課時(shí)跟蹤檢測（十七） 原電池 化學(xué)電源

PAGE第11頁共11頁課時(shí)跟蹤檢測（十七）原電池化學(xué)電源1．一種突破傳統(tǒng)電池設(shè)計(jì)理念的鎂-銻液態(tài)金屬儲(chǔ)能電池的工作原理如圖所示，該電池所用液體密度不同，在重力作用下分為三層，工作時(shí)中間層熔融鹽的組成及濃度不變。下列說法不正確的是()A．放電時(shí)，Mg(液)層的質(zhì)量減小B．放電時(shí)，正極反應(yīng)式為Mg2＋＋2e－=MgC．該電池充電時(shí)，Mg-Sb(液)層發(fā)生還原反應(yīng)D．該電池充電時(shí)，Cl－向下移動(dòng)解析：選C根據(jù)電流方向可知上為負(fù)極，下為正極。放電時(shí)負(fù)極為Mg－2e－=Mg2＋，正極：Mg2＋＋2e－=Mg。充電時(shí)下為陽極，上為陰極，故Mg-Sb(液)作陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。2．根據(jù)甲醇在酸性電解質(zhì)溶液中與氧氣生成二氧化碳和水的反應(yīng)，設(shè)計(jì)一種燃料電池。該燃料電池工作時(shí)，負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為()A．CH3OH＋O2－2e－=H2O＋CO2＋2H＋B．O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋D．4OH－－4e－=O2↑＋2H2O答案：C3．鋰-空氣電池是一種可充放電電池，電池反應(yīng)為2Li＋O2=Li2O2，某鋰-空氣電池的構(gòu)造原理如圖。下列說法正確的是()A．可選用有機(jī)電解液或水性電解液B．含催化劑的多孔材料為電池的負(fù)極C．放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2D．充電時(shí)鋰電極應(yīng)連接外接電源的正極解析：選C在鋰-空氣電池中，鋰失電子作負(fù)極，反應(yīng)式為Li－e－=Li＋，以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物，氧氣得電子生成Li2O2，正極反應(yīng)為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，總反應(yīng)為2Li＋O2=Li2O2。選項(xiàng)A，可選用有機(jī)電解液，水性電解液會(huì)與Li直接反應(yīng)，錯(cuò)誤；選項(xiàng)B，含催化劑的多孔材料為電池的正極，錯(cuò)誤；選項(xiàng)C，放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為O2＋2Li＋＋2e－=Li2O2，正確；選項(xiàng)D，充電時(shí)鋰電極應(yīng)連接外接電源的負(fù)極，電極反應(yīng)式為Li＋＋e－=Li，錯(cuò)誤。4.CO2輔助的Na-CO2電池工作原理如圖所示。該電池電容量大，能有效利用CO2，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Naeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Na2CO3＋C。下列有關(guān)說法不正確的是()A．放電時(shí)，ClOeq\o\al(－,4)向b極移動(dòng)B．放電時(shí)，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CC．充電時(shí)，陰極反應(yīng)為Na＋＋e－=NaD．充電時(shí)，電路中每轉(zhuǎn)移4mol電子，可釋放67.2LCO2解析：選D放電時(shí)，鈉電極是負(fù)極，陰離子ClOeq\o\al(－,4)向b極移動(dòng)，A正確；放電時(shí)，正極上CO2得電子轉(zhuǎn)化為C，電極反應(yīng)式為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C，B正確；充電時(shí)，該裝置是電解池，與電源的負(fù)極相連的是陰極，電極反應(yīng)式為Na＋＋e－=Na，C正確；充電時(shí)，陽極的電極反應(yīng)式為2COeq\o\al(2－,3)＋C－4e－=3CO2↑，轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)生成3molCO2，題目未指明CO2是否處于標(biāo)準(zhǔn)狀況，故無法判斷其體積是否為67.2L，D錯(cuò)誤。5．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·福建卷)一種新型鎂硫電池的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．使用堿性電解質(zhì)水溶液B．放電時(shí)，正極反應(yīng)包括3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C．使用的隔膜是陽離子交換膜D．充電時(shí)，電子從Mg電極流出解析：選C堿性電解質(zhì)水溶液中負(fù)極生成的Mg2＋會(huì)生成Mg(OH)2沉淀，降低電池效率，A錯(cuò)誤；放電時(shí)為原電池，原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B錯(cuò)誤；據(jù)圖可知Mg2＋通過隔膜移向正極參與電極反應(yīng)，所以使用的隔膜是陽離子交換膜，C正確；放電時(shí)Mg電極發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時(shí)Mg電極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，即電子流入Mg電極，D錯(cuò)誤。