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2019年高中化學(xué) 1.3 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 電池習(xí)題 魯科版選修4 1．下列關(guān)于原電池的敘述正確的是(　　) A．構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 C．在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原 D．原電池放電時(shí)，電流的方向是從負(fù)極到正極 解析：構(gòu)成原電池的正、負(fù)極可以用金屬電極與非金屬，如碳作電極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池中電子流出的一極發(fā)生氧化反應(yīng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；電流的方向是從正極經(jīng)外電路流向負(fù)極，與電子流動(dòng)的方向是相反的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 2．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚(yú)雷和潛艇的儲(chǔ)備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．水既是氧化劑又是溶劑 B．放電時(shí)正極上有氫氣生成 C．放電時(shí)OH－向正極移動(dòng) D．總反應(yīng)為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 解析：鋰比鐵的金屬性強(qiáng)，故鋰應(yīng)做負(fù)極材料失電子，由題意知該原電池以LiOH為電解質(zhì)且加入水即可放電則應(yīng)發(fā)生反應(yīng)：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，依據(jù)方程式可以判斷水中氫在正極得電子，由＋1價(jià)被還原為0價(jià)，生成氫氣，且水做氧化劑，故答案中A、B、D三項(xiàng)正確；C項(xiàng)中作為陰離子的OH－離子應(yīng)向原電池的負(fù)極移動(dòng)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C 3．一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀，負(fù)極上的反應(yīng)為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．檢測(cè)時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動(dòng) B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應(yīng)為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：本題考查新型燃料電池，意在考查學(xué)生能否正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。結(jié)合題意，該電池總反應(yīng)即是乙醇的氧化反應(yīng)，不消耗H＋，故負(fù)極產(chǎn)生的H＋應(yīng)向正極移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；酸性溶液中，正極電極反應(yīng)式為：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合D項(xiàng)，轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí)，消耗O2 0.1 mol，即標(biāo)況下的體積為2.24 L，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)正確。 答案：C 4．下列事實(shí)與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是(　　) A．光亮的自行車(chē)鋼圈不易生銹 B．黃銅(Cu、Zn合金)制的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 C．銅、鋁電線一般不連接起來(lái)作導(dǎo)線 D．生鐵比熟鐵(幾乎是純鐵)容易生銹 解析：本題考查金屬腐蝕問(wèn)題。金屬腐蝕包括兩方面：一是電化學(xué)腐蝕，這是主要的；二是化學(xué)腐蝕，直接被氧化劑氧化。B、C、D三項(xiàng)可以構(gòu)成原電池，形成電化學(xué)腐蝕；A項(xiàng)是鍍上一層保護(hù)層，不是因?yàn)殡娀瘜W(xué)而導(dǎo)致。 答案：A 5．阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池總反應(yīng)為：2H2＋O2===2H2O。 若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)式分別為： 負(fù)極__________________，正極__________________。 若電解質(zhì)溶液為稀H2SO4，其電極反應(yīng)式分別為： 負(fù)極__________________，正極__________________。 解析：電解質(zhì)溶液為堿性，在書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)可出現(xiàn)OH－，但不能出現(xiàn)H＋；同樣，電解質(zhì)溶液為酸性，在書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí)可出現(xiàn)H＋，但不能出現(xiàn)OH－。 答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　H2－2e－===2H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O 6. 原電池原理廣泛應(yīng)用于科技、生產(chǎn)和生活中，請(qǐng)回答以下問(wèn)題： (1)肼(N2H4)又稱(chēng)聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。肼－空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產(chǎn)物無(wú)污染，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空氣燃料電池放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式是____________________；負(fù)極的電極反應(yīng)式是__________________。 解析：氧氣在正極上發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子，肼在負(fù)極上被氧化轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的氮?dú)夂虷2O。 答案：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ N2H4＋4OH－―→N2↑＋4H2O＋4e－ (2)有人設(shè)想尋求合適的催化劑和電極材料，以N2、H2為電極反應(yīng)物，以HCl－NH4Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池。