【师说】2017版高考化学一轮复习 课时作业19 第6章 化学反应与能量 2 原电池 化学电源 新人教版

基础巩固

1．(2016·山东泰安高三模拟)

选用下列试剂和电极：稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流计G的指针均明显偏转，则其可能的组合共有( )

A．6种 B．5种 C．4种 D．3种

解析 铁棒、铜棒作电极，稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液作电解质溶液可组成两种原电池；铁棒、铂棒作电极，稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液作电解质溶液可组成两种原电池；铂棒、铜棒作电极，Fe2(SO4)3溶液作电解质溶液可组成一种原电池，一共能形成5种原电池。

答案 B

2．(2016·湖北孝感阶段测试)我国知名企业比亚迪公司开发了具有多项专利的锂钒氧化物二次电池，其成本较低，对环境无污染，能量密度远远高于其他电池，电池总反应为V2O5＋xLi LixV2O5。下列说法中正确的是( )

＋

A．电池在放电时，Li向负极移动 B．锂在放电时作正极，充电时作阳极

－＋

C．该电池充电时阳极的反应为LixV2O5－xe===V2O5＋xLi D．V2O5只是锂发生反应的载体，不参与电池反应

＋

解析 电池在放电时，Li向正极移动，A错误；锂在放电时作负极，充电时作阴极，B

－＋

错误；该电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe===V2O5＋xLi，C正确；V2O5参与电池反应，D错误。

答案 C

3．(2016·江苏南通调研)下图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是( )

A．分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类 B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

＋

C．放电过程中，H从正极区移向负极区

＋－2＋

D．正极反应式为MnO2＋4H＋2e===Mn＋2H2O

解析 分子式为CH2O的有机物为甲醛(HCHO)而不是糖，A错；微生物所在电极区生成了CO2，发生了氧化反应，B错；原电池在工作时，阳离子向正极区移动，C错；在正极上MnO2

2＋

得电子生成Mn，D正确。

答案 D

4．(2016·辽宁五校联考)某碱性蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe＋NiO2＋2H2O

Fe(OH)2＋Ni(OH)2，下列说法中正确的是( ) A．放电时，负极上发生反应的物质是NiO2

＋－

B．放电时，正极反应是NiO2＋2H＋2e===Ni(OH)2

－－

C．充电时，阴极反应是Ni(OH)2＋2OH－2e===NiO2＋2H2O

1

D．充电时，阳极附近pH减小

解析 放电时，发生原电池反应，Fe为负极，此电池为碱性电池，在书写电极反应和

＋－－

总反应式时不能出现H，故放电时的电极反应是：(负极)Fe＋2OH－2e===Fe(OH)2，(正

－－

极)NiO2＋2H2O＋2e===Ni(OH)2＋2OH。充电时，发生电解反应，此时阴极反应为原电池负极反应的逆反应，阳极反应为原电池正极反应的逆反应。充电时，阳极反应为Ni(OH)2＋2OH－－－

－2e===NiO2＋2H2O，OH浓度减小，则阳极附近pH减小，故D正确。 答案 D

5．(2016·北京朝阳一模)如图为锌铜原电池装置图，下列说法不正确的是( )

A．电子经导线由Zn极流向Cu极

2＋2＋

B．该装置的总反应Zn＋Cu===Zn＋Cu

C．一段时间后，A池带正电荷，B池带负电荷 D．取出盐桥，电流计指针不再偏转

解析 盐桥中阳离子移向B池，阴离子移向A池，起到平衡电荷的作用，故A池和B池中溶液仍然保持电中性。

答案 C 6.

