课时规范练21 化学能转化为电能——电池一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。1.(2021山东烟台期末)我国科学家发明了一种“可固氮”的镁—氮二次电池,装置如图所示,下列说法错误的是( )A.脱氮时,镁片作阴极B.该电池在常温下不能正常工作C.固氮时,电解质中的Mg2+移向镁片D.固氮时,钌复合电极的电极反应式为3Mg2++N2+6e-Mg3N22.(2020福建福州二模)一种零价铁纳米簇可用于水体修复,其处理三氯乙烯(CHClCCl2)所形成的原电池如图所示。水体中H+、O2、N等粒子也发生反应。下列说法正确的是( )A.零价铁纳米簇发生的电极反应为Fe-3e-Fe3+B.反应①在正极发生,反应②③④在负极发生C.③的电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2OD.三氯乙烯脱去3mol氯原子时,反应①转移6mol电子3.(2021山东烟台二模)2020年6月,清华大学发明了一种新型的钾离子电池。电池示意图如下,总反应为FeC2O4F+KC6C6+KFeC2O4F。下列说法错误的是( )A.放电时,正极反应为FeC2O4F+e-+K+KFeC2O4FB.充电时,K+向碳极移动C.用该电池电解精炼铜,粗铜溶解12.8g时,通过隔膜的K+一定为0.4molD.放电时,当电路中通过的电子为0.02mol时,碳电极减小的质量为0.78g\n4.我国科学家以固体菱形十二面体为原料,用化学刻蚀法制备Pt-Co纳米膜,将该纳米膜应用于燃料电池的电极,显著提高了燃料电池的性能,原理如图所示,下列叙述不正确的是( )A.燃料电池放电时,阳离子向电极B移动B.图中的交换膜是质子交换膜C.放电时,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-D.使用Pt-Co纳米膜,能加快两个电极的反应速率5.(2021山东泰安四模)锌—空气燃料电池是一种低能耗电池,在生产生活中应用广泛,其装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )A.充电时,a与电源正极相连B.放电过程中,KOH溶液浓度不变C.充电时,N极的电极反应为ZnO+2H++2e-Zn+H2OD.放电时,M极每消耗16gO2,理论上N极质量增加16g6.(2021山东淄博三模)以Na3Ti2(PO4)3为负极材料的新型可充电钠离子电池的工作原理如图。下列说法错误的是( )A.放电时,正极的反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6]B.充电时,a端接电源正极C.充电时,每生成1molFe[Fe(CN)6]消耗2molNaTi2(PO4)3D.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室7.如图是一种新型的光化学电源,当光照射N型半导体时,通入O2和H2S即产生稳定的电流并获得H2O2(H2AQ和AQ是两种有机化合物)。下列说法正确的是( )\nA.甲池中的石墨电极是电池的负极B.H+通过全氟磺酸膜从甲池进入乙池C.甲池中石墨电极上发生的电极反应为AQ+2H+-2e-H2AQD.总反应为H2S+O2H2O2+S↓8.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。硫化氢—空气质子交换膜燃料电池实现了发电、环保的有效结合,已知:2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l) ΔH=-632kJ·mol-1,下列说法不正确的是( )A.电极a发生了氧化反应B.标准状况下,每11.2LH2S参与反应,有1molH+经固体电解质膜进入正极区C.当电极a的质量增加64g时,电池内部释放632kJ的热能D.电极b上发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O二、非选择题:本题共2小题。9.(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。如图是高铁电池的模拟实验装置:①该电池放电时正极的电极反应为 。 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下图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,装置如图所示,电池正极的电极反应是 ;A\n是 。 (3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度,其装置如图所示。该电池中O2-可以在固体介质NASICON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为 。 10.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用,如宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等,都离不开各式各样的电池,同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息,回答下列问题:(1)研究人员最近发明了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中电池反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。①该电池的负极反应是 。 ②在电池中,Na+不断移动到“水”电池的 (填“正”或“负”)极。 ③外电路中每通过4mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是 。 (2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。①该电池工作时,b口通入的物质为 。 ②该电池负极的电极反应为 。 ③工作一段时间后,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,有 NA个电子转移(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 (3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质,当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液时,电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2[Zn(OH)4],写出该电池的总反应: 。 参考答案\n课时规范练21 化学能转化为电能——电池1.C 解析脱氮时,该装置为电解池装置,镁片为阴极,电极反应式为Mg2++2e-Mg,故A正确;无水LiCl-MgCl2混合物在常温下为固体,其中不含能够自由移动的离子,不能导电,电池不能正常工作,故B正确;固氮时,该装置为原电池,镁片为负极,钌复合电极为正极,因此Mg2+移向钌复合电极,故C错误;固氮时,钌复合电极为正极,N2发生还原反应,其电极反应式为3Mg2++N2+6e-Mg3N2,故D正确。2.D 解析由原理图可知,零价铁纳米簇反应生成Fe2+,A错误;由题图可知反应①②③④均为得电子的反应,所以都在正极发生,B错误;由原理图可知,反应③是由O2转化为OH-,故电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,C错误;由原理图可知,三氯乙烯脱去氯变成乙烯,C元素的化合价从+1价转化为-2价,1mol三氯乙烯脱去3mol氯原子时得到6mol电子,D正确。