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2013高考化学 教材回归练习 必修 9-1原电池 化学电源


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一、选择题

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9-1 原电池 化学电源

1.原电池电极的“正”与“负”不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法中正 确的是( )
- +

A.由 Fe、Cu 和 FeCl3 溶液组成的原电池中,负极反应式为:Cu-2e ===Cu2 B.由 Al、Cu 和稀硫酸组成的原电池中,负极反应式为:Cu-2e ===Cu2
- +

C.由 Al、Mg 和 NaOH 溶液组成的原电池中,负极反应式为:Al+4OH -3e ===AlO2 +2H2O D.由 Al、Cu 和浓 HNO3 溶液组成的原电池中,负极反应式为:Al-3e ===Al3
- +







解析:前两项都按常规,应该是活泼金属作负极;C 项中 Al 能与 NaOH 溶液反应,作负极,D 项中 Al 在浓 HNO3 中钝化,而构不成原电池。 答案:C 2.如下图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流计中有电流通过,则下列说法 正确的是( )

A.锌片是负极 B.两个铜片上都发生氧化反应 C.石墨是阴极 D.两个番茄都形成原电池 解析:由于蕃茄汁显酸性,Zn 和 Cu 的活泼性不同,且 Zn 能与 H 反应,因此左侧为原电池,右侧为 电解池。在左侧,Zn 作负极,Cu 作正极,在右侧 C 作阳极,Cu 作阴极,故 A 正确。 答案:A 3.世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池,总功率达 4 兆瓦,是历届世博会之最。下列有 关叙述正确的是( )


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A.光伏电池是将太阳能转变为电能 B.光伏电池是将化学能转变为电能 C.电流从 a 流向 b D.图中 N 型半导体为正极,P 型半导体为负极 解析:根据图示,光伏电池是将太阳能直接转变为电能的装臵,A 正确,B 错误。外电路中,电流从 b 流向 a,C 错误。由于电流从 P 型半导体流出,因而 P 型半导体为正极,D 错误。 答案:A 4.根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是( )

A.2Ag(s)+Cd2 (aq)===2Ag (aq)+Cd(s) B.Co2 (aq)+Cd(s)===Co(s)+Cd2 (aq) C.2Ag (aq)+Cd(s)===2Ag(s)+Cd2 (aq) D.2Ag (aq)+Co(s)===2Ag(s)+Co2 (aq) 解析:第一图中 Cd:Cd(s)-2e ===Cd2 (aq),Co:Co2 (aq)+2e ===Co(s),故 B 正确;第二图中 Co: Co(s)-2e ===Co2 (aq),Ag:2Ag (aq)+2e ===2Ag(s),故 C、D 正确,A 错。 答案:A 5.(2012· 百校联盟调研卷)已知氧化性:Au3 >Ag >Cu2 >Pb2 >Cr3 >Zn2 >Ti2 。现有如图所示的电化 学装置,下列叙述中正确的是( )
+ + + + + + + - + + - - + + - + + + + + +





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A.若 X 为 Ti,则 Y 极的电极反应式可能是 Zn-2e ===Zn2 B.若 X 为 Cr,则 Y 可以选 Zn 或 Ti





C.若 Y 为 Cu,则 X 极的电极反应式可能是 Cr-3e ===Cr3 D.若 Y 为 Pb,则 Xn (aq)中阴离子数会减少






解析:Y 为正极,不可能失电子,A 项错误;由氧化性顺序可知,还原性:Au<Ag<Cu<Pb<Cr<Zn<Ti, 若负极(X)为 Cr,则正极(Y)只能选 Au、Ag、Cu、Pb,B 项错误;Y 为正极,X 为负极,故盐桥中阴离子 会移向 Xn (aq)中,阳离子移向 Ym (aq)中,D 项错误。 答案:C 6.(2011· 汕头模拟)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染,且镁原电池放电时电压高而平稳,使镁 放电 原电池越来越成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为 xMg+Mo3S4???? 充电 MgxMo3S4;在镁原电池放电时,下列说法错误的是( A.Mg 向正极迁移 B.正极反应为: Mo3S4+2xe ===Mo3S2x 4 C.Mo3S4 发生氧化反应 D.负极反应为:xMg-2xe ===xMg2
- - + - - + +