試寫(xiě)出該電池的正極反應(yīng)式________________________________________________________________________。 解析：相當(dāng)于氮?dú)夂蜌錃庀群铣砂?，然后結(jié)合鹽酸生成氯化銨。 答案：N2＋8H＋＋6e－―→2NH (3)請(qǐng)運(yùn)用原電池原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強(qiáng)弱。請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。 解析：三價(jià)鐵離子能夠氧化銅生成銅離子，從而設(shè)計(jì)成原電池證明該結(jié)論。 答案： 正極反應(yīng)：2Fe3＋＋2e－―→2Fe2＋ 負(fù)極反應(yīng)：Cu―→Cu2＋＋2e－ 1．有關(guān)銅鋅原電池電極的判斷正確的是(　　) A．鋅電極是負(fù)極　　　　　 B．發(fā)生還原反應(yīng)的是負(fù)極 C．質(zhì)量減輕的電極是正極　　 D．電子流出的電極是正極 解析：銅鋅原電池中，鋅易失電子生成鋅離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，質(zhì)量減輕，作負(fù)極；銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。 答案：A 2．①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時(shí)，外電路電流從②流向①；①③相連時(shí)，③為正極；②④相連時(shí)，②上有氣泡逸出；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是(　　) A．①③②④　 B．①③④② C．③④②①　 D．③①②④ 解析：本題考查原電池原理。電流方向與電子流向相反，①②相連時(shí)，電流由②流向①，則金屬性①>②；①③相連時(shí)，③為正極，則金屬性①>③；②④相連時(shí)，②上有氣泡，則金屬性④>②；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少，則金屬性③>④；綜上分析，可得金屬活動(dòng)性順序?yàn)棰?③>④>②。 答案：B 3．將如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的K閉合，下列判斷正確的是(　　) A．Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng) B．電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動(dòng) C．片刻后甲池中c(SO)增大 D．片刻后可觀察到濾紙b點(diǎn)變紅色 解析： 本題考查原電池和電解池工作原理。A項(xiàng)，K閉合時(shí)，Zn和Cu構(gòu)成原電池，Cu作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正確；B項(xiàng)，在電解Na2SO4溶液時(shí)，電子不能流入電解質(zhì)溶液中，即a―→b電子不能通過(guò)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，甲池中硫酸根離子沒(méi)有放電，故濃度不變，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，b為陽(yáng)極，OH－放電，留下H＋，使得b附近溶液顯酸性，不能使酚酞變紅，錯(cuò)誤。 答案：A 4. 可給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池已經(jīng)面世，其結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一電極后與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)為：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O。下列說(shuō)法中不正確的是(　　) A．右電極為電池正極，b處通入的物質(zhì)是空氣 B．左電極為電池負(fù)極，a處通入的物質(zhì)是空氣 C．負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH＋H2O－6e－ === CO2↑＋6H＋ D．正極反應(yīng)式為：O2＋4H＋＋4e－ === 2H2O 解析：原電池中電子流出的一極為負(fù)極，負(fù)極失電子被氧化，a應(yīng)通入甲醇，故B項(xiàng)錯(cuò)；b為電子流入的極應(yīng)為正極，正極得電子，應(yīng)通入空氣，故A項(xiàng)對(duì)；D項(xiàng)的正極反應(yīng)式對(duì)，用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可知C項(xiàng)也正確。 答案：B 5．鋼鐵生銹過(guò)程發(fā)生如下反應(yīng)： ①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。 下列說(shuō)法正確的是(　　) A．反應(yīng)①、②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等 B．反應(yīng)①中氧化劑是氧氣和水 C．與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕 D．鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學(xué)腐蝕 解析：反應(yīng)①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2中的氧化劑是O2，同樣在反應(yīng)②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3中氧化劑也是O2，而且兩個(gè)反應(yīng)中氧氣的系數(shù)都是1，因此1 mol O2得到的電子均是4 mol，故A正確；反應(yīng)①中水中的元素化合價(jià)在反應(yīng)前后不變，則氧化劑只有氧氣，故B錯(cuò)誤；鋼質(zhì)水管與銅質(zhì)水龍頭連接后形成原電池，鐵比銅活潑，則鋼質(zhì)水管做負(fù)極被腐蝕，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；鋼鐵在潮濕的空氣中容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而且主要是發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯(cuò)誤。 答案： A 6．一種充電電池放電時(shí)的電極反應(yīng)為：H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。當(dāng)為電池充電時(shí)，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應(yīng)是(　　) A．H2O的還原 B．NiO(OH)的還原 C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化 解析：為電池充電時(shí)，為電解池的工作原理，與外電源正極連接的電極是陽(yáng)極，該極上發(fā)生的反應(yīng)是失電子的氧化反應(yīng)，元素的化合價(jià)會(huì)升高，即Ni(OH)2的氧化反應(yīng)。 答案：D 7．(xx江蘇卷)Mg－H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無(wú)人駕駛的潛航器．