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主題16 原電池原理及應用 1．下列反應不可用于設計成原電池的是(　　) A．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O B．2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O C．Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑ D．4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3 【答案】A 【解析】 【點睛】 構成原電池的條件是：①有兩個活潑性不同的電極，②將電極插入電解質溶液中，③兩電極間構成閉合回路，④能自發(fā)的進行氧化還原反應。 2．關于原電池的敘述中正確的是(　　) A．原電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置 B．構成原電池正極和負極的必須是兩種不同金屬 C．原電池電解質溶液中陽離子向負極移動 D．理論上，所有的氧化還原反應都能設計成原電池 【答案】A 【解析】 【分析】 A.原電池是將化學能轉化為電能的裝置； B.構成原電池的正負極可能都是非金屬或金屬和非金屬； C.原電池放電時,電解質溶液中陽離子向正極移動； D.自發(fā)進行的氧化還原反應可以設計成原電池； 【詳解】 A.原電池是將化學能轉化為電能的裝置,電解池是將電能轉化為化學能的裝置,故A正確； B.構成原電池的正負極可能都是非金屬或金屬和非金屬,如Zn、石墨和稀硫酸構成的原電池,以石墨為電極的氫氧燃料電池,故B錯誤； C.原電池放電時,負極上電子沿導線流向正極,根據異性相吸原理,電解質溶液中陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,故C錯誤； D.理論上，自發(fā)進行的氧化還原反應都能設計成原電池，故D錯誤； 綜上所述，本題選A。 3．Mg-AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池的總反應方程式如下：2AgCl + Mg === Mg2++ 2Ag +2Cl?。有關該電池的說法正確的是 A．該電池可用于海上應急照明供電 B．負極反應式為：AgCl + e? === Ag + Cl? C．該電池不能被KCl 溶液激活 D．電池工作時，每消耗1.2 g Mg，溶液中的Cl-增多0.2 mol 【答案】A 【解析】 4．某小組為研究電化學原理，設計如下圖裝置。下列敘述不正確的是（ ） A．a和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出 B．a和b用導線連接時，溶液中的SO42-向鐵電極移動，銅片上發(fā)生的反應為：Cu2＋＋2e－=Cu C．無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，溶液從藍色逐漸變成淺綠色 D．a和b分別連接直流電源正、負極時，溶液中的Cu2＋向銅電極移動 【答案】D 5．某太陽能電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是 A．光照時，毎轉移2mol電子，有2mol H+由a極區(qū)經質子交換膜向b極區(qū)遷移 B．光照時，b極的電極反應式為VO2+-e-+H2O=VO2++2H+ C．夜間，a極的電極反應式為V3++e-=V2+ D．該電池供電原理與硅太陽能電池相同 【答案】B 【解析】A．光照時，b極VO2++H2O-e-=VO2++2H+，產生氫離子，而氫離子由b極室透過質子膜進入a極室，故A錯誤；B．光照時，b極發(fā)生氧化反應，電極反應式為VO2++H2O-e-=VO2++2H+，故B正確；C．夜間無光照時，相當于蓄電池放電，a極的電極反應式為：V2+-e-=V3+，發(fā)生氧化反應，是負極，故C錯誤；D．硅太陽能電池是用半導體原理將光能轉化為電能，是物理變化，而該電池是化學能轉化為電能，兩者原理不同，故D錯誤；故選B。 6．鎳鎘（Ni—Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛的應用。已知鎳鎘電池的電解質溶液是KOH溶液，放電時的電池反應是： Cd+2NiO(OH)+2H2O＝Cd(OH)2+2Ni(OH)2，下列說法正確的是 A．放電時電解質溶液的密度減小 B．放電時K+向Cd極區(qū)移動 C．充電時陽極Cd元素被氧化 D．充電時陰極附近的pH增大 【答案】D 考點：考查鎳鎘（Ni—Cd）可充電電池的有關判斷 7．新型/燃料電池（DBFC）的結構如圖所示，已知硼氫化鈉中H為－1價，有關該電池的說法正確的是 （ ） A．電極B材料中含層，可增強導電性 B．