十原電池原理的應用化學電源(30分鐘45分)題組過關·夯基礎題組一:原電池原理的應用1.(2分)將等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸中,同時向a中加入少量CuSO4溶液,下圖中產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系,其中正確的是()【解析】選A。a中加入少量CuSO4溶液,被置換出的銅覆蓋在Zn的表面,形成原電池,產生H2的速率加快,反應所需時間縮短,但置換銅時消耗了一部分鋅,故與稀硫酸反應的鋅的質量減少,完全反應后生成的H2的體積比b少。2.(2分)X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中,用導線連接,可以組成原電池,實驗結果如圖所示:則四種金屬的活動性的強弱順序為 ()A.Z>Y>W>X B.Z>X>Y>WC.Z>Y>X>W D.Y>Z>X>W【解析】選C。甲中Z作負極,Z>Y;乙中Y作負極,Y>X;丙中Z作負極,Z>W;丁中X作負極,X>W;故四種金屬的活動性的強弱順序為Z>Y>X>W。題組二:新型一次電源、二次電源3.(2分)“鹽水動力”玩具車的電池以鎂片、活性炭為電極,向極板上滴加食鹽水后電池便可工作,電池總反應為2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列關于該電池的說法錯誤的是 ()A.電池工作時,負極發生還原反應B.食鹽水作為電解質溶液C.電池工作時鎂片逐漸被消耗D.電池工作時實現了化學能向電能的轉化【解析】選A。由電池反應2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2可知,Mg作負極,發生氧化反應,逐漸被消耗,活性炭作正極,電解質溶液是食鹽水,A錯誤,B、C正確;電池工作時將化學能轉化為電能,D正確。4.(4分)(雙選)高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池可長時間保持穩定的放電電壓。高鐵電池的總反應為3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+4KOH+2Fe(OH)3,下列敘述不正確的是 ()A.放電時負極反應式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2B.放電時每轉移3mol電子,正極1molK2FeO4被氧化C.該電池為二次電池D.放電時正極附近溶液的堿性減弱【解析】選B、D。A.該電池放電時,金屬鋅與高鐵酸鉀反應生成氫氧化鐵、氫氧化鋅和氫氧化鉀,在該反應中,鋅失電子化合價升高,鋅作原電池的負極,電極反應式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,A正確;B.放電時,Fe元素由+6價下降到+3價,每轉移3mol電子,正極有1molK2FeO4被還原,B錯誤;C.該電池可以充電,為二次電池,C正確;D.放電時高鐵酸鉀中的鐵元素由+6價降低到氫氧化鐵中的+3價,得電子,其電極反應式為FeO42-+3e-+4H2O===5OH-+Fe(OH)3,正極附近產生氫氧根離子,該處溶液的堿性增強5.(4分)近年來電池研究領域涌現出紙電池,它像紙一樣輕薄柔軟,其結構如圖所示。某同學據此利用質量相同的銅片和鎂片及電解質溶液(CuSO4溶液)和隔離膜制作簡易電池。下列關于其放電過程說法正確的是 ()A.銅片為負極B.電子由鎂片經隔離膜流向銅片C.Cu2+向銅片電極移動D.將銅片換為鋁片,電解質溶液換為NaOH溶液,負極為鎂片【解析】選C。鎂片、銅片、CuSO4溶液構成原電池,鎂片為負極,發生氧化反應,A錯誤;電子不能進入電解質溶液,B錯誤;原電池中陽離子向正極移動,銅片為正極,C正確;將銅片換為鋁片,電解質溶液換為NaOH溶液,負極為鋁片,D錯誤。題組三:新型燃料電池6.(2分)(2024·濰坊高一檢測)2024年4月26日,我國神舟十八號航天員順利到達空間站。空間站中處理航天員排泄物的一種方法是用微生物處理產生氨氣,氨氣與氧氣分別通入燃料電池兩極,最終生成常見的無毒物質。示意圖如圖所示。下列說法正確的是 ()A.a電極是負極,發生還原反應B.正極發生的反應是O2+4e-+2H2O===4OH-C.電池工作時電子由a電極經電解質溶液流向b電極D.總反應的化學方程式為4NH3+3O2===2N2+6H2O【解析】選D。該燃料電池工作原理為NH3與O2反應,故a電極是負極,發生氧化反應,A錯誤;通入氧氣的電極為正極,正極發生的反應是O2+4e-+4H+===2H2O,B錯誤;電池工作時電子由a經負載流向b電極,C錯誤;該燃料電池最終產物為氮氣和水,總反應的化學方程式為4NH3+3O2===2N2+6H2O,D正確。7.(2分)氫氧燃料電池是一種常見化學電源,其工作示意圖如圖所示。下列說法正確的是 ()A.H+由正極移向負極B.H2SO4溶液的作用是傳導電子C.b電極上發生還原反應D.電子由b電極通過燈泡向a電極移動【解析】選C。由圖可知,氧氣發生還原反應,b為正極,則a為負極,原電池中H+由負極流向正極,A錯誤;H2SO4溶液為內電路,作用是傳導離子,B錯誤;b電極上氧氣得到電子發生還原反應,C正確;電子從負極a電極通過燈泡向正極b電極移動,D錯誤。綜合應用·拓思維8.(2分)兩種金屬A、B與稀硫酸組成原電池時,A是正極。下列有關推斷正確的是 ()A.A的金屬性強于BB.電子不斷由A電極經外電路流向B電極C.A電極上發生的電極反應是還原反應D.A在金屬活動性順序中一定排在氫前面【解析】選C。由A、B兩種金屬和稀硫酸組成的原電池,A是正極,說明A的金屬性比B弱,A錯誤;外電路電子由負極流向正極,即由B電極經外電路流向A電極,B錯誤;原電池正極發生還原反應,即A電極上發生還原反應,C正確;A為正極,金屬性較弱,可能排在氫的后面,D錯誤。9.(2分)鋅-空氣電池具有環境友好、能量密度高、成本低等優點,常用作電動汽車的新型電源,該電池的結構如圖所示,工作原理為2Zn+O2+2H2O===2Zn(OH)2。下列說法不正確的是 ()A.該電池可將化學能轉化為電能B.電池工作時,空氣在石墨電極上發生還原反應C.外電路中電子流向:石墨電極→燈泡→Zn電極D.負極發生的電極反應:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2【解析】選C。該裝置為原電池,原電池是將化學能轉化為電能的裝置,A正確;空氣中的氧氣在石墨電極上得到電子發生還原反應,B正確;負極鋅失去電子,石墨電極得到電子,即外電路電子流向為Zn電極→燈泡→石墨電極,C錯誤;結合總反應知,負極電極反應為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,D正確。10.(4分)(2024·濟南高一檢測)如圖所示,杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質量相同的空心銅球和空心鐵球,調節杠桿使其在水中保持平衡,然后小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液,一段時間后,下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中不考慮鐵絲反應及兩邊浮力的變化) ()A.當杠桿為絕緣體時,A端高B端低;當杠桿為導體時,A端低B端高B.杠桿為導體和絕緣體時,均為A端低B端高C.當杠桿為絕緣體時,A端低B端高;當杠桿為導體時,A端高B端低D.杠桿為導體和絕緣體時,均為A端高B端低【解析】選A。杠桿為導體時,向燒杯中央滴入CuSO4溶液,構成Fe、Cu原電池,Fe為負極,發生Fe-2e-===Fe2+,Cu為正極,發生Cu2++2e-===Cu,則A端低,B端高;杠桿為絕緣體時,只發生Fe與硫酸銅溶液的反應,在Fe的表面附著Cu,質量變大,則A端高,B端低。A正確。11.(15分)(2024·菏澤高一檢測)能源、資源問題是當前人類社會面臨的一項重大課題。直接利用物質燃燒提供熱能在當今社會仍然占很大比重,但存在利用率低的問題,燃料電池的能量轉化效率比直接燃燒效率高,H2、CH4、CH3OH都是重要的能源物質。(1)氫氧燃料電池是常見的燃料電池,如圖1為氫氧燃料電池的工作原理示意圖,a、b均為惰性電極。①使用時,空氣從______________(填“A”或“B”)口通入;負極是______________(填“a”或“b”)。電流由__________流向____________(填“a”或“b”)。在堿性條件下,負極反應式為________________________________。(6分)