3.C 解析总反应为FeC2O4F+KC6C6+KFeC2O4F,放电时,正极得电子,电极反应式为FeC2O4F+e-+K+KFeC2O4F,A正确;充电时,碳极得电子为阴极,阳离子移向阴极,所以K+向碳极移动,B正确;用该电池电解精炼铜,粗铜作为阳极,粗铜是混合物,溶解12.8g时,无法算出转移电子总数,所以通过隔膜的K+不一定为0.4mol,C错误;放电时碳电极反应为KC6-e-C6+K+,当电路中通过的电子为0.02mol时,碳电极溶出0.02molK+,质量减少0.02mol×39g·mol-1=0.78g,D正确。4.C 解析由题图可知,CH3OH失电子生成CO2,则电池左侧电极A为负极,O2得电子生成H2O,则电池右侧电极B为正极。A电极为电池负极,B电极为电池正极,阳离子向电极B移动,A正确;负极生成的H+向电极B移动,因此交换膜为阳离子交换膜(质子交换膜),B正确;放电时正极的电极反应为O2+4e-+4H+2H2O,C错误;根据题意Pt-Co纳米膜能够显著提高燃料电池的性能,可以加快电极反应,D正确。5.C 解析锌—空气燃料电池中Zn为活泼金属,放电时被氧化,所以N为负极,M为正极,正极上氧气被还原。放电时M为正极,则充电时M为阳极,a与电源正极相连,A正确;放电过程中N极的电极反应为Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,M极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,总反应为2Zn+O22ZnO,所以KOH溶液浓度不变,B正确;电解质溶液为碱性溶液,充电时N极的电极反应为ZnO+H2O+2e-Zn+2OH-,C错误;16gO2的物质的量为0.5mol,根据电极反应可知转移2mol电子,有1molZn转化为1molZnO,增加的质量为1mol氧原子的质量,为16g,D正确。6.C 解析Na3Ti2(PO4)3为负极材料,所以放电时Na3Ti2(PO4)3被氧化为NaTi2(PO4)3,Mo箔为正极,Fe[Fe(CN)6]被还原为Na2Fe[Fe(CN)6],电极反应为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e-Na2Fe[Fe(CN)6],A正确;放电时Mo箔为正极,则充电时Mo箔为阳极,a端连接电源正极,B正确;充电时右侧为阴极,电极反应为NaTi2(PO4)3+2e-+2Na+Na3Ti2(PO4)3,阳极的电极反应为Na2Fe[Fe(CN)6]-2e-Fe[Fe(CN)6]+2Na+,根据电极反应可知每生成1molFe[Fe(CN)6]转移2mol电子,消耗1molNaTi2(PO4)3,C错误;充电时为电解池,电解池中阳离子由阳极流向阴极,即Na+通过离子交换膜从左室移向右室,D正确。7.D 解析电子由负极经外电路流向正极,由图分析可知,甲池中的石墨电极是原电池的正极,A错误;H+向正极移动,H+应通过全氟磺酸膜从乙池进入甲池,B错误;甲池中石墨电极上发生的电极反应为AQ+2H++2e-H2AQ,C错误;通入硫化氢和氧气,\n分别生成硫、过氧化氢,则总反应为H2S+O2H2O2+S↓,D正确。8.C 解析由2H2S(g)+O2(g)S2(s)+2H2O(l)可知,O2在电极b上发生还原反应,电极反应为O2+4H++4e-2H2O,H2S在电极a上发生氧化反应,电极反应为2H2S-4e-4H++S2。电极a为负极,发生氧化反应,A项正确;由电极反应2H2S-4e-4H++S2可知,标准状况下,每11.2LH2S即0.5molH2S参与反应,有1molH+经固体电解质膜进入正极区,B项正确;反应由化学能转化为电能,则电极a的质量增加64g时,电池内部释放的热能小于632kJ,C项错误;该电池是质子固体做电解质,所以电极反应为O2+4H++4e-2H2O,D项正确。9.答案(1)①Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH- ②右左 ③使用时间长、工作电压稳定(2)N2+6H++6e-2NH3 氯化铵(或NH4Cl)(3)从b到a CO+O2--2e-CO2解析(1)①根据电池装置,锌为负极,碳为正极,高铁酸钾的氧化性很强,正极上高铁酸钾发生还原反应生成氢氧化铁,电极反应为Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3↓+5OH-。②盐桥中阴离子向负极移动;盐桥起的作用是使两个半电池连成一个通路,使两溶液保持电中性,起到平衡电荷、构成闭合回路的作用,放电时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由图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的反应,电池中氢气失去电子,在负极上发生氧化反应,氮气得到电子在正极上发生还原反应,则正极反应为N2+6H++6e-2NH3,氨气和氯化氢反应生成氯化铵,则A为氯化铵。(3)根据题图可知,一氧化碳和空气形成燃料电池,一氧化碳失去电子和氧离子反应生成二氧化碳发生氧化反应,电极反应为CO+O2--2e-CO2,所以多孔电极a为负极,原电池放电时阴离子向负极移动,所以工作时氧离子的移动方向为从b到a。10.答案(1)①Ag-e-+Cl-AgCl ②正 ③2mol(2)①CH3OH ②CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+③1.2(3)Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag解析(1)①根据电池总反应:5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,可判断出Ag应为原电池的负极,负极发生反应的电极反应为Ag+Cl--e-AgCl。②在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。③根据电池总反应可知,每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子,则外电路中每通过4mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2mol。(2)①据氢离子移动方向可知,右侧电极为正极,左侧电极为负极,负极上通入燃料甲醇。②负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子,电极反应为CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+。③根据负极的电极反应可知,当6.4g即0.2mol甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量为1.2mol,则转移电子的个数为1.2NA。(3)电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag,负极的Zn转化为K2[Zn(OH)4],正极的电极反应为Ag2O2+4e-+2H2O2Ag+4OH-,负极的电极反应为\n2Zn-4e-+8OH-2[Zn(OH)4]2-,总反应为Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag。