6．(2021·湖南師范附中月考)中科院科學(xué)家設(shè)計(jì)出一套利用SO2和太陽能綜合制氫方案，其基本工作原理如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是()A．該電化學(xué)裝置中，Pt電極作正極B．BiVO4電極上的反應(yīng)式為SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2OC．電子流向：Pt電極→導(dǎo)線→BiVO4電極→電解質(zhì)溶液→Pt電極D．Pt電極的電勢高于BiVO4電極的電勢解析：選C該原電池裝置的Pt極為正極，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，BiVO4為負(fù)極，SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋2OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O。電子流向應(yīng)為BiVO4電極→導(dǎo)線→Pt電極，C項(xiàng)錯(cuò)誤。7．鋰/氟化碳電池穩(wěn)定性很高。該電池的電解質(zhì)溶液為LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，總反應(yīng)為xLi＋CFx=xLiF＋C，放電產(chǎn)物L(fēng)iF沉積在正極，工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極的電極反應(yīng)式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋CB．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解質(zhì)溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替D．a(chǎn)極電勢高于b極電勢解析：選A根據(jù)總反應(yīng)可知，Li為負(fù)極，石墨棒為正極，正極上CFx轉(zhuǎn)化為C，電極反應(yīng)式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋C，A項(xiàng)正確；根據(jù)正極的電極反應(yīng)式可知，負(fù)極區(qū)的Li＋通過離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，則離子交換膜為陽離子交換膜，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Li能與乙醇發(fā)生反應(yīng)，因此電解質(zhì)溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C項(xiàng)錯(cuò)誤；b極為正極，a極為負(fù)極，故b極電勢高于a極電勢，D項(xiàng)錯(cuò)誤。8．利用微生物處理有機(jī)廢水并脫鹽的裝置如圖所示，下列說法不正確的是()A．X、Y分別為陰離子交換膜、陽離子交換膜B．M極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．微生物電極為負(fù)極D．處理后的廢水的pH比有機(jī)廢水的pH大解析：選DHCOO－在微生物電極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2，微生物電極為原電池的負(fù)極，原電池中陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，要達(dá)到脫鹽的目的，Cl－向負(fù)極(微生物電極)移動(dòng)，Na＋向正極(M極)移動(dòng)，所以X為陰離子交換膜，Y為陽離子交換膜，A、C正確；M極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，B正確；負(fù)極區(qū)反應(yīng)后氫離子濃度增大，pH變小，D不正確。9．可利用電化學(xué)原理處理含鉻廢水和含甲醇廢水，裝置如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．a(chǎn)極為該電池的負(fù)極B．微生物能加快甲醇的反應(yīng)速率C．a(chǎn)極的電極反應(yīng)為CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2OD．放電過程中，b極附近溶液pH升高解析：選Ca極為該電池的負(fù)極，A項(xiàng)正確；在微生物作用下，甲醇的反應(yīng)速率加快，B項(xiàng)正確；a極發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋H2O=CO2↑＋6H＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤；放電過程中，正極反應(yīng)消耗H＋，則b極附近溶液pH升高，D項(xiàng)正確。10．[雙選](2021·衡水中學(xué)月考)一種釕(Ru)基配合物光敏染料敏化太陽能電池的工作原理及電池中發(fā)生的主要反應(yīng)如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A．