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-1-原电池化学电源一、选择题1.下列有关化学电池的说法中正确的是()A.化学电池只能将化学能转化为电能B.燃料电池能将全部化学能转化为电能C.银锌电池比能量大,电压稳定,储存时间长D.一次电池包括干电池和蓄电池【解析】选C。蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电),也可以将电能转化为化学能(充电),燃料电池的能量转化率超过80%,但不可能100%转化。蓄电池可重复使用,属于二次电池。故选C。2.(2019·德州模拟)原电池装置如图所示,下列有关叙述正确的是()A.锌电极上发生还原反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)不变C.电池工作一段时间后,甲池溶液的总质量增加D.该装置将化学能转化为电能,一段时间后,装置内的电子总量减少【解析】选B。锌是负极,发生氧化反应,A错误;原电池工作时,阴离子由正极向负极运动,但阴离子不能通过阳离子交换膜,只出现锌离子由甲池移向乙池,甲池的c(S)不变,B正确;根据B的分析,电池工作一段时间后,甲池溶液仍是硫酸锌溶液,质量不变,C错误;该装置是原电池装置,将化学能转化为电能,电子的定向移动产生电流,但电子总量不变,D错误。3.依据Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图。下列有关该电池的说法正确的是()-2-A.电池工作时Cd2+向电极B移动B.电极A上发生反应Hg2SO4+2e-2Hg+SC.电极B上发生反应Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+D.反应中每生成amolHg转移3amol电子【解析】选B。根据电池总反应式可知,放电时Cd在负极失电子,故B为负极,电极反应式为Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A极,A、C错误;正极上Hg2SO4得电子生成Hg,电极反应式为Hg2SO4+2e-2Hg+S,当生成amolHg时,转移amol电子,B正确,D错误。4.斯坦福大学、麻省理工学院和丰田研究所的科学家们发现,利用大数据和人工智能可预测电池的使用寿命及储电能力。硼化钒(VB2)-空气电池是目前储电能力最高的电池,电池示意图如图所示,该电池工作时发生反应4VB2+11O24B2O3+2V2O5。下列说法正确的是()A.电极a为电池负极B.图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过C.电子由VB2极经KOH溶液流向电极aD.VB2极发生的电极反应为2VB2+22OH--22e-V2O5+2B2O3+11H2O【解析】选D。根据原电池反应和氧化还原反应原理知,电极a为正极,A项错误;题图中选择性透过膜只能让阴离子选择性透过,B项错误;电子由VB2极经负载流向电极a,C项错误;根据总反应和电子转移情况可知D项正确。【加固训练】-3-(2019·成都模拟)如图所示的C-NaMO2电池是科学家正在研发的钠离子电池,据悉该电池可以将传统锂电池的续航能力提升7倍。该电池反应式为NaMO2+nCNa(1-x)MO2+NaxCn,下列正确的是()A.充电时,左侧电极为阳极B.电解质可以选用无水乙醇C.放电时,负极电极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+D.充电时,阳极电极反应式为nC+xNa+-xe-NaxCn【解析】选C。A、充电时,钠离子移向左侧,左侧电极为阴极,故A错误;B、无水乙醇为非电解质,不能电离,不导电,故B错误;C、原电池中,负极发生失电子的氧化反应:放电时,负极电极反应式为NaMO2-xe-Na(1-x)MO2+xNa+,故C正确;D、电解池中,阳极上发生失电子的氧化反应:电极反应式为NaxCn-xe-nC+xNa+,故D错误。5.垃圾的处理是制约环境保护的一大难题。最近报道的一种处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图如图。装置工作时下列说法错误的是()A.盐桥中Cl-向Y极移动B.化学能转变为电能C.电子由X极沿导线流向Y极D.Y极发生的反应为2N+10e-+12H+N2+6H2O,周围pH增大-4-【解析】选A。NH3→N2化合价升高失电子,发生氧化反应,作负极;N→N2化合价降低得电子,发生还原反应,作正极,盐桥中Cl-向负极X极移动,故A错;垃圾在微生物的作用下,发生氧化还原反应,形成了原电池,所以化学能转变为电能,故B正确;根据A分析知X为负极,Y为正极,电子由负极X极沿导线流向正极Y极,故C正确;Y极为正极发生的反应为2N+10e-+12H+N2+6H2O,消耗H+,所以pH增大,故D正确,答案选A。【加固训练】某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为:2H2+O22H2O,下列有关说法正确的是()A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为:O2+2H2O+4e-4OH-C.每转移0.1mol电子,消耗1.12L的H2D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极【解析】选D。首先明确a为负极,这样电子应该是通过外电路由a极流向b;B选项电极反应为O2+4e-+4H+2H2O;C没有告知标准状况。二、非选择题6.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______________________。-5-(2)装置乙中正极的电极反应式是______________________。(3)装置丙中溶液的pH________(选填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是______________________。