1、步步高高考复习训练 原电池 化学电源一、选择题1为探究原电池的形成条件和反应原理，某同学设计了如下实验，并记录了实验现象：向一定浓度的稀硫酸中插入锌片，看到有气泡生成；向上述浓度的稀硫酸中插入铜片，没有气泡生成；将锌片与铜片上端接触并捏住，一起插入上述浓度的稀硫酸中，看到铜片上有气泡生成，且生成气泡的速率比实验中快；在锌片和铜片中间接上电流计，再将锌片和铜片插入上述浓度的稀硫酸中，发现电流计指针偏转。下列关于以上实验设计及现象的分析，不正确的是 ( )。A实验、说明锌能与稀硫酸反应而铜不能B实验 说明发生原电池反应时会加快化学反应速率C实验 说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气D实验、说明
2、该原电池中铜为正极、锌为负极解析 中看到铜片上有气泡生成，实质上是 Zn 失去的电子传到了铜片上，由 H 得到电子生成了 H2，而铜并没有参加反应。答案 C2下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是 ( )。A上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B干电池在长时间使用后，锌筒被破坏C铅蓄电池工作过程中，每通过 2 mol 电子，负极质量减轻 207 gD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析 选项 A 正确。在干电池中， Zn 作负极，被氧化，B 正确。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D
3、 正确。C 项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小。答案 C3如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是( )解析 A 项两个电极均选择 Cu，不能形成原电池；C 项没有形成闭合回路；D 项酒精为非电解质，不能 导电。答案 B4右图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，非常适合进行现场酒精检测。下列说法不正确的是 ( ) 。A该电池的负极反应式为：CH 3CH2OH 3H2O12e =2CO212H B该电池的正极反应式为：O24e 4H =2H2OC电流由 O2 所在的铂电极经外电路流向另一电极D微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量解
4、析 本题的关键是读图。由图示可知，呼气时进去的是 CH3CH2OH 出来的是 CH3COOH，负极的电极反 应为：CH3CH2OH4e H 2O=CH3COOH4H ，A 错误 ；氧气为正极，酸性条件下生成 H2O，B 正确；电流由正极流向负极， C 正确；酒精含量高，转移的电子数多，电流大，D 正确。答案 A5分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )A中 Mg 做负极，中 Fe 做负极B 中 Mg 做正极，电极反应式为 6H2O6e =6OH 3H 2C 中 Fe 做负极，电极反应式为 Fe2e =Fe2D中 Cu 做正极，电极反应式为 2H 2e =H2解析 中 Mg 不与 N
5、aOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应失去电子，是负极；中 Fe 在浓硝酸中易钝化，Cu 和浓 HNO3 反应失去电子作负极，A错，C 错。中电池总反应为 2Al2NaOH2H 2O=2NaAlO23H 2，负极电极反应式为 2Al8OH 6e =2AlO 4H 2O，二者相减得到正极电 2极反应式为：6H 2O6e =6OH 3H 2， B 正确。中 Cu 是正极，电极反应式为：O 22H 2O4e =4OH ，D 错。答案 B6如图所示，杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓 CuSO4溶液，一段
6、时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是 ( )。A杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端高 B 端低B杠杆为导体或绝缘体时，均为 A 端低 B 端高C当杠杆为导体时，A 端低 B 端高；杠杆为绝缘体时，A 端高 B 端低D当杠杆为导体时，A 端高 B 端低；杠杆为绝缘体时，A 端低 B 端高解析 当杠杆为导体时，构成了原 电池， A 端 Cu 球上会析出 铜增重， A 端低；当杠杆为绝缘体时，加 CuSO4 溶液后溶液密度增大，对 Cu 球的浮力增大，所以 A 端上升。答案 C7据报道，以硼氢化合物 NaBH4(B 元素的化合价为3 价)和 H2O2 作原料的燃料电池，负极材料采用 Pt/C，正极
7、材料采用 MnO2，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 ( )。A电池放电时 Na 从 a 极区移向 b 极区B电极 b 采用 MnO2，MnO 2 既作电极材料又有催化作用C该电池的负极反应为：BH 8OH 8e =BO 6H 2O 4 2D每消耗 3 mol H2O2，转移的电子为 3 mol解析 BH 中 H 显1 价，被氧化，电极 a 为负极，由图电解质溶液为 4OH ，负极的 电极反应式为：BH 8OH 8e =BO 6H 2O，C 正确； 4 2正极反应为 H2O2 生成 OH ，电极反应式为：H 2O22e =2OH ，生成OH ，Na 移向正极，A 正
8、确。燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用，B 正确；由正极的电极反应式可知消耗 3 mol H2O2，转移的电子为 6 mol。答案 D二、非选择题8(1)A、B 、C 三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。B 中 Sn 极的电极反应式为： _，Sn 极附近溶液的pH_(填“增大” 、 “减小”或“不变”)。C 中总反应的离子方程式为_。比较 A、B、C 中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是_。(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应是：_。电池工作一段时间后电解质溶液的 pH_(填“增大” 、 “减小”或“