)

2+

解析:正极反应为 Mo3S4+2xe ===Mo3S2x ,发生还原反应,负极反应为 xMg-2xe ===xMg2 ,负极 4 产生的 Mg2 移向正极参加反应,C 选项错误。 答案:C 7.(2012· 大纲全国理综)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时, 外电路电流从②流向①:①③相连时,③为正极:②④相连时,②上有气泡逸出:③④相连时,③的质量 减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( A.①③②④ C.③④②①
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)

B.①③④② D.③①②④
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解析:由原电池原理判断金属活动性,外电路电流从②流向①,②为正极,金属活动性①>②;①③ 相连,③为正极,金属活动性①>③;②④相连,②上有气泡(H2)逸出,②为正极,金属活动性④>②,③④ 相连,③质量减少,则金属活动性③>④,即金属活动性顺序为①>③>④>②,B 正确。 答案:B 8.(2012· 山东莱芜期末)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池,电池总反应式为 V2O5+ xLi===LixV2O5,下列说法不正确的是( A.向外供电时,锂离子向负极移动 B.负极上反应的物质是锂,正极上反应的物质是 V2O5 C.正极的电极反应为:V2O5+xe +xLi ===LixV2O5 D.负极的电极反应为:xLi-xe ===xLi
- + - +

)

解析:该电池的负极为锂,反应式为 xLi-xe ===xLi ,产生的 Li 移向正极,A 项错误,D 项正确; Li 被氧化,则 V2O5 必定被还原,即在正极反应,反应式为 V2O5+xe +xLi ===LixV2O5,B、C 均正确。 答案:A 9.(2012· 北京理综)人工光合作用能够借助太阳能,用 CO2 和 H2O 制备化学原料。下图是通过人工光 合作用制备 HCOOH 的原理示意图,下列说法不正确的是( )
- +







A.该过程是将太阳能转化为化学能的过程 B.催化剂 a 表面发生氧化反应,有 O2 产生 C.催化剂 a 附近酸性减弱,催化剂 b 附近酸性增强 D.催化剂 b 表面的反应是 CO2+2H +2e ===HCOOH
+4 +2 + -

解析:首先标化合价,看价变化,C O2― →HC OOH,CO2 中 C 的化合价降低,得电子,由图示装臵 中电子转移的方向可知催化剂 a 表面发生失电子的反应,催化 b 表面发生得电子的反应,所以在催化剂 b 表面发生的电极反应为 CO2+2H +2e ===HCOOH; a 表面 H2O 失电子生成 O2,电极反应为 2H2O-4e 在
- + -

===4H +O2↑,由电极反应式可知 a 极附近酸性增强,b 极附近酸性减弱,C 错误。 答案:C
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10.(2012· 合肥市高三第一次质检)一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电解质 是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体, 在熔融状态下能传导 O2 。 下列对该燃料电池说法正确的是( A.在熔融电解质是,O2 由负极移向正极 B.通入空气的一极是正极,电极反应为 O2+2H2O+4e ===4OH
- - - - -

)

C.通入丁烷的一极是负极,电极反应为 C4H10+26e +13O2 ===4CO2+5H2O 179.2 D.在电池反应中,每消耗 1 mol 氧气,理论上能生成标准状况下 CO2 气体 L 13 解析:本题以丁烷燃料电池为载体综合考查了原电池原理涉及的有关“电子流向、电极反应式、总反 应式”等内容。难度中等。 因正极上富集电子,根据电性关系,O2 不可能移向正极,A 项错;通入 O2 的一极为正极,其正极反 应式为 O2+4e ===2O2 ,B 项错;通入丁烷的一极应为负极,电极反应为 C4H10-26e +13O2 ===4CO2 +5H2O,C 项错误;根据 2C4H10+13O2― →8CO2+10H2O 可知消耗 1 mol 氧气,理论上能生成标准状况下 179.2 CO2 气体的体积为 L,D 项正确。 13 答案:D 11.(2011· 威海质检)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳 放电 定的放电电压。高铁电池的总反应为:3Zn+2K2FeO4+8H2O???? 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙 充电 述不正确的是( )
- - - - -