【解析】(1)二价金属A不断溶解,说明A是负极,所以负极的电极反应式是A-2e-A2+;(2)乙装置中C的质量不断增加,说明C电极是正极,溶液中的铜离子放电生成铜,电极反应式为Cu2++2e-Cu;(3)丙装置中A电极上有气体生成,所以A电极是正极,溶液中的氢离子放电生成氢气,所以溶液的pH增大;(4)甲中A是负极,B是正极;乙中C是正极,B是负极;丙中A是正极,D是负极,所以四种金属活泼性由强到弱的顺序是DABC。答案:(1)A-2e-A2+(2)Cu2++2e-Cu(3)变大(4)DABC7.(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________(填选项字母)。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+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH①该电池放电时负极反应式为______________________。②放电时每转移3mol电子,正极有________molK2FeO4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+LixLiMnO4,下列有关说法不正确的是________(填选项字母)。-6-A.放电时电池的正极反应式:Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4B.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【解析】(1)A项,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;B项,氢氧燃料电池中生成物为H2O,对环境无污染;C项,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;D项,氢氧燃料电池的总反应式均为2H2+O22H2O。(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,2molK2FeO4被还原时有6mol电子转移,所以放电时每转移3mol电子,有1molK2FeO4被还原。(3)A项,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电池的正极反应式为Li1-xMnO4+xLi++xe-LiMnO4;B项,根据总反应式可判断石墨没有得失电子;C项,Li能与KOH溶液中的H2O反应,导致电池无法正常工作;D项,充电过程是放电的逆向过程,外接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)2②1(3)C一、选择题1.2019年诺贝尔化学奖授予对锂离子电池研究方面做出贡献的三位科学家。锂空气充电电池,工作原理示意图如下,下列叙述正确的是()-7-A.该电池工作时Li+向负极移动B.Li2SO4溶液可作该电池电解质溶液C.电池充电时间越长,电池中Li2O含量越多D.电池工作时,正极可发生:2Li++O2+2e-Li2O2【解析】选D。原电池中,阳离子应该向正极移动,选项A错误。单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气,所以电解质溶液不能使用任何水溶液,选项B错误。电池充电的时候应该将放电的反应倒过来,所以将正极反应逆向进行,正极上的Li应该逐渐减少,所以电池充电时间越长,Li2O含量应该越少,选项C错误。题目给出正极反应为:xLi++O2+xe-LixO2,所以当x=2的时候反应为:2Li++O2+2e-Li2O2,所以选项D正确。【加固训练】控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2,设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极【解析】选D。由反应2Fe3++2I-2Fe2++I2可知,反应开始时,甲中Fe3+发生还原反应,乙中I-发生氧化反应;当电流计读数为零时,则反应达到了平衡状态,此时在甲中溶入FeCl2固体,平衡向逆反应方向移动,乙中I2发生还原反应,则乙中石墨电极为正极。2.电致变色玻璃以其优异的性能将成为市场的新宠。如图所示为五层膜的玻璃电致变色系统,其工作原理是:在外接电源下,通过在膜材料内部发生氧化还原反应,实现对器件的光透过率-8-进行多级可逆性调节。(已知:WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色)下列有关说法正确的是()A.当B外接电源负极时,膜由无色变为蓝色B.当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3C.当A接电源的负极时,此时Li+得到电子被还原D.当A接电源正极时,膜的透射率降低,可以有效阻挡阳光【解析】选B。根据题意及图示信息,结合电解原理可知,当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li+Li4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由蓝色变为无色,当A接电源负极时,WO3得电子被还原,发生的电极反应为:WO3+Li++e-LiWO3,膜由无色变为蓝色。当B外接电源负极时,Fe4[Fe(CN)6]3转化为Li4Fe4[Fe(CN)6]3,膜由蓝色变为无色,A项错误;当B外接电源负极时,根据电解原理可知,离子储存层Fe4[Fe(CN)6]3得电子转化为Li4Fe4[Fe(CN)6]3,发生反应为:Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3,B项正确;当A接电源的负极时,WO3得电子被还原为LiWO3,Li+只是作为电解质溶液导电,未发生氧化还原反应,C项错误;当A接电源正极时,LiWO3失电子发生氧化反应得到WO3,膜由蓝色变为无色,透射率增强,不能有效阻拦阳光,D项错误。【加固训练】(2020·成都模拟)某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.光照时,b极