第2讲 原电池原理及其应用[随堂练习]_原电池原理及其应用

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第2讲 原电池原理及其应用

1.(2012安徽黄山高三七校联考)根据右图,判断下列说法中错误的是()

A.石墨电极为正极,Ag电极为负极 B.负极电极反应式:FeC.盐桥中阴离子移向D.总反应为:Fe33e Fe2

AgNO3溶液

Fe2Ag + Ag

2.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是()

CuSO42A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为B.装置②的总反应是:Cu2Fe3溶液

Cu22Fe

C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连 D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀

3.一种光化学电池的结构如图所示,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,AgCl(s)〔Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面〕,接着复至初始状态。下列说法正确的是()

Cl(AgCl)eAg(s)+Cl(AgCl),Cl(aq)若将光源移除,电池会立即回

A.光照时,电流由Y流向X B.光照时,Pt电极发生的反应为:2Cl 2eC.光照时Cl向Ag电极移动 D.光照时,电池总反应为:AgCl(s)Cu(aq)Cl2↑

Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)

4.某同学利用家中废旧材料制作一个可使玩具扬声器发出声音的电池,装置如图所示。下列说法正确的是 „()

A.电流方向为:铝质易拉罐导线扬声器导线碳棒 B.铝质易拉罐将逐渐得到保护 C.电池总反应为:4Al3O26H2O

4Al(OH)3H2

D.碳棒上发生的主要反应为:2H4e

↑

5.(2011山东理综,29改编)如图为钠硫高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应原理为:2Na+xSNa2Sx。

(1)放电时正极反应式为;若该电池为可充电电池,则充电时阴极反应式为 。(2)充电时Na所在电极与直流电源的 电极相连。(3)M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是。

(4)与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。

课后作业

(时间:45分钟 满分:100分)

一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分。每小题只有一个选项符合题意)1.(2012安徽合肥一模)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()2A.在熔融电解质中O由负极移向正极

OB.通入空气的一极是正极,电极反应为:22H2O4e

4OH

C2C.通入丁烷的一极是负极,电极反应为:

4H1026e13O

4CO25H2O

1792D.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 2.说明Al的金属活动性比Cu强的事实是()A.以铝为阳极、铜为阴极电解硫酸铜溶液时,阳极铝溶解 B.与氯气反应时,铝失去3个电子,而铜失去2个电子 C.常温下,铝在浓硝酸中钝化而铜不发生钝化

D.常温下将铝与铜用导线连接放入到稀盐酸中,铝为负极

3.下图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是()

A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀 B.正极为C,发生的反应为氧化反应 C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀 D.正极反应为:O22H2O4e

4OH

4.甲醇空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染的车载电池,其工作原理如下图。下列有关叙述正确的是()



A.H从正极区通过交换膜移向负极区 B.负极的电极反应式为:C.d导出的是CO2CH3OH(l)H2O(l)6e

CO2(g)6H

O2D.图中b、c分别是、甲醇

5.(改编题)2011年7月16日国际动力传输巨头SEW中国公司在天津开发区集中发布了由中国研发中心与德国研发中心共同合作专为中国市场开发的多款新型产品。其中LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池总反应式为: 2Li+FeSLi2SFe。有关该电池的下列说法中,正确的是()A.LiAl在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1价 B.该电池的正极反应式为:2LiFeS2e C.负极的电极反应式为Al3eLi2SFe

Al3

D.充电时,阴极发生的电极反应式为:Li2SFe2e

2LiFeS

6.锂离子电池已经成为应用最广泛的可充电电池。如图是某种锂离子电池的结构示意图,其中两极区间的隔膜只允许Li通过。电池充电时的总反应化学方程式为:

LiCoO2

Li1xCoO2 +xLi。关于该电池的推论错误的是()

A.放电时Li主要从负极区通过隔膜移向正极区

B.放电时,负极反应xLi-xexLi

C.充电时,由电能转化为化学能 D.充电时,负极(C)上锂元素被氧化

7.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理化学特点,科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示,反应的总方程式为:

2CuAg2O

Cu2O2Ag。下列有关说法正确的是()

A.铜电极附近有黑色沉淀生成B.负极的电极反应式为:2Cu2OH2e Cu2OH2OAg2O

C.测量原理示意图中,电流方向从 Cu 经过导线流向 D.电池工作时,溶液中 OH向正极移动 

8.大功率镍氢动力电池及其管理模块,是国家”十五”863计划电动汽车专项中一项重要课题。我国镍氢电池居世界先进水平,解放军潜艇将装备国产大功率镍氢动力电池。常见镍氢电池的某极是储氢合金均为零),电池反应通常表示为: LaNi5H66NiO(OH)LaNi56Ni(OH)2LaNi5H6(LaNi5H6中各元素化合价