A.放电时锌作负极 B.充电时氢氧化铁被氧化 C.放电时溶液的碱性增强 D.充电时转移 3 mol e ,有 2 mol FeO2 被还原 4 解析:由电池反应知,Zn 从 0 价变为+2 价,失去电子,Zn 作原电池的负极,A 项正确;充电时, Fe(OH)3 中的+3 价的铁被氧化为 K2FeO4 中的+6 价的铁,B 项正确;放电时,生成 OH ,对应的溶液碱 性增强,C 项正确;放电时,此反应转移 6 mol e ,对应有 2 mol FeO2 被还原,D 项错误。 4 答案:D 12.(2011· 福建)研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢 板为电极材料,以 LiOH 为电解质,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( A.水既是氧化剂又是溶剂 B.放电时正极上有氢气生成 C.放电时 OH 向正极移动 D.总反应为:2Li+2H2O===2LiOH+H2↑ 解析:C 项是错误的,因为原电池放电时 OH 是向负极移动的。这种电池名称叫锂水电池,可推测其 总反应为:2Li+2H2O===2LiOH+H2↑。再写出其电极反应如下:
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- - - - - - -

)

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(-)2Li-2e ===2Li
- - +

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(+)2H2O+2e ===2OH +H2↑ 结合选项分析 A、B、D 项都是正确的。 答案:C 13.(2012· 哈尔滨市第二中学高三年级期末考试)用两根铂丝作电极插入 KOH 溶液中,再分别向两极 通入甲烷气体和氧气,可形成燃料电池,下列说法错误的是( A.通甲烷的一极为负极,通氧气的一极为正极 B.放电时通入氧气的一极附近溶液的 pH 升高 C.放电一段时间后,K 的物质的量不变 D.通甲烷的电极反应式是 CH4+8OH -8e ===CO2+6H2O 解析:本题考查电化学。难度中等。 涉及的电池反应:CH4+2O2===CO2+2H2O,CO2+2KOH===K2CO3+H2O,从化合价角度分析,碳从 -4 价升到+4 价,失去电子,故通 CH4 的一极为负极,氧从 0 价降至-2 价,得到电子,故通 O2 的一极 为正极,A 项正确;通入 O2 的一极发生得电子反应,即 O2+4e +2H2O===4OH ,生成 OH ,故 pH 升 高,B 项正确,K 在整个反应过程中没有参与反应,故其物质的量不变,C 项正确;在碱性溶液中不可能 生成 CO2,应生成 CO2 ,D 项错。 3 答案:D 14. (2011· 全国新课标)铁镍蓄电池又称爱迪生电池, 放电时的总反应为: Fe+Ni2O3+3H2O===Fe(OH)2 +2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )
- + - - - - - +



)

A.电池的电解液为碱性溶液,正极为 Ni2O3、负极为 Fe B.电池放电时,负极反应为 Fe+2OH -2e ===Fe(OH)2 C.电池充电过程中,阴极附近溶液的 pH 降低 D.电池充电时,阳极反应为 2Ni(OH)2+2OH -2e ===Ni2O3+3H2O 解析:由放电时的反应可以得出铁作还原剂失去电子,Ni2O3 作氧化剂得到电子,因此选项 A、B 均 正确;充电可以看做是放电的逆过程,即阴极为原来的负极,因为电池放电时,负极反应为:Fe+2OH
- - - - - - - -

-2e ===Fe(OH)2,所以电池充电过程中阴极反应为 Fe(OH)2+2e ===Fe+2OH ,因此电池充电过程中, 阴极附近溶液的 pH 会升高,选项 C 不正确;同理分析选项 D 正确。 答案:C 15.有 4 种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池,B.碱性氢氧燃料电池,C.质子交换膜燃料电池,D.熔 融盐燃料电池。下面是工作原理示意图,其中正极反应的产物为水的是( )