②假設使用的“燃料”是甲烷(酸性條件下),a極的電極反應式為____________________________________。(2分)

(2)某同學設計如圖2的原電池,正極實驗現象為________________________,

則負極的電極反應式為__________________________________,當導線中有3.01×1023個電子流過,溶液質量變化為______________g。(7分)

【解析】(1)①根據圖示可知,在氫氧燃料電池中,電子是由電極a通過電流表流向電極b,則a電極為負極,A口通入H2;b電極為正極,B口通入空氣。因此使用時空氣從B口通入;電流方向規定是正電荷的移動方向,則電流由正極b經電流表流向負極a;在堿性條件下,H2失去電子產生的H+與溶液中的OH-結合形成H2O,則在堿性條件下,負極反應式為H2-2e-+2OH-===2H2O。②假設使用的“燃料”是甲烷(酸性條件下),負極a上CH4失去電子變為CO2,則負極a的電極反應式為CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。(2)在該原電池中,Fe為負極,Fe失去電子變為Fe2+進入溶液,電極反應式為Fe-2e-===Fe2+;在正極石墨上Cu2+得到電子被還原為單質Cu,電極反應式為Cu2++2e-===Cu,故正極實驗現象是有紅色固體析出附在石墨上;總反應電極方程式為Fe+Cu2+===Fe2++Cu,根據總反應電極方程式可知,每反應轉移2mol電子,溶解56gFe變為Fe2+進入溶液,同時會有1molCu2+得到電子析出64gCu,使溶液的質量減輕64g,則溶液質量減輕Δm=64g-56g=8g。當導線中有3.01×1023個電子流過,n(e-)=3.01×10236.02×1023mol-1=0.5mol答案:(1)①BabaH2-2e-+2OH-===2H2O②CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+(2)有紅色固體析出附在石墨上Fe-2e-===Fe2+2遷移創新·提素能12.(4分)用如圖所示裝置探究原電池中的能量轉化。圖中注射器用來收集氣體并讀取氣體體積,記錄實驗數據如表。下列說法不正確的是 ()時間/min①②氣體體積/mL溶液溫度/℃氣體體積/mL溶液溫度/℃0022.0022.08.53024.85023.810.55026.0——A.時間相同時,對比兩裝置的溶液溫度,說明反應釋放的總能量:①>②B.0~8.5min內,生成氣體的平均速率:①<②C.兩個裝置中反應均為Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑D.生成氣體體積相同時,對比兩裝置的溶液溫度,說明②中反應的化學能部分轉化為電能【解析】選A。依據能量守恒定律可知,釋放的總能量與生成的氣體的量成正比