該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如右。該電池工作時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．Mg 電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH 增大 D．溶液中Cl－向正極移動(dòng) 解析：組成的原電池的負(fù)極被氧化，鎂為負(fù)極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；雙氧水作為氧化劑，在石墨上被還原變?yōu)樗l(fā)生還原反應(yīng)，溶液pH值增大，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；溶液中Cl－移動(dòng)方向同外電路電子移動(dòng)方向一致，應(yīng)向負(fù)極方向移動(dòng)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C 8．21世紀(jì)最富有挑戰(zhàn)性的課題之一是使汽油氧化直接產(chǎn)生電流。新研制的某汽油燃料電池的工作原理為：一個(gè)電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣，摻雜了Y2O3的ZrO2晶體作電解質(zhì)，它在高溫下傳導(dǎo)O2－。填寫(xiě)下列空白。 (1)汽油燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率比汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)里燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)化率________(選填“高”或“低”)。 解析：由于燃料電池具有較高的能量利用率，故燃料電池氧化汽油比在發(fā)動(dòng)機(jī)里燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)化率高。 答案：高 (2)若用丁烷(C4H10)代表汽油，則該燃料電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：__________________________，通入空氣的電極為_(kāi)_______(選填“正”或“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為：________________________________________________________________________。 解析：電池放電時(shí)，就是丁烷發(fā)生氧化反應(yīng)，則電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，發(fā)生還原反應(yīng)的極為電池的正極，故通入空氣的一極為正極。 答案：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O　正　O2＋4e－===2O2－ (3)該汽油燃料電池的不足之處是汽油被氧化不完全，產(chǎn)生的__________可能堵塞氣體通道。 解析：汽油氧化不完全易產(chǎn)生炭粒，易堵塞氣體通道。 答案：炭粒 9．鋼鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過(guò)程中的電極反應(yīng)式為 ________________________________________________________________________。 解析：鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為2Fe===2Fe2＋＋4e－，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 答案：負(fù)極：2Fe－4e－===2Fe2＋　正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)為了降低某水庫(kù)的鐵閘門(mén)被腐蝕的速率，可以采用圖甲所示的方案，其中焊接在鐵閘門(mén)上的固體材料R可以采用________(填字母)。 A．銅　　　B．鈉　　　C．鋅　　　D．石墨 解析：為了降低某水庫(kù)的鐵閘門(mén)被腐蝕的速率，應(yīng)將鐵設(shè)計(jì)成原電池的正極，則負(fù)極為較鐵更活潑的金屬，選項(xiàng)中鋅可以，但不可用鈉，因鈉與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，起不到保護(hù)鐵不被腐蝕的效果； 答案：C　 (3)圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門(mén)的腐蝕速率，其中鐵閘門(mén)應(yīng)該連接在直流電源的________極。 解析：圖乙所示的方案為外加電源的陰極保護(hù)法，鐵連接電源的負(fù)極。 答案：負(fù) 10．依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的原電池。 (1)在圖示下邊方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為_(kāi)___，電極反應(yīng)式為_(kāi)______________________________；負(fù)極為_(kāi)_________，電極反應(yīng)式為_(kāi)____________________。 (2)該反應(yīng)還可設(shè)計(jì)成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如圖所示： 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： ①電極X的材料是________，Y的材料是________，電解質(zhì)溶液Z是________。 ②鹽橋的作用是________________________________________________________________________。 ③外電路中的電子是從________電極流向________電極。 解析：本題考查原電池的原理和設(shè)計(jì)，解題時(shí)應(yīng)明確設(shè)計(jì)思路，理解帶鹽橋的原電池的組成原理。根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Cu－2e－===Cu2＋，2Ag＋＋2e－===2Ag；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料，正極要保證Ag＋得到負(fù)極失去的電子，電解質(zhì)溶液只能用含Ag＋的電解質(zhì)溶液，如AgNO3溶液。而正極材料的活潑性比Cu弱。在帶鹽橋的原電池組成半電池時(shí)，注意電極材料與溶液中的離子一般要相對(duì)應(yīng)，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。 答案：(1)實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖： Pt(合理即可)　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　 (2)①Cu　Ag　AgNO3　②將兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來(lái)，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)　③Cu　Ag