電池工作時(shí)，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，X為電池的正極B．鍍鉑導(dǎo)電玻璃上發(fā)生氧化反應(yīng)生成I－C．電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應(yīng)：2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I(xiàn)eq\o\al(－,3)D．電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的濃度基本不變解析：選AB電池工作時(shí)，光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由圖中電子的移動(dòng)方向可知，電極X為原電池的負(fù)極，故A錯(cuò)誤；鍍鉑導(dǎo)電玻璃上，Ieq\o\al(－,3)得電子被還原為I－，故B錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為2Ru2＋－2e－=2Ru3＋，正極反應(yīng)為Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，電解質(zhì)溶液中又發(fā)生2Ru3＋＋3I－2Ru2＋＋I(xiàn)eq\o\al(－,3)，故C正確；由電池中發(fā)生的反應(yīng)可知，Ieq\o\al(－,3)在正極上得電子被還原為I－，后又被氧化為Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\al(－,3)和I－相互轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光敏有機(jī)物在激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，電解質(zhì)溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的濃度基本不變，故D正確。11．我國在太陽能光電催化—化學(xué)耦合分解硫化氫研究中獲得新進(jìn)展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法中正確的是()A．該制氫工藝中光能最終轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．該裝置工作時(shí)，H＋由b極區(qū)流向a極區(qū)C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe3＋＋e－=Fe2＋D．a(chǎn)極區(qū)需不斷補(bǔ)充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液解析：選A該制氫工藝中光能轉(zhuǎn)化為電能，最終轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A項(xiàng)正確；該裝置工作時(shí)，H＋由a極區(qū)流向b極區(qū)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；a極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，所以a極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－=Fe3＋，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由題圖可知a極區(qū)Fe2＋和Fe3＋可相互轉(zhuǎn)化，故不需補(bǔ)充含F(xiàn)e3＋和Fe2＋的溶液，D項(xiàng)錯(cuò)誤。12．在環(huán)境和能源備受關(guān)注的今天，開發(fā)清潔、可再生新能源已成為世界各國政府的國家戰(zhàn)略，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)產(chǎn)電細(xì)菌后，微生物燃料電池(MFC)為可再生能源的開發(fā)和難降解廢物的處理提供了一條新途徑。微生物燃料電池(MFC)示意圖如下所示(假設(shè)有機(jī)物為乙酸鹽)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．A室菌為厭氧菌，B室菌為好氧菌B．A室的電極反應(yīng)式為CH3COO－－8e－＋2H2O=2CO2＋8H＋C．微生物燃料電池(MFC)電流的流向?yàn)閎→aD．電池總反應(yīng)式為CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O解析：選B根據(jù)裝置圖可知B室中氧氣參與反應(yīng)，應(yīng)為好氧菌，選項(xiàng)A正確；方程式中電荷和氫原子不守恒，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；MFC電池中氫離子向得電子的正極移動(dòng)，即向b極移動(dòng)，b為正極，電流方向是由正極流向負(fù)極，即b→a，選項(xiàng)C正確；電池的總反應(yīng)是醋酸根離子在酸性條件下被氧化成CO2、H2O，即CH3COO－＋2O2＋H＋=2CO2＋2H2O，選項(xiàng)D正確。13．[雙選](2021·衡陽調(diào)研)一種全天候太陽能電池光照時(shí)的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．硅太陽能電池供電原理與該電池相同B．