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解析:燃料电池通入燃料的电极为负极,通入氧气或空气的电极为正极。 正极反应 A B 4OH C O2+4e ===2O2
- - - -

负极反应 2H2-4e +2O2 ===2H2O 2H2-4e +4OH === 4H2O
- - -

O2+4e +2H2O===


O2+4e +4H === 2H2O





2H2-4e ===4H






2H2-4e +2CO2 === 3 O2+4e +2CO2=== D 2CO3
2-




2H2O+2CO2↑ 或 CO-2e +CO2 === 3 2CO2↑
- -

答案:C 二、非选择题 16.由 A、B、C、D 四种金属按下表中装置进行实验。

装置

现象

二价金属 A 不断溶解 )

C 的质量增加

A 上有气体产生

根据实验现象回答下列问题:(

(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________ __________________________________________________________。 (2)装置乙中正极的电极反应式是_________________________ __________________________________________________________。 (3)装置丙中溶液的 pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。 (4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是______________________ __________________________________________________________。
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解析:甲、乙、丙均为原电池装臵。依据原电池原理,甲中 A 不断溶解,则 A 为负极、B 为正极,活 泼性 A>B;乙中 C 极增重,即析出 Cu,则 B 为负极,活泼性 B>C;丙中 A 上有气体即 H2 产生,则 A 为 正极,活泼性 D>A,随着 H 的消耗,pH 变大。 答案:(1)A-2e ===A2 (3)变大 (4)D>A>B>C 17.(1)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一,下列有关说法不正确的是________。 A.太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学 B.氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境 C.以稀 H2SO4、KOH 为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同 D.以稀 H2SO4、KOH 为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同 (2)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池,该电池的总反应式为:3Zn+2K2FeO4+ 放电 8H2O???? 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。 充电 ①该电池放电时负极反应式为___________________________。 ②放电时每转移 3 mol 电子,正极有________mol K2FeO4 被还原。 (3)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为:Li1-xMnO4+ 放电 Lix???? LiMnO4,下列有关说法不正确的是________。 充电
- + +

(2)Cu2 +2e ===Cu





A.放电时电池的正极反应式为: Li1-xMnO4+xLi +xe ===LiMnO4 B.放电过程中,石墨没有得失电子 C.该电池也能在 KOH 溶液的环境中正常工作 D.充电时电池上标有“-”的电极应与外接电源的负极相连
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+ -

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解析:(1)选项 A,电解获得 H2 消耗较多的能量,而在催化剂作用下利用太阳能来分解 H2O 获得 H2 更为科学,选项 B,氢氧燃料电池中生成物为 H2O,对环境无污染,选项 C,以稀 H2SO4 为介质的电池负 极反应式为:H2-2e ===2H ,以 KOH 为介质的电池负极反应式为 H2+2OH -2e ===2H2O。选项 D, 氢氧燃料电池的总反应式均为:2H2+O2===2H2O。(2)①放电时,在碱性条件下,负极反应式为:Zn-2e
- - + - -

+2OH ===Zn(OH)2。 ②根据电池总反应式可知,2 mol K2FeO4 被还原时有 6 mol 电子转移,所以放电时每转移 3 mol 电子,



有 1 mol K2FeO4 被还原。 (3)选项 A,根据总反应式可知 Li 失去电子,电池负极反应式为:xLi-xe ===xLi ,由总反应式减去 负极反应式可得放电时的正极反应式为 Li1-xMnO4+xLi+xe ===LiMnO4。选项 B,根据总反应式可判断石 墨没有得失电子。选项 C,Li 能与 KOH 溶液中的 H2O 反应,导致电池无法正常工作。选项 D,充电过程 是放电的逆向过程,外界电源的负极提供的电子使原电池负极获得电子发生还原反应,所以标有“-”的 电极应与外接电源的负极相连。 答案:(1)C (2)①Zn-2e +2OH ===Zn(OH)2 ②1 (3)C 18. 某兴趣小组同学利用氧化还原反应: 2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4 +8H2O 设计如下原电池, 其中甲、 乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol· 1, L 盐桥中装有饱和 K2SO4 溶液。回答下列问题:
- - - - - +