(2015·四川成都一诊)利用如图所示原电池可测量空气中Cl2的含量，其中电解质是Ag＋

可以自由移动的固体物质。下列分析不正确的是( ) A．电子经外电路流向Pt电极

＋

B．电池工作时，电解质中Ag数目减少

－＋

C．正极反应：Cl2＋2e＋2Ag===2AgCl D．空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快

－＋－

解析 该电池的负极是Ag，电极反应为Ag－e===Ag，正极发生反应：Cl2＋2e＋2Ag＋＋＋

===2AgCl，依据得失电子守恒负极生成两个Ag，正极消耗两个Ag生成两个AgCl，所以

＋

电解质中Ag数目不变，B选项错误。

答案 B

综合提升

7．(2016·江西重点中考)以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如下图。下列说法正确的是( )

A．以此电池为电源电解精炼铜，当有0.1 mol e转移时，有3.2 g铜熔解

2－－2－

B．若以甲烷为燃料气时负极反应式：CH4＋5O－8e===CO3＋2H2O

－

2

C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3

－2－

D．空气极发生的电极反应式为O2＋4e＋2CO2===2CO3

解析 因为电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中的Zn、Fe等活泼金属均失电子，所以

2－2－

溶解的铜小于0.05 mol，质量小于3.2 g，A项错误；因为电解质中无O，应以CO3配平

2－－－

电荷，正确的负极反应式为CH4＋4CO3－8e===5CO2＋2H2O、正极反应式为O2＋4e＋

2－

2CO2===2CO3，电池反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O，不需要补充Li2CO3和K2CO3，B、C错误，D正确。

答案 D

8．(2016·山西太原二模)新型NaBH4­H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示(已知NaBH4

中氢为－1价)，下列有关该电池的说法不正确的是( )

A．放电过程中，Na从A极区向B极区迁移 B．电极B材料中含MnO2层，MnO2起导电作用

－1

C．在电池反应中，每消耗1 L 6 mol·L H2O2溶液，理论上流过电路中的电子为12NA

个

D．电池负极区的电极反应为BH4＋8OH－8e===BO2＋6H2O

解析 根据题中图示可知，H2O2在B极得电子发生还原反应，故B极为正极，则A为负极。A项，原电池中阳离子移向正极，即向B极区迁移，正确；B项，MnO2不能导电，只起催化作用，错误；C项，

－－

H2O2 ＋ 2e === 2OH 1 2

－1

1 L×6 mol·L n＝12 mol

－

则转移的电子数为12NA个，正确；D项，根据题中图示知，A极发生的反应为BH4＋8OH－－－

－8e===BO2＋6H2O，正确。 答案 B

9．(2016·广东广州一模)某同学组装了下图所示的电化学装置，电极材料Ⅰ～Ⅳ均为石墨，闭合K后，下列叙述正确的是( )

－

－

－

－

＋

A．电子移动方向：电极Ⅳ→Ⅰ

－－

B．电极Ⅱ的电极反应：O2＋2H2O＋4e===4OH C．电极Ⅲ发生还原反应

D．电极Ⅳ附近观察到黄绿色气体

解析 左侧为燃料电池，右侧为电解池；通H2一极为负极，通O2一极为正极，则电极Ⅲ是电解池的阳极，电极Ⅳ是电解池的阴极；电子从Ⅰ流向Ⅳ；电极Ⅱ的电极反应为O2＋2H2O

－－－－

＋4e===4OH；电极Ⅲ发生氧化反应；电极Ⅳ的电极反应为2H2O＋2e===H2↑＋2OH，故B正确，A、C、D均不正确。

答案 B

3

10．(2016·北京石景山一模)根据右图，下列判断正确的是( ) A．电子从Zn极流出，流入Fe极，经盐桥回到Zn极

－2＋

B．烧杯b中发生的电极反应为Zn－2e===Zn

＋－

C．烧杯a中发生反应O2＋4H＋4e===2H2O，溶液pH降低 D．向烧杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀生成

解析 A项，锌是负极，铁是正极，电子从负极经外电路流向正极；B项，负极发生的

－2＋－－

电极反应为Zn－2e===Zn；C项，烧杯a中发生反应O2＋2H2O＋4e===4OH，溶液pH升高；

2＋

D项，烧杯a中无Fe生成，加入少量K3[ Fe(CN)6]溶液，无蓝色沉淀生成。

答案 B 11．(2016·山东日照一中质检)利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，下图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池示意图。当电池工作时，有关说法正确的是( )

A．铝罐将逐渐被腐蚀

B．该电池驱动电动玩具时，石墨棒应与玩具电机的负极相连

－－

C．石墨棒上发生的反应为：O2－4e＋2H2O===4OH D．该电池工作一段时间后石墨棒的质量会减轻

解析 原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，电子经导线传递到正极，溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。铝是活泼的金属，作负极，失去电子，石墨棒是正极，氧气在正极得到电子，即相当于是铝的吸氧腐蚀，电极反应式