下列有关镍氢电池的说法,不正确的是()A.电池工作时,储氢合金作负极 B.电池充电时,阳极发生氧化反应

C.电池放电时,电子由正极通过外电路流向负极 D.电池工作时,负极反应式:LaNi5H66OH6e

LaNi56H2O

9.如图是一种可充电的锂离子电池充放电的工作示意图。放电时该电池的电极反应式为:负极:极:LixC6xeC6x

Li(LixC6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料)正表示含锂原子的二氧化锰)下列有关说法错误的是()Li1xMnO2xLixeLiMnO2(LiMnO2

A.该电池的反应式为Li1xMnO2LixC6LiMnO2C6

B.K与M相接时,A是阳极,发生氧化反应 C.K与N相接时 Li由A极区迁移到B极区

D.在整个充、放电过程中至少存在3种形式的能量转化

10.2011年7月19日,美国能源部西北太平洋国家实验室的科学家和来自中国武汉大学访问学者组成的研究小组合作开发钠离子充电电池,研究人员采用廉价的钠离子同时使用纳米氧化锰和锂材料作电极制作出了钠离子充电电池,其工作示意图如下。关于该电池的说法中正确的是()

A.放电时A极作正极 B放电时Na向负极移动 C.充电时是将化学能转化为电能 D充电时阳极反应为:Lie Li



二、非选择题(本题包括4个小题,共50分)11.(12分)钢铁工业是国家工业的基础,请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。

(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式为。

(2)下列哪些装置可防止铁被腐蚀(填字母)。

(3)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图:

①A电极对应的金属是(写元素名称),B电极的电极反应式是。

②若电镀前铁、铜两电极的质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量之差为5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为 mol。

③镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因。12.(12分)某反应中反应物与生成物有:(1)已知FeCl3FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。

在反应中得到电子,则该反应的还原剂是。

(2)将上述反应设计成的原电池如图甲所示,请回答下列问题: ①电解质溶液中X是;②Cu电极上发生的电极反应式为;③原电池工作时,盐桥中的 离子(填”K”或”Cl”)不断进入X溶液中。



(3)将上述反应设计成的电解池如图乙所示,乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙,请回答下列问题: ①将该反应设计成电解池可(加快或减慢)反应的速率,M为电源的 极。

②图丙中的②线是 离子的变化,当电子转移2 mol时,向乙烧杯中加入 L 5 molL NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。

13.(12分)(2012安徽省城名校高三联考)我省合肥市大力发展清洁能源产业,以太阳能为代表的新能源产业规模占全省的一半以上。试完成下列问题:(1)现在电瓶车所用电池一般为铅蓄电池,如图所示,这是一种典型的可充电电池,电池总反应式

1为:PbPbO24H2SO42

2PbSO42H2O。则电池放电时,溶液的pH 会(填”增大”或”减小”),写出负极反应式为 ,充电时,铅蓄电池的负极应与充电器电源的 极相连。

(2)为体现节能减排的理念,中国研制出了新型燃料电池汽车,该车装有”绿色心脏”——质子交换膜燃料电池。如图是某种质子交换膜燃料电池原理示意图。该电池的正极是(填”a”或”b”,下同)极,工作过程中,质子(H)透过质子交换膜移动到 极。写出该电池的负极反应式为:。



(3)最近,合肥开工建设大型太阳能电池板材料生产基地,这种材料主要是高纯度的硅,下面关于硅的叙述中,正确的是。

A.硅的非金属性比碳弱,只有在高温下才能跟氢气发生化合反应 B.C.SiO2SiO2与碳酸钠固体高温条件下反应,说明硅酸的酸性强于碳酸 是酸性氧化物,它不溶于任何酸

D.虽然硅的化学性质不活泼,但在自然界中以化合态存在E.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 14.(14分)某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。

(1)如图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”)。用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中,向其中滴加少量的氯水,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价铁被氧化为更高价态。”如果+3价铁被氧化为式。

(3)其他条件不变,若将盐桥换成弯铜导线与石墨连成n型,如图所示,一段时间后,在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液,现象是 ,电极反应为;乙装置中石墨(1)为(填正、负、阴、阳)极。

FeO42试写出反应的离子方程

答案详情

【解析】 根据图中电子的流向,可知Ag电极失电子为负极,则石墨电极为正极;负极的电极反应式:

