2016-2017学年高中化学专题1化学反应与能量变化第2单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理和化学电源学业分层测评苏教版选修

原电池的工作原理和化学电源(建议用时：45分钟)学业达标1下列装置不可以组成原电池的是() 【导学号：92410040】【解析】C中装置不能形成闭合回路。【答案】C2在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是()A锌B石墨C银 D铜【解析】电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。【答案】A3关于如图所示的原电池，下列说法正确的是() 【导学号：92410041】A电子从锌电极通过导线流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生还原反应D铜电极上发生的电极反应为2H2e=H2【解析】该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极，负极、正极反应式分别为负极：Zn2e=Zn2，正极：Cu22e=Cu；盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移，故A正确，B、C、D错误。【答案】A4如图，在盛有稀硫酸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中正确的是 ()A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeCX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，则它们的活动性顺序为X>Y【解析】由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y外电路X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为铁，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y。【答案】D5甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O24H4e=2H2O。下列叙述中不正确的是()A负极的反应式为CH3OHH2O6e=CO26HB电池的总反应方程式是2CH3OH3O2=2CO24H2OC电池工作时，H由正极移向负极D电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入【解析】首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。 电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O，B项正确；电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项也正确；电池工作时，H移向正极而不是移向负极，所以C项错误。【答案】C6在理论上不能用于设计原电池的化学反应是() 【导学号：92410042】AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H<0B2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H<0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H<0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)H<0【解析】理论上放热的氧化还原反应均能设计成原电池。【答案】A7M、N、P、E四种金属：MN2=NM2M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡N、E用导线连接放入E的硫酸溶液中，电极反应为E22e=E，N2e=N2。四种金属的还原性由强到弱顺序是()APMNEBENMPCPNME DEPMN【解析】由知，活泼性M>N，M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，构成原电池正极，活泼性P>M；N、E构成的原电池N作负极，活泼性N>E。【答案】A8纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。关于该电池的叙述不正确的是() 【导学号：92410043】A使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极B使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极C正极的电极反应为Ag2O2eH2O=2Ag2OHDZn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应【解析】由总方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A项正确，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。【答案】B9镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd2NiOOH2H2OCd(OH)22Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是()A充电时阳极反应：Ni(OH)2eOH=NiOOHH2OB充电过程是化学能转化为电能的过程C放电时负极附近溶液的碱性不变D放电时电解质溶液中的OH向正极移动【解析】充电时二次电池的电极反应式为：阳极：2Ni(OH)22OH2e=2NiOOH2H2O，阴极：Cd(OH)22e=Cd2OH，即A正确；充电过程是将电能转化为化学能的过程，B错；放电时负极附近溶液的碱性减弱，C错；放电时电解质溶液中的OH向负极移动，D错。【答案】A10(1)下列装置属于原电池的是_。【导学号：92410044】(2)在选出的原电池中，_是负极，发生_反应，_是正极，该极的现象是_。(3)此原电池反应的化学方程式为_。【解析】(1)构成原电池的条件：a.两个活泼性不同的电极；b.电解质溶液；c.形成闭合回路；d.自发进行的氧化还原反应。根据此条件知属于原电池。(2)(3)在原电池中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，表面有气泡冒出，反应实质为FeH2SO4=FeSO4H2。【答案】(1)(2)Fe氧化CuCu表面有气泡产生(3)FeH2SO4=FeSO4H211利用反应Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2设计一个原电池。在下图方格内画出实验装置图，并指出正极材料为_，电极反应式为_；负极材料为_，电极反应式为_。【解析】将Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2拆分为：Zn2e=Zn2(氧化反应)，2Fe32e=2Fe2(还原反应)。结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用锌，正极用活泼性比锌弱的金属或导电的非金属，为保证Fe3在正极得电子，电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。【答案】Pt(或C)2Fe32e=2Fe2ZnZn2e=Zn2或12科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。(甲醇的燃烧热为H726.5 kJ·mol1)在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的电极反应式为_，正极的电极反应式为_。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为_(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。【解析】在燃料电池中，通入氧气的一极是正极，通入甲醇的一极是负极，根据甲醇中碳元素的化合价变化可推知1 mol甲醇转移6 mol电子，故写出负极反应为CH3OHH2O6e=CO26H；正极反应为O26H6e=3H2O。因为甲醇的燃烧热是726.5 kJ·mol1，故可求得该燃料电池的理论效率702.1 kJ÷726.5 kJ×100%96.6%。【答案】CH3OHH2O6e=CO26HO26H6e=3H2O96.6%能力提升13(2015·江苏高考)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() 【导学号：92410045】A反应CH4H2O3H2CO，每消耗1 molCH4转移12 mol电子B电极A上H2参与的电极反应为：H22OH2e=2H2OC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：O22CO24e=2CO【解析】A选项，甲烷中的C为4价，一氧化碳中的C为2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2CO2CO4e=3CO2H2O，所以错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气得电子和二氧化碳生成碳酸根离子，所以正确。【答案】D14(2015·天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是() 【导学号：92410046】A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡【解析】ACu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C.电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。【答案】C15(1)今有2H2O22H2O反应，构成燃料电池，负极通的应是_，正极通的应是_，电极反应式：负极为_ _，正极为_。(2)若把KOH溶液改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式：负极为_，正极为_。【解析】(1)碱性条件下，负极反应为2H24e4OH=4H2O，正极反应为O24e2H2O=4OH。(2)稀H2SO4作电解质时，负极为2H24e=4H，正极反应为O24H4e=2H2O。【答案】(1)H2O22H24OH4e=4H2O