9、不变”)。解析 (1)B、C 中均形成了原电池，在 B 中 Fe 作负极，腐蚀速率加速，在 C中 Zn 作 负极，而 Fe 被保 护了起来，故被腐蚀的速率最慢。(2)CH4 在反应时失去电子，故 a 电极是电池的负极。电极反应式可用总反应式 CH42OH 2O 2=CO 3H 2O 和正极反应 式：23O22H 2O4e =4OH 做差而得。由于电池工作过程中会消耗 OH ，故一段时间后，电解质溶液的 pH 会减小。答案 (1)2H 2e =H2 增大 Zn2H =Zn2 H 2 BAC(2)a CH 410OH 8e =CO 7H 2O23减小9(1)分析如图所示的四个装置，回答下列问题：装
10、置 a 和 b 中铝电极上的电极反应式分别为_、_。装置 c 中产生气泡的电极为_电极(填“铁 ”或“铜”)，装置 d 中铜电极上的电极反应式为_。(2)观察如图所示的两个装置，图 1 装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图 2 装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为_、_。(3)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为：_。电池工作一段时间后电解质溶液的 pH_(填“增大” “减小”或“不变”)。解析 (1)在稀 H2SO4 溶液中，镁比铝活泼， 铝电极作正极，正极的
11、电极反应式为 2H 2e =H2。在 NaOH 溶液中， 铝比镁活泼， 铝电极作负极，负极的电极反应式为 Al3e 4OH =AlO 2H 2O。在浓硝酸中，铁被钝化， 2铁电极作正极，正极上发生 NO 的还原反应， 产生气泡。装置 d 相当于金属 3铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O22H 2O4e =4OH 。(2)由图 1 可知还原性 CrCu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化， 导致活性降低。(3)CH4 在反应时失去电子，故 a 电极是电池的负极。电极反应式可由总反应式 CH42OH 2O 2=CO 3H 2O 减去正极反应式23O
12、22H 2O4e =4OH ，求得。由于电池工作过程中会消耗 OH ，故一段时间后，电解质溶液的 pH 会减小。答案 (1)2H 2e =H2 Al3e 4OH =AlO 2H 2O 铁 2O22H 2O4e =4OH (2)金属铬的活泼性比铜的强且能和稀硫酸反应生成 H2 金属铬易被稀硝酸钝化 (3)a CH410OH 8e =CO 7H 2O 减小2310金属铜不溶于稀硫酸，可溶于铁盐溶液生成铜盐与亚铁盐。现将一定量的铜片加入到 100 mL 稀硫酸和硫酸铁的混合液中，铜片完全溶解 (不考虑盐的水解及溶液体积的变化)(1)写出铜溶解于上述混合液的离子方程式_。(2)若铜完全溶解时，溶液中的
13、 Fe3 、Cu 2 、H 三种离子的物质的量浓度相等，且测得溶液的 pH1，则溶解铜的质量是_g ，溶液中的 c(SO) _molL1 。24(3)若欲在如图所示的装置中发生反应，请判断图中的正、负极，并选出适当的物质作电极，写出电极反应式，填在相应的表格中。正、负极判断 电极材料 电极反应式X 极Y 极解析 (1)Cu 与 Fe2(SO4)3 反应生成 CuSO4 和 FeSO4，可知离子方程式为Cu2Fe 3 =Cu2 2Fe 2 ；(2)溶液中的 Fe3 、Cu2 、H 三种离子的物质的量浓度相等，且测得溶液的pH1，故 c(H )c (Cu2 )0.1 molL1 ，故 n(Cu2
14、)0.1 molL1 0.1 L0.01 mol，溶解 铜的质量为 0.01 mol64 gmol1 0.64 g；反应后溶液中的阳离子为：Fe 3 、Fe2 、Cu2 、H ，而 Cu2Fe 3 =Cu2 2Fe 2 ，可见Fe2 的物质的量浓度为 Cu2 的两倍，依据溶液中的电荷守恒规律，故 0.1 molL1 30.2 molL1 20.1 molL1 20.1 molL1 1c(SO )242，解得 c(SO )0.5 molL 1 。24答案 (1)Cu 2Fe 3 =Cu2 2Fe 2 (2)0.64 0.5(3)正、负极判断 电极材料 电极反应式X 极 负极 铜 Cu2e =Cu
15、2Y 极 正极 碳 2Fe3 2e =2Fe211.化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)下列相关说法正确的是_(填序号) 。A通过某种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以判断该电池的优劣B二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用C除氢气外，甲醇、汽油、氧气等都可用作燃料电池的燃料D近年来，废电池必须进行集中处理的问题被提上日程，其首要原因是电池外壳的金属材料需要回收(2)目前常用的镍(Ni) 镉(Cd)电池，其电池总反应式可表示为 2Ni(OH)2Cd(OH) 2 Cd2NiO(OH)2H 2O充 电 放 电已知 Ni(OH)2 和 Cd(OH)2 均
16、难溶于水，但能溶于酸，以下说法正确的是_(填序号) 。A以上反应是可逆反应 B反应环境为碱性C电池放电时 Cd 作负极 D该电池是一种二次电池(3)在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a 、b 两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电。a 电极是电源的 _极；若该电池为飞行员提供了 360 kg 的水，则电路中通过了_mol 电子。(4)请运用原电池原理设计实验，验证 Cu2 、Fe 3 氧化性的强弱，请画出实验装置图并写出电极反应式。解析 (1)B 项二次电池可以多次使用，但不可能无限次重复使用。C 项氧气可用作燃料电池的氧化剂，而不是燃料。D 项废旧电池进行集中处理的主要原因是电池中含有汞、镉和铅等金属离子，它 们会对土壤、水源造成污染。(2)两个方向的反应条件不同，不能称为可逆反应。 (3)电路中通过的电子的物质的量为(360 000 g18 gmol1 )240 000 mol。(4)三价铁离子能够氧化单质铜生成铜离子，从而设计成原电池证明该结论。答案 (1)A (2)BCD (3)负 40 000(4)装置如右图。正极的电极反应式：2Fe 3 2e =2Fe2负极的电极反应式：Cu2e =Cu2