Age

Ag;由原电池的工作原理可知:电池工作时,电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以盐桥中阴离子向负极移动,总反应为:【答案】 B 【解析】 电流的方向是正极通过外电路到负极,故①中a为阳极,电解精炼铜时,粗铜作阳极,A项正确;铁比铜活泼,②中铁作负极,发生失电子的氧化反应:Fe2e

3Fe2Fe3Ag Fe2Ag。

Fe2铜作正极

Fe3在正极得电子,②中总反应为:Fe2Fe3

B项错误;C项为外接电源的阴极保护,被保护的金属与电源负极相连作阴极,C项正确;装置④中铜和铁虽然相连接,但所处环境非常干燥,很难形成原电池,金属不易被腐蚀,D项正确。【答案】 B 【解析】 由题意,光照时,Cl原子在Ag极得到电子形成ClCl由Ag极向Pt极迁移,电子来源于Pt极上的Cu失去的电子,经导线流入Ag极,光照时电流的方向与电子的流向相反,综上分析,A、B、C错误,只有D项正确。【答案】 D 【解析】 铝质易拉罐发生的是吸氧腐蚀,碳棒作正极,电极反应式为0反应式为4Al12OH 3O26H2O12e12OH4Al(OH)3铝作负极,电极电流方向应由12e4Al(OH)3故电池总反应为:

4Al3O26H2O

正极(碳棒)流向负极(铝质易拉罐),故C项正确。【答案】 C 【解析】(1)电池放电时为原电池,负极发生氧化反应:2Na2e 应:xS2e2Na正极发生还原反

Sx2;(2)充电时为电解池,两极发生的反应为原电池的逆反应,故Na所在的电极发生还原反2Na,因此,充电时Na所在电极与直流电源的负极相连。(4)在铅蓄电池中,铅作负极,当铅蓄电池消2a207应:2Na2e

耗a g Pb时转移电子的物质的量为放电量是铅蓄电池的4.5倍。【答案】(1)xS2e mol,而钠硫电池消耗a g Na时转移电子的物质的量

a23 mol,故钠硫电池的理论Sx2(或2NaxS2eNa2Sx)2Na2e2Na(2)负(3)离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫(4)4.5 【解析】 该电池反应的氧化剂为O2还原剂为丁烷,故

O2应通入电池的正极,丁烷应通入电池的负极,由原电池的工作原理可知:电池工作时,电解质溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,故A选项错。D选项错,通入空气的一极是正极,电极反应为:确。【答案】 D 【解析】 电解时,金属作阳极,阳极优先失电子,A项不符合题意;比较金属性的强弱,应该根据得失电子的能力,而不是得失电子的多少,B项不符合题意;铝和铁在浓硝酸中钝化,是铝和铁的特性,不能说明铝的金属性强于铜,C项不符合题意。D项符合题意。【答案】 D 【解析】 钢铁在酸性条件下发生析氢腐蚀,在弱酸性、中性或碱性条件下发生吸氧腐蚀,A、C项错误;钢铁腐蚀的本质就是铁失去电子被氧化,作负极,而氧气在正极(钢铁中的碳)发生还原反应,D项正确。【答案】 D 【解析】 由H的迁移方向(从负极到正极),可知甲为负极,乙为正极,故b、c分别通入甲醇、H2OO24e 2O2通入丁烷的一极是负极,负极是失去电子,B、C错;根据得失电子守恒可得D正

O2;a、d分别导出

CO2、。

【答案】 B 【解析】 根据题中给出的总反应可知,负极为Li,其电极反应式为LieLi故A、C项错误;利用总反应式减去负极反应式可得正极反应式,可判断B项正确;充电时应当是阳极发生失电子氧化反应,D项错误。【答案】 B 【解析】 充电时,电能转化为化学能,C项正确;充电时,负极(此时作阴极,即C极)发生还原反应,D项错误;放电时,Li作



负极被氧化,生成的Li从负极移向正极,A、B项正确。【答案】 D 【解析】 由反应的总方程式看出,铜化合价升高,失去电子被氧化,作负极,形成的Cu与碱性介质中的OH反应,B项正确;原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,D项错误;电子的流向与电流的流向相反,C项错误;铜电极附近有生成,不是黑色沉淀,A项错误。【答案】 B 【解析】 电池工作时储氢合金中的氢气失去电子,储氢合金作负极,电子由负极通过外电路流向正极,A项正确,C项错误;电池充电时,阳极(即原电池的正极)发生氧化反应,阴极(即原电池的负极)发生还原反应,B项正确;根据题中所给总反应式可写出电池工作时负极反应式为6NiO(OH)6H2O6eCu2OLaNi5H66OH6eLaNi56H2O正极反应式为6Ni(OH)26OHD项正确。