(1)发生氧化反应的烧杯是________(填“甲”或“乙”)。 (2)外电路的电流方向为:从________到________。(填“a”或“b”) (3)电池工作时,盐桥中的 SO2 移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 4 (4)甲烧杯中发生的电极反应为________。 解析:根据氧化还原反应可知:甲烧杯中石墨作正极,发生还原反应,电极反应为:MnO4 +8H +5e
- - + -

===Mn2 +4H2O;乙烧杯中石墨作负极,发生氧化反应,电极反应为 Fe2 -e ===Fe3 ,外电路电流方向










从正极流向负极,即从 a 到 b。电池工作时,盐桥中的阴离子移向负极,阳离子移向正极,即 SO2 移向乙 4 烧杯。 答案:(1)乙 (2)a b (3)乙 (4)MnO4 +8H +5e ===Mn2 +4H2O
- + - +

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19.(2011· 江苏化学)Ag2O2 是银锌碱性电池的正极活性物质,可通过下列方法制备:在 KOH 溶液中加 入适量 AgNO3 溶液,生成 Ag2O 沉淀,保持反应温度为 80℃,边搅拌边将一定量 K2S2O8 溶液缓慢加到上 述混合物中,反应完全后,过滤、洗涤、真空干燥得固体样品。反应方程式为 △ 2AgNO3+4KOH+K2S2O8=====Ag2O2↓+2KNO3+2K2SO4+2H2O 回答下列问题: (1)上述制备过程中,检验洗涤是否完全的方法是________。 (2)银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液,电池放电时正极的 Ag2O2 转化为 Ag,负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4,写出该电池反应方程式:________________________________________。 (3)准确称取上述制备的样品(设仅含 Ag2O2 和 Ag2O)2.588 g,在一定的条件下完全分解为 Ag 和 O2, 得到 224.0 mL O2(标准状况下)。计算样品中 Ag2O2 的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。 解析:(1)考查实验基本操作,检查沉淀是否洗净的方法是取最后一滴洗涤液,滴加几滴 Ba(NO3)2 溶 液,若有白色沉淀则证明未洗净。也可以滴加酚酞,检验 OH 存在。还可以做焰色反应等。 (2)该电池正负极主要反应物、产物已知,再结合原子守恒可写出总电池反应式:Ag2O2+2Zn+4KOH +2H2O===2Ag+2K2Zn(OH)4 0.224 L (3)n(O2)= - =0.01 mol 22.4 L· mol 1 2.588 g-0.01 mol×32 g· mol 1 n(Ag)= =0.021 mol -1 108 g· mol 设 Ag2O2、Ag2O 的物质的量分别为 x、y,则有
- -

?2?x+y?=0.021 mol ? ? 1 ? ?x+2y=0.01 mol
x=0.0095 mol y=0.001 mol 因此 Ag2O2 质量分数 w(Ag2O2)= 0.0095 mol×248 g· mol 1 ≈0.91 2.588 g 答案:(1)取少许最后一次洗涤滤液,滴入 1~2 滴 Ba(NO3)2 溶液,若不出现白色浑浊,表示已洗涤完 全(或取少许最后一次洗涤滤液,滴入 1~2 滴酚酞溶液,若溶液不显红色,表示已洗涤完全) (2)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4+2Ag 224.0 mL -2 (3)n(O2)= mol - - =1.000×10 22.4 L· mol 1×1000 mL· 1 L 设样品中 Ag2O2 的物质的量为 x,Ag2O 的物质的量为 y 248 g· mol 1×x+232 g· mol 1×y=2.588 g 1 - x+ y=1.000×10 2mol 2 x=9.500×10 3mol y=1.000×10 3mol
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m?Ag2O2? w(Ag2O2)= = m?样品? 9.500×10 3mol×248 g· mol 1 =0.91 2.588 g
- -

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