2完 全反应有 0.5 mol4=2 mol 电子转移,错误;D项,充电时,反应从右向左进行,OH-浓度增大, 溶液 pH逐渐升高,错误。 5.C电池工作时,O2在正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,由于生成 OH-,溶液的 pH增大,A项错误;当消耗 1 mol O2时,电路中转移 4 mol 电子,生成 4 mol OH-,为保持溶 液呈电中性,应有 4 mol Na+由甲槽向乙槽迁移,B 项错误;N2H4在负极上失电子发生氧化 反应,则负极反应为 4OH-+N2H4-4e-N2+4H2O
14、,C项正确;若去掉阳离子交换膜,正极产 生的 OH-直接向负极移动,不能产生稳定的电流,D项错误。 6.D原电池中电解质中的阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,由图中信息可知,钠离 子向铝箔石墨电极移动,故铝箔石墨电极为正极,二硫化钼/碳纳米复合材料为负极,A 项 正确;由装置图可知放电时正极产生 PF6 -,电极反应为 Cn(PF6)x+xe- xPF6 -+Cn,B 项正确; 充电时原电池的负极接电源的负极,作为阴极,发生的反应为 MoS2-C+xNa+xe- NaxMoS2-C,C项正确;充电时电池的正极接电源的正极,则石墨端铝箔应连接外接电 源的正极,D项错误。 7.答案 (1)HCO
15、O-+2OH-2e-HCO3 -+H2O H2SO4 (2)2HCOOH+2OH-+O22HCO3 -+2H2O(或 2HCOO-+O2 2HCO3 -) 解析:(1)依据两极物质化合价变化可知,负极 HCOOH 发生氧化反应得到 HCO3 -:HCOO- 2e-+2OH-HCO3 -+H2O。正极反应式为 Fe3+e- Fe2+,而 Fe2+被 O2氧化为 Fe3+,发生如 下反应:4Fe2+4H+O24Fe3+2H2O,再结合有 K2SO4被分离出来,故需补充 H2SO4。 (2)总反应的离子方程式为 2HCOO-+O22HCO3 -,也可写为 2HCOOH+O2+2OH- 2HCO3 -
16、+2H2O。 8.Ca极空气中氧气得电子发生还原反应,为正极,铁与水反应生成氢气,氢气在 b极失 电子发生氧化反应,为负极。在原电池中,阴离子向负极移动,O2-由 a极移向 b 极,A项错 误;a极空气中氧气得电子发生还原反应为正极,电极反应式为 O2+4e-2O2-,B项错误; 由新型中温全瓷铁-空气电池的装置图可知,铁表面发生的反应为 xH2O(g)+FeFeOx+xH2,C项正确;有 22.4 L(标准状况)空气参与反应,则氧气约为 0.2 mol,电路中约转移 0.8 mol 电子,D项错误。 9.D实验装置,电子移动的方向从负极流向正极,即左侧铜为正极,右侧铜为负极,根据 原电池工作
17、原理,阳离子向正极移动,即向左侧移动;实验装置连接好 5 min 后,灵敏电 流表指针向右偏转,说明左侧铁为负极,右侧铁为正极,根据原电池的工作原理,阳离子向 正极移动,即向右侧移动,A项错误。根据 A选项分析,实验中左侧铜没有被腐蚀,右侧 铜被腐蚀,B 项错误。实验中连接好装置 5 min后,灵敏电流表指针向右偏转,说明左侧 铁为负极,右侧铁为正极,即左侧电极反应为 Fe-2e-Fe2+,C 项错误。实验左侧电极反 应为 O2+4H+4e-2H2O,实验5 min 后,右侧铁片电极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH-,均 是吸氧腐蚀,D项正确。 10.A充电时 n接电源的负极,Zn2+通
18、过阳离子交换膜向阴极定向迁移,故由左侧流向右 侧,A项正确;放电时,负极 Zn 溶解生成 Zn2+,Zn2+通过阳离子交换膜向正极定向迁移,故负 极区溶液质量不变,B 项错误;充电时阴极的电极反应为 Zn2+2e-Zn,C 项错误;若将阳 离子交换膜换成阴离子交换膜,放电时正、负极不会改变,Zn 仍是负极,D项错误。 11.D充电时,太阳能转化为电能,电能又转化为化学能贮存起来,A错误;放电时,a 极为 负极,Na2S失电子氧化为 Na2S4,B 错误;充电时,阳极失电子被氧化,阳极的电极反应式为 3I-2e-I3 -,C 错误;M 是阳离子交换膜,D正确。 12.答案 xS+2e-S? 2-
19、(或 2Na+xS+2e- Na2Sx)导电和隔离钠与硫 13.答案 (1)baMnO2+Li+e-LiMnO2 (2)从 A 到 B不变CH3OH+H2O-6e-6H+CO2 解析:(1)结合所给装置图以及原电池反应原理可知,Li 为负极,MnO2为正极,所以电子 流向是 ab,电流方向则是 ba。根据题给信息“电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂 中,Li+通过电解质迁移进入 MnO2晶格中,生成 LiMnO2”,所以正极的电极反应为 MnO2+Li+e-LiMnO2。 (2)甲醇失去电子,A 电极为电池的负极,所以该电池外电路电子的流动方向为从 A 到 B。B电极上 O2得电子并消耗 H
20、+,同时溶液中的 H+移向 B 电极室,所以 B电极室 溶液的 pH与工作前相比未发生变化。CH3OH 失电子生成 CO2和 H+,根据化合价变 化和元素守恒配平方程式即可得电极反应为 CH3OH+H2O-6e-6H+CO2。 14.答案 (1)FeNO3 -+8e-+10H+ NH4 +3H2O pH越大,Fe3+越易水解成 FeO(OH),FeO(OH)不导电,会阻碍电子转移 (2)O2+2H2O+4e-4OH- 既可防止两种电解液混合,又可防止水和氧气等与负极的金属锂发生反应 可防止正极的碳孔堵塞 解析:(1)根据图示原理可知,Fe 失电子,使 NO3 - 还原为 NH4 +,故 Fe
21、为负极,结合电子守恒、 电荷守恒和元素守恒写出正极的电极反应:NO3 -+8e-+10H+ NH4 +3H2O。pH越 大,Fe3+越容易水解生成不导电的 FeO(OH),会阻碍反应进行,所以 NO3 - 去除率低;pH越小, 越容易生成疏松、能导电的 Fe3O4,所以 NO3 - 去除率高。 (2)在负极的有机电解液和正极的水性电解液之间,用只能通过锂离子的固体电解 质隔开,既可防止两种电解液发生混合,又可防止水和氧气与负极的金属锂发生反应。 该电池正极若使用非水性电解液,则生成的是固体氧化锂(Li2O),而使用水性电解液时,生 成的氢氧化锂(LiOH)溶于水,这样就不会引起正极的碳孔堵塞。