光照時(shí)，b極的電極反應(yīng)式為VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋C．光照時(shí)，每轉(zhuǎn)移1mol電子，有2molH＋由b極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向a極區(qū)遷移D．夜間時(shí)，該電池相當(dāng)于蓄電池放電，a極發(fā)生氧化反應(yīng)解析：選AC硅太陽能電池是用半導(dǎo)體原理將光能轉(zhuǎn)化為電能，是物理變化，而該電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，兩者原理不同，故A錯(cuò)誤；原電池中氫離子向正極移動(dòng)，所以氫離子由b極室通過質(zhì)子膜進(jìn)入a極室，而每轉(zhuǎn)移1mol電子，有1mol氫離子由b極區(qū)經(jīng)質(zhì)子膜向a極區(qū)遷移，故C錯(cuò)誤。14．(2021·清遠(yuǎn)質(zhì)檢)我國研究鋰硫電池獲得突破，電池的總反應(yīng)是16Li＋S8eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))8Li2S，充放電曲線如圖所示，下列說法不正確的是()A．充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．放電時(shí)，鋰離子向正極移動(dòng)C．放電時(shí)，1molLi2S6轉(zhuǎn)化為Li2S4得到2mole－D．充電時(shí)，陽極總電極反應(yīng)式是8S2－－16e－=S8解析：選C充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故A正確；放電時(shí)，是原電池，在原電池中，陽離子向正極移動(dòng)，因此鋰離子向正極移動(dòng)，故B正確；根據(jù)圖示，放電時(shí)，1molLi2S6轉(zhuǎn)化為Li2S4的反應(yīng)為2Li2S6＋2Li=3Li2S4，反應(yīng)中2molLi2S6得到2mole－，即1molLi2S6得到1mole－，故C錯(cuò)誤；根據(jù)16Li＋S8eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))8Li2S，充電時(shí)，陽極總電極反應(yīng)式是8S2－－16e－=S8，故D正確。15．[雙選]垃圾假單胞菌株能夠在分解有機(jī)物的同時(shí)分泌物質(zhì)產(chǎn)生電能，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A．電流由左側(cè)電極經(jīng)過負(fù)載后流向右側(cè)電極B．放電過程中，正極附近pH變大C．若1molO2參與電極反應(yīng)，有4molH＋穿過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室D．負(fù)極電極反應(yīng)為H2PCA＋2e－=PCA＋2H＋解析：選BC右側(cè)氧氣得電子產(chǎn)生水，作為正極，故電流由右側(cè)正極經(jīng)過負(fù)載后流向左側(cè)負(fù)極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放電過程中，正極氧氣得電子與氫離子結(jié)合產(chǎn)生水，氫離子濃度減小，pH變大，選項(xiàng)B正確；若1molO2參與電極反應(yīng)，有4molH＋穿過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右室，生成2mol水，選項(xiàng)C正確；原電池負(fù)極失電子，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。16．電化學(xué)在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。(1)甲醇燃料電池能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無污染，具有很高的應(yīng)用前景。其工作原理如圖所示。①A處的電極反應(yīng)式為__________________________________________，電池工作一段時(shí)間后，電解質(zhì)溶液的pH______(填“增大”“不變”或“減小”)。②利用該電池及惰性電極電解4L飽和KCl溶液，產(chǎn)生448mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)Cl2時(shí)(假設(shè)全部逸出并收集，忽略溶液體積的變化)，所得溶液(25℃(2)利用微生物燃料電池處理某廢水的工作原理如圖所示。①該電池的正極為__________(填“a”或“b”)，a電極反應(yīng)式為____________________。②當(dāng)電路中有0.6mole－轉(zhuǎn)移時(shí)，通過質(zhì)子交接膜的H＋數(shù)目為________。(3)綠色環(huán)保的全釩液流電池工作原理如圖所示。①電池放電時(shí)電極A為正極。充電時(shí)，A電極反應(yīng)式為__________________________，H＋移動(dòng)方向?yàn)開_______(填“A→B”或“B→A”)。②電極A與電極B之間質(zhì)子交換膜的作用_____________________________________。