電池負極區(qū)的電極反應： C．放電過程中，Na+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移 D．在電池反應中，每消耗1L 6mol/L 溶液，理論上流過電路中的電子為6個 【答案】B 【解析】 【分析】 新型/燃料電池，中氫元素化合價由-1價升為+1價，失去電子，在負極上發(fā)生氧化反應；過氧化氫中氧元素化合價由-1價降為-2價，得到電子，在正極上發(fā)生還原反應，據此解題。 【點睛】 本題考查的知識點為原電池。在原電池中，失去電子發(fā)生氧化反應的一極作為負極，得到電子發(fā)生還原反應的一極作為正極。電子由負極流出，經外導線流向正極。電解質溶液中，通常陽離子向正極移動、陰離子向負極移動。 8．已知新型中溫全瓷鐵-空氣電池，其結構如圖所示。下列說法正確的是 A．鐵表面發(fā)生的反應為xH2O（g）+Fe＝FeOx+xH2 B．a極發(fā)生氧化反應 C．正極的電極反應為FeOx+2xe-＝Fe+xO2- D．若有22.4L（標準狀況）空氣參與反應，則電路中有4mol電子轉移 【答案】A 【解析】 【分析】 由新型中溫全瓷鐵-空氣電池的裝置圖可知，a極空氣中氧氣得電子發(fā)生還原反應為正極，鐵與水反應生成氫氣，氫氣在b極失電子發(fā)生氧化反應為負極，據此分析解答。 【點睛】 本題考查新型化學電源，把握原電池的工作原理和電極反應的判斷是解答本題的關鍵，易錯選項是D，注意題中所給的體積是空氣的體積而不是氧氣的體積。 9．鎂-次氯酸鹽電池的工作原理如圖所示，該電池反應為Mg+ClO－+H2O＝Mg(OH)2+Cl－。下列有關說法正確的是 A．電池工作時，正極a附近的pH增大 B．電池工作時，C溶液中的溶質是MgCl2 C．負極反應式：ClO－+2e－+H2O＝Cl－+2OH－ D．b電極發(fā)生還原反應，每轉移0.2mol電子，理論上生成0.1mol Cl－ 【答案】A 【解析】 【分析】 該電池中，鎂易失電子作負極，據圖可知，負極為b，電極反應式為Mg-2e－+2OH－= Mg(OH)2，次氯酸根離子得電子發(fā)生還原反應，正極a的電極反應式為：ClO－+H2O+2e－=Cl－+2OH－，據此分析解答。 10．CH3OH-O2在聚合物催化下的原電池的工作示意圖如圖所示，下列說法正確的是 A．電極A是負極，發(fā)生還原反應 B．電解質溶液中H+由電極B流向A極 C．電極B的電極反應為O2+2e－+H＋＝HO2－ D．外電路中通過3mol電子時，生成11.2LCO2 【答案】C 【解析】 【詳解】 A．該燃料電池中，通入燃料甲醇的A極為原電池的負極，通入氧氣的B極為原電池的正極，甲醇在負極上失電子發(fā)生氧化反應，故A錯誤； B．在原電池中，陽離子向正極區(qū)遷移，所以氫離子從A極流向B極，故B錯誤； C．通入氧氣的B極為正極，發(fā)生的電極反應為O2+2e－+H＋＝HO2－，故C正確； D．根據C元素的化合價變化可知，每生成1 mol CO2轉移6mol電子，所以外電路中通過3mol電子時生成0.5mol CO2，因未說明是否處于標準狀況，所以二氧化碳的體積不一定為11.2L，故D錯誤，答案選C。 【點睛】 本題考查原電池原理，可根據元素化合價變化判斷正負極，再結合反應物、生成物及得失電子書寫電極反應式，解題時要特別注意書寫電極反應式時要結合電解質特點，為易錯點，試題難度不大。 11．利用反應2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應設計為原電池。 （1）負極材料是________(寫名稱)，電極反應為__________________。 （2）正極電極反應式為__________________________________。 （3）溶液中SO42—向________極移動。 【答案】（1）銅　Cu－2e－=Cu2＋?。?）O2＋4e－＋4H＋=2H2O　（3）負 12．SO2、CO、CO2、NOx是對環(huán)境影響較大的幾種氣體，對它們的合理控制和治理是優(yōu)化我們生存環(huán)境的有效途徑。 （1）利用電化學原理將CO、SO2轉化為重要化工原料，裝置如圖所示。 ①若A為CO，B為H2，C為CH3OH，則通入CO一極的電極反應式為_________________。 ②A為SO2，B為O2，C為H2SO4，則負極反應式為__________________________________。 ③若A為NO2，B為O2，C為HNO3，則負極的電極反應式為____________________________。 （2）碳酸鹽燃料電池以一定比例的Li2CO3和Na2CO3低熔混合物為電解質，操作溫度為650℃，在此溫度下以鎳為催化劑，以煤氣（CO、H2的體積比為1:1）直接作燃料，其工作原理如圖所示。 則電池負極反應式為____________________________________________________________. 