－－

O2＋4e＋2H2O===4OH，A正确，C错误；石墨棒应与玩具电机的正极相连，B错误；该电池工作一段时间后石墨棒的质量增加，D错误。

答案 A

体验高考

12．(2014·海南卷)锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原

＋

理如下图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

回答下列问题：

(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母序号) (2)电池正极反应式为

________________________________________________________________________。 (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

4

(4) MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。 K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。 解析 (1)由两极物质可知，负极为Li，正极为MnO2，则外电路电流流向为正极经导线＋到达负极，即b极流向a极。(2)正极为MnO2，而题干中给出Li通过电解质迁移入MnO2晶－＋格中生成LiMnO2，故正极电极反应式为MnO2＋e＋Li===LiMnO2。(3)负极Li为活泼碱金属元素，单质Li会与水发生反应，所以不能用水溶液作电解质。(4) MnO2可与KOH、KClO3在高温下生成K2MnO4，则锰元素化合价升高，氯元素化合价降低，依据氧化还原反应书写化学方程式；K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2，依据化合价升降相等快速判断产物的物质的量之比(K2MnO4→KMnO4化合价升高1；K2MnO4→MnO2化合价降低2)为2∶1。 －＋答案 (1)b a (2)MnO2＋e＋Li===LiMnO2 (3)否 电极Li是活泼金属，能与水反高温应 (4)3MnO2＋KClO3＋6KOH=====3K2MnO4＋KCl＋3H2O 2∶1 13．(2015·新课标全国卷Ⅱ)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示： 溶解度/(g/100 g水) 温度/℃ 0 20 40 60 80 100 化合物 NH4Cl 29.3 37.2 45.8 55.3 65.6 77.3 ZnCl2 343 395 452 488 1 614 化合物 Zn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 －17－17－39Ksp近似值 10 10 10 回答下列问题： (1)该电池的正极反应式为________________，电池反应的离子方程式为________________。 (2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 －1C·mol) (3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过__________________分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、________和________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为________________，其原理是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加稀H2SO4和H2O2溶解，铁变为________，加碱调节至pH为________时，铁刚好沉淀完全(离－5－1子浓度小于1×10 mol·L时，即可认为该离子沉淀完全)；继续加碱至pH为________2＋－1时，锌开始沉淀(假定Zn浓度为0.1 mol·L)。若上述过程不加H2O2后果是________________，原因是_______________________________________________。 －2＋解析 (1)该电池为酸性锌锰干电池，电极反应式为负极：Zn－2e===Zn，正极：2MnO2－＋＋2e＋2H===2MnOOH。(2)电量Q＝It＝0.5 A×5×60 s＝150 C，则m(Zn)＝150 C－1×65 g·mol＝0.05 g。(3)由表格中信息可知，ZnCl2的溶解度受温度－196 500 C·mol×2影响较大，NH4Cl的溶解度受温度影响较小，故可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。3＋3－－53－－39－－11.3(4)Ksp[Fe(OH)3]＝c(Fe)×c(OH)＝1×10×c(OH)＝1×10，c(OH)＝10 mol·L－12＋2－2－－17，pOH＝11.3，则pH＝2.7。Ksp[Zn(OH)2]＝c(Zn)×c(OH)＝0.1×c(OH)＝1×10，c(OH－)＝10－8 mol·L－1，pOH＝8，则pH＝6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近，若不用H2O22＋3＋2＋2＋将Fe氧化为Fe，沉淀Zn时，Fe也可转化为Fe(OH)2沉淀，而使制得的ZnSO4·7H2O不纯净。 ＋－＋2＋2＋答案 (1)MnO2＋H＋e===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H===2MnOOH＋Zn(注：式中Zn可写2＋＋＋为Zn(NH3)4，Zn(NH3)2Cl2等，H可写为NH4)

5

(2)0.05

(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热 碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2

3＋2＋2＋

(4)Fe 2.7 6 Zn和Fe分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近

6