答案：(1)①CH3OH＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O減小②12(2)①bH2S＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋10H＋②0.6NA或3.612×1023(3)①VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋A→B②避免氧化劑與還原劑直接接觸(其他合理答案也可)17.(1)Fe3O4中含有二價(jià)鐵、三價(jià)鐵，分別表示為Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)，以Fe3O4/Pd為催化材料，可實(shí)現(xiàn)用H2消除酸性廢水中的致癌物NOeq\o\al(－,2)，其反應(yīng)過程示意圖如圖所示，則在Pd上發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________________。用該法處理后水體的pH________(填“升高”“降低”或“不變”)。(2)催化劑協(xié)同零價(jià)鐵(Fe)可將地下水體中NOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為N2，不同初始pH下零價(jià)鐵催化還原脫除地下水體中NOeq\o\al(－,3)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和反應(yīng)的過程如圖所示。為有效降低水體中氮元素的含量，宜調(diào)整水體pH為4.2，解釋當(dāng)水體pH<4.2時(shí)，隨pH減小，N2生成率逐漸降低的原因是______________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)由圖中可看出在Pd上發(fā)生的電極反應(yīng)為H2－2e－=2H＋；H2消除NOeq\o\al(－,2)的總反應(yīng)為2NOeq\o\al(－,2)＋2H＋＋3H2=N2＋4H2O，故用該法處理后水體的pH升高。(2)水體pH減小，H＋濃度增大，會(huì)生成更多的H，使NOeq\o\al(－,3)被還原的中間產(chǎn)物NH繼續(xù)與H、H＋反應(yīng)生成NHeq\o\al(＋,4)，減少N2的生成。答案：(1)H2－2e－=2H＋升高(2)pH減小，c(H＋)增大，生成H越多，使生成NH與H、H＋反應(yīng)生成的NHeq\o\al(＋,4)增多，減少了N2的生成18．(2021年1月新高考8省聯(lián)考·河北卷)我國科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn-PbO2電池，電解質(zhì)為K2SO4、H2SO4和KOH，由a和b兩種離子交換膜隔開，形成A、B、C三個(gè)電解質(zhì)溶液區(qū)域，結(jié)構(gòu)示意圖如下：回答下列問題：(1)電池中，Zn為_____________極，B區(qū)域的電解質(zhì)為_________(填“K2SO4”“H2SO4(2)電池反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________。(3)陽離子交換膜為圖中的________膜(填“a”或“b”)。(4)此電池中，消耗6.5gZn，理論上可產(chǎn)生的容量(電量)為_________________毫安時(shí)(mAh)(1mol電子的電量為1F，F(xiàn)＝96500C·mol－1(5)已知E為電池電動(dòng)勢(電池電動(dòng)勢即電池的理論電壓，是兩個(gè)電極電位之差，E＝E(＋)－E(－))，ΔG為電池反應(yīng)的自由能變，則該電池與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比較，Eeq\a\vs4\al(Zn-PbO2)_________Eeq\a\vs4\al(Pb-PbO2)；ΔGeq\a\vs4\al(Zn-PbO2)________ΔGeq\a\vs4\al(Pb-PbO2)(填“>”或“<”)。(6)Zn是一種重要的金屬材料，工業(yè)上一般先將ZnS氧化，再采用熱還原或者電解法制備。利用H2還原ZnS也可得到Zn，其反應(yīng)式如下：ZnS(s)＋H2(g)eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(高溫))Zn(s)＋H2S(g)727℃時(shí)，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝2.24×10－6。此溫度下，在盛有ZnS的剛性容器內(nèi)通入壓強(qiáng)為1.01×105Pa的H2，達(dá)平衡時(shí)H2解析：(1)根據(jù)圖示可知Zn電極失去電子Zn2＋與溶液中的OH－結(jié)合形成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，所以Zn電極為負(fù)極；在A區(qū)域電解質(zhì)為KOH，在B區(qū)域電解質(zhì)為K2SO4溶液，C區(qū)域電解質(zhì)為H2SO4；PbO2電極為正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；(2)負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，正極的電極反應(yīng)式為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O，總反應(yīng)的方程式為PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋Zn＋2H2O=PbSO4＋Zn(OH)eq\o\al(2－,4)；(3)A