【答案】 C 【解析】 将放电时的正负极电极反应式相加可得总反应式

Li1xMnO2LixC6LiMnO2C6充电时反应逆向进行,A项正确;电池充电时,电池正极与电源正极相连接,电池负极与电源负极相连接,B项正确;K与N相接时,为电池放电,负极(B极)发生氧化反应,生成阳离子向正极迁移,C项错误;在整个过程中,能量在光能、化学能、电能、机械能等之间转换,D项正确。【答案】 C 【解析】 放电时A极失电子作负极,放电时Na向正极移动,A、B错;充电时是将电能转化为化学能,C错。【答案】 D 【解析】(1)溶液中当铁锈除尽后发生的反应有:Fe+2HCl

FeCl2H2↑和

2FeCl3Fe3FeCl2。

(2)A、C发生钢铁的吸氧腐蚀,B是牺牲阳极的阴极保护法,D是外加电源的阴极保护法。(3)①电镀时镀层金属作阳极,故A电极对应的金属是Cu,B电极的电极反应式为Cu22eCu。

②当两极质量之差为5.12 g,阳极溶解的铜和阴极析出的铜均为2.56 g,物质的量为0.04 mol,故电路中通过的电子为0.08 mol。【答案】(2)BD(3)①Cu Cu2(1)2FeCl3Fe3FeCl2

2eCu ②0.08 ③铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿环境中形成原电池,铁为负极,加速铁的腐蚀(答案合理即可)

【解析】(1)根据氧化还原反应规律,可知发生的反应为:(2)Cu电极为原电池的负极,电极反应式为Cu2e的K向正极移动进入X溶液中。Cu2FeCl3

2FeCl2CuCl2 Cu是还原剂。

Cu2;负极产生了阳离子,故阳离子应由负极移向正极,盐桥中(3)电解时Cu溶解发生氧化反应,故Cu电极为阳极,N为电源的正极,M为电源的负极;电解时阳极:Cu2e 阴极:2Fe3Cu22e 222Fe电解质溶液中Fe2、Cu的物质的量不断增大,电解开始时Cu的物质的量为0,由②2线表示的离子的物质的量的变化等于转移的电子的物质的量可知其表示Fen(Fe)4 mol-2 mol=2 mol,n(Fe322的变化;当电子转移2 mol时,溶液中)1mol+2 mol=3 mol,n(Cu2)1 mol,要使所有的金属阳离子沉淀完全,则

14mol1233mol225需NaOH的物质的量为:2 mol mol=14 mol,故NaOH溶液的体积为molL.8 L。

【答案】(1)Cu(2)①FeCl3 ②Cu2e2Cu2 ③K

(3)①加快 负 ②Fe 2.8

Pb2eSO42【解析】(1)铅蓄电池在放电时负极为Pb,失去电子发生氧化反应

PbSO4正极为

PbO2得到电子发生还原反应;铅蓄电池在充电时,是电解池的装置,与充电器电源负极相连的是阴极,即它放电时的负极,阳极失去电子转移到充电器电源的正极,阳极反应是(2)阳极即为原电池的负极,发生的反应为(3)B中SiO2PbSO4

2e2H2OPbO2SO44H2。

H22e2H阴极为正极,反应为

O24e4H2H2O。是酸性与碳酸钠固体高温条件下反应,由于不是水溶液中的反应,不能说明硅酸的酸性强于碳酸;C中

SiO2氧化物,它可溶于氢氟酸;E中,硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位。【答案】(1)增大(2)b b(3)AD 【解析】(1)根据电池示意图可知该原电池总反应为FeCuFeCu22Pb2eSO42PbSO4 负极

H22e2H Fe2Cu。

Fe2Cu 两极质量之差

mol 120 g 0.1 mol 12 g

0.1 mol Fe参加反应,转移电子的物质的量为0.1 mol20.2 mol。(2)若将CuCl2溶液换为NH4ClH2溶液

NH4Cl溶液因

NH4水解而显酸性,溶液中的H在石墨电极上发生还原反应,电

极反应式为2H2e↑。

O22H2O4e(3)甲装置是原电池,发生的是铁的吸氧腐蚀,铜丝作原电池的正极,电极反应式为

4OH故在铜

丝附近滴加酚酞试液,溶液变红。乙装置构成电解池,与铁相连的石墨(1)是电解池的阴极,与铜丝相连的石墨是阳极,电解CuCl2溶液,阳极的电极反应式为2Cl2eCl2↑。

FeCu2【答案】(1)Fe2Cu 0.2(2)2H2eH2↑ 酸性 2Fe33Cl28H2O2FeO246Cl16(3)溶液变红 O22H2O4e4OH 阴

H

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