【答案】CO+4e－+4H＋=CH3OH SO2+2H2O－2e－=SO42－+4H＋ NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋ CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O 【解析】 【分析】 （1）．①．原電池中，通入氧化劑的電極是正極、通入還原劑的電極是負極，該電池中C元素化合價由+2價變?yōu)?2價、H元素化合價由0價變?yōu)?1價，所以CO是氧化劑； ②．若A為SO2，B為O2，C為H2SO4，負極上二氧化硫失電子和水反應生成硫酸根離子和氫離子； ③．若A為NO2，B為O2，C為HNO3，則NO2在負極上失電子發(fā)生氧化反應； （2）．該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，由此書寫電極反應式。 ③.若A為NO2，B為O2，C為HNO3，負極上NO2失電子發(fā)生氧化反應生成硝酸，電極反應式為 NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋，故答案為：NO2－e－+H2O=NO3－+2H＋； （2）．該燃料電池中，負極上一氧化碳、氫氣失電子和碳酸根離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為：CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O，故答案為：CO+H2－4e－+2CO32－=3CO2+H2O。 13．2014年我國的冶金行業(yè)深受經濟危機的沖擊，尤其是Al、Fe的價格下滑幅度很大。請完成下面問題： （1）冶煉后的鋁渣中含有大量的硅酸鋁鈣（Al2Ca2Si5O15），可作耐火纖維的原料。硅酸鋁鈣用氧化物形式表示為__________________。 （2） 由下列物質冶煉相應金屬時采用電解法的是 。 a.Fe2O3 b.NaCl c.Cu2S d.Al2O3 （3）高鐵電池具有容量高、安全性能好和價格低廉等特點，如圖是高鐵電池的實驗裝置。 已知：放電后兩極得到相同價態(tài)鐵的化合物。 ①電池放電時正極發(fā)生的電極反應式是______________。 ②若該電池屬于二次電池，則充電時陰極的電極反應式為_______________________。 ③已知鹽橋中含有飽和KCl溶液，放電時，鹽橋的作用是_________________。 【答案】（1）2CaOAl2O35SiO2；（2）bd； （3）①FeO42－+3e－+4H2O＝Fe（OH）3+5OH－；②Fe（OH）3+3e－＝Fe+3OH－； ③形成閉合回路，并保持兩邊溶液呈電中性。 考點：考查復雜硅酸鹽寫成氧化物、金屬冶煉、電極反應式的書寫、鹽橋的作用等知識。 14．依據原電池原理，回答下列問題： （1）圖1是依據氧化還原反應：Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）設計的原電池裝置。 ①電極X的材料是________（填化學名稱）；電極Y的材料是__________（填化學名稱）。 ②Y電極發(fā)生的電極反應式為：______________。 （2）圖2是使用固體電解質的燃料電池，裝置中，以稀土金屬材料作惰性電極，在兩極上分別通入CH4和空氣，其中固體電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導正極生成的O2－離子(O2＋4e―→2O2－)。 ①c電極為______________極。（填“正”或“負”） ②d電極上的電極反應式為___________________________。 ③如果消耗甲烷160g，假設化學能完全轉化為電能，則轉移電子的數(shù)目為______________（用NA表示），需要消耗標準狀況下氧氣的體積為_______L。 【答案】銅 碳（石墨、金、鉑、銀） 2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋ 正 CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O 80NA 448 【解析】 【詳解】 （1）由Cu（s）＋2Fe3＋（aq）＝Cu2＋（aq）＋2Fe2＋（aq）可知：Cu失去電子，化合價升高，是電子流出的一極，為原電池的負極，故電極X的材料是銅，電極Y是原電池的正極，發(fā)生Fe3+得電子的還原反應，可選擇惰性電極碳或比銅活波性弱的材料做電極，如碳（石墨、金、鉑、銀）做正極，原電池正極的電極反應式為：2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋； 本題答案為：銅，碳（石墨、金、鉑、銀）；2Fe3＋＋2e－＝2Fe2＋（或Fe3＋＋e－＝Fe2＋）。