2020届高考化学总复习——第六章 课时跟踪练(二十)

课时跟踪练(二十)　原电池　化学电源

1．课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)

A．原电池是将化学能转化成电能的装置

B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成

C．图中a极为铝条、b极为锌片时，导线中会产生电流

D．图中a极为锌片、b极为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片

解析：原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中a极为铝条、b极为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中a极为锌片、b极为铜片时，锌片作负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。

答案：D

2．如图，在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是(　　)

A．外电路的电流方向为X→外电路→Y

B．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁

C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

D．若两电极都是金属，则它们的活动性强弱为X＞Y

解析：外电路电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，X极失电子，作负极，发生氧化反应，Y极得电子，作正极，发生还原反应。若两电极分别为铁和碳棒，则Y为碳棒，X为铁。

答案：D

3．(2019·福州质检)某些电子手表安装的纽扣电池由锌和氧化银、KOH溶液构成。放电时，电极反应分别为Zn＋2OH－－2e===Zn(OH)2；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－下列说法正确的是(　　)

A．锌为正极，电极上发生了氧化反应

B．放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变

C．溶液中的OH－向正极移动，K＋和H＋向负极移动

D．常温下，该电池总反应为非自发的氧化还原反应

解析：A项，由电极方程式可知，Zn失电子化合价升高，发生氧化反应，Zn作负极，错误；B项，由正负极的电极方程式可得原电池总反应为Ag2O＋H2O＋Zn===Zn(OH)2＋2Ag，则电解质溶液的酸碱性基本保持不变，正确；C项，原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以溶液中OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，错误；D项，原电池反应为自发的氧化还原反应，则常温下，该电池总反应为自发的氧化还原反应，错误；故选B。

答案：B

4．锂电池的构造如图所示，电池内部“→”表示放电时Li＋的迁移方向，电池总反应可表示为Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C，下列说法错误的是(　　)

A．该电池的负极为LiCoO2

B．电池中的固体电解质可以是熔融的氯化钠、干冰等

C．充电时的阴极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2

D．外电路上的“→”表示放电时的电子流向

解析：根据锂离子的移动方向，确定LiCoO2是负极，碳电极是正极，电子从负极经外电路移向正极，充电时为电解池，阴极发生得电子的还原反应，故A、C、D正确。干冰是固体二氧化碳，属于非电解质，故B错误。

答案：B

5．十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路流到Pt1电极

B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋

C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1

解析：放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；酸性条件下，氧气得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中，负极发生氧化反应：2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等规律可知：放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确；正确选项D。

答案：D

6．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)

A．a电极发生还原反应

B．放电时，每转移2 mol电子，理论上需要消耗28 g 乙烯

C．b电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b

解析：由题图可以看出a极通入乙烯，作负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A项错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价发生变化，可以看出每转移2 mol电子有1 mol乙烯被氧化，B项正确；电解质溶液显酸性，b极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C项错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，电解质溶液中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，D项错误。

答案：B

7．(2019·盐城模拟)一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如下图所示的转化。下列说法正确的是(　　)

A．贮能时，电能转变为化学能和光能

B．贮能和放电时，电子在导线中流向相同

C．贮能时，氢离子由a极区迁移至b极区

D．放电时，b极发生：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O

解析：光照时贮能VO2＋失电子转化为VO，b极为阳极，a极为阴极，放电时b极为正极，a极为负极。贮能时，光能转变为化学能，选项A错误；贮能时电子由b极流出，放电时电子由a极流出，在导线中流向不相同，选项B错误；贮能时，氢离子由阳极b极区迁移至阴极a极区，选项C错误；放电时，b极为正极，发生电极反应：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，选项D正确。

答案：D

8．目前科学家已开发出一种新型燃料电池——固体氧化物电池，该电池用辛烷(C8H18)作燃料，电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子，下列说法正确的是(　　)

A．电池工作时，氧气发生氧化反应

B．电池负极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电池负极的电极反应：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O

D．若消耗的O2为11.2 L(标准状况)，则电池中有1 mol电子发生转移

解析：该电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，A项错误；负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B项错误，C项正确；标准状况下11.2 L氧气的物质的量为0.5 mol，根据O2＋4e－===2O2－，当消耗0.5 mol氧气转移电子的物质的量为氧气的4倍，所以转移电子的物质的量为2 mol，D项错误。

答案：C

9．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO

解析：A项，CH4中的C为－4价，CO中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol CH4失去6 mol电子，错误；B项，熔融盐中没有OH－，因此OH－不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，错误；C项，2CO应向负极移动，即向电极A移动，错误；D项，电极B上O2得电子和CO2结合生成CO，正确。

答案：D

10．Ⅰ.Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。

(1)电池正极发生的电极反应为__________________________

____________________________________________________。

(2)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是

_______________________________________________________

____________________________________________________，

反应的化学方程式为____________________________________

____________________________________________________。

Ⅱ.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。

(3)该燃料电池负极电极反应式为_________________________

____________________________________________________。

(4)该燃料电池正极电极反应式为_________________________

____________________________________________________。

解析：(1)原电池的负极发生氧化反应，则电极反应式为4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，则正极的电极反应式用总反应方程式减去负极反应得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。

(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，说明反应过程中S元素的化合价仍是＋4价，未发生氧化还原反应，所以SOCl2与水反应的产物是二氧化硫与氯化氢，氯化氢与水结合形成白雾，则实验现象是出现白雾，有刺激性气味气体生成；化学方程式为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。

(3)燃料电池的负极发生氧化反应，所以丁烷在负极发生氧化反应，失去电子，因为熔融的K2CO3为电解质，所以生成二氧化碳和水，电极反应式为C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O。

(4)正极是氧气发生还原反应，并与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。

答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2

(2)出现白雾，有刺激性气体生成　SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑

(3)C4H10＋13CO－26e－===17CO2＋5H2O

(4)O2＋2CO2＋4e－===2CO

11．(1)高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置。试回答下列问题：

①该电池放电时正极的电极反应式为______________________

_____________________________________________________；

若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论消耗Zn________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。

②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向____(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。

③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有_______________________________________。

(2)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图3所示，电池正极的电极反应式是___________________________，

A是_________________________________________________。

(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图4所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为_________________________________。

解析：(1)①放电时石墨为正极，高铁酸钾在正极上发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 2(mol)。理论消耗Zn的质量为0.006 2 mol÷2×65 g·mol－1≈0.2 g。②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。③由题图中高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，可知高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。

(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失电子在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。

(3)工作时电极b作正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。

答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　②右　左　③使用时间长、工作电压稳定

(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化铵

(3)从b到a　CO＋O2－－2e－=== CO2

12．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。试回答下列问题：

(1)如图1为某实验小组依据氧化还原反应(用离子方程式表示)：

_______________________________________________________

____________________________________________________；

设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过______mol电子。

(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为________________________________________________，

这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因________________________

____________________________________________________，

用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式：

____________________________________________________，

然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式：______________________________。

(3)其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图2所示。一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞溶液，现象是

_______________________________________________________

____________________________________________________，

电极反应式为_________________________________________；

乙装置中石墨(Ⅰ)为________极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，乙装置中与铜丝相连石墨电极上发生的反应式为______________，

产物常用__________________检验，反应的离子方程式为

____________________________________________________。

解析：(1)负极反应Fe－2e－===Fe2＋，正极反应Cu2＋＋2e－===Cu，则原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。设导线中通过电子的物质的量为x，则负极减少质量为28 g·mol－1·x，正极增加质量为32 g·mol－1·x，28x＋32x＝12，x＝0.2 mol。

(2)NH4Cl水解溶液显酸性，正极上H＋得电子，负极上Fe失电子生成Fe2＋。Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋，Cl2过量时，发生的反应为2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋。

(3)将盐桥改为铜丝和石墨后，甲装置为原电池，乙装置为电解池。甲中Fe为负极，Cu为正极，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，滴加酚酞后变红色。乙中石墨(Ⅰ)为阴极，与铜丝相连的电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2可用湿润的淀粉­KI试纸检验。

答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2

(2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋H2ONH3·H2O＋H＋　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋

(3)溶液变红　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　阴

2Cl－－2e－===Cl2↑　湿润淀粉­KI试纸

Cl2＋2I－===2Cl－＋I2