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课时规范练21　原电池　化学电源
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.(2024湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是(　　)
A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌
D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
2.普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根石墨棒,石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法正确的是(　　)
干电池示意图
A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原
B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e-Mn2O3+2NH3+H2O
C.原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极
D.外电路中每通过0.1 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g
3.(2024广西桂林二模)海水电池在海洋能源领域应用广泛,铁、镁、钠、锂都可以作为海水电池的电极材料,其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.该装置不能将化学能完全转化为电能
B.海水中盐分大,可作为电解质溶液
C.钠、锂等活泼金属作B极,要防止其与海水直接接触
D.若铁为B极材料,则正极反应一定为2H2O+2e-2OH-+H2↑
4.纤维电池的发明为可穿戴电子设备的发展奠定了基础。一种纤维状钠离子电池放电时的总反应为Na0.44MnO2+NaTi2(PO4)3Na0.44-xMnO2+Na1+xTi2(PO4)3,其结构简图如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.放电时,S向乙电极移动
B.放电时,乙电极的电极反应式为
NaTi2(PO4)3+xe-+xNa+Na1+xTi2(PO4)3
C.该电池充电时甲电极应该与电源负极相连
D.该电池充电过程中Mn元素的化合价降低
5.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+H2O
D.放电时,M极每消耗16 g O2,理论上N极质量增加16 g
6.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1 mol Fe[Fe(CN)6]消耗2 mol NaTi2(PO4)3
D.充电时,Na+通过离子交换膜从左室移向右室
7.(2024广西柳州三模)利用微生物处理有机废水可获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用如图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)
A.正极反应为2H++2e-H2↑
B.该电池不能在高温环境下工作
C.电池工作时,Cl-向a极移动,Na+向b极移动
D.当a电极产生44 g气体时,理论上转移2 mol电子
8.高效储能电池——锂硫电池具有价格低廉、环境友好等特点,已经用于某些飞机,其原电池模型以及充、放电过程如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.放电时,化学能转化为电能
B.碳添加剂是为了增强电极的导电性
C.充电时,阳极的总的电极反应式是8Li2S-16e-S8+16Li+
D.放电时,1 mol Li2S8转化为Li2S6得到2 mol电子
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4 mol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6.4 g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)。
参考答案
课时规范练21　原电池　化学电源
1.D　解析 理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点,A项正确。氢氧燃料电池利用原电池原理将化学能转化为电能,对氢气与氧气反应的能量进行利用,减小了直接燃烧的热量散失,产物无污染,故具有能量转化率高、清洁等优点,B项正确。脱嵌是锂离子从电极材料中出来的过程,放电时,负极材料产生锂离子,则锂离子从负极脱嵌从正极嵌入;充电时,锂离子从阳极(对应原电池的正极)脱嵌,C项正确。太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,D项错误。
2.C　解析 普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A错误;根据原电池工作原理,负极失电子,B错误;由负极的电极反应式可知,每通过0.1 mol电子,消耗锌的质量是65 g·mol-1×=3.25 g,D错误。
3.D　解析 根据一般情况下,活泼金属作负极,石墨作正极,所以该装置图中A极是正极,B极是负极。原电池在工作中不可能将化学能完全转化为电能,A项正确;根据工作原理图可知,海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,B项正确;Na、Li等活泼金属易与水反应,故要防止其与水接触,C项正确;若铁为B极材料,则正极电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,D项错误。
4.A　解析 离子电池放电时的总反应为Na0.44MnO2+NaTi2(PO4)3Na0.44-xMnO2+Na1+xTi2(PO4)3,Na0.44MnO2发生氧化反应,所以甲作负极,乙作正极,阴离子向负极移动,所以S向甲电极移动,A错误;放电时乙电极作正极,电极反应式为NaTi2(PO4)3+xe-+xNa+Na1+xTi2(PO4)3,B正确;甲作负极,充电时甲电极应该与电源负极相连,C正确;充电时化学方程式为放电时的逆反应,所以充电过程中Mn元素的化合价降低,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;16 g O2的物质的量为0.5 mol,根据电极反应可知转移2 mol电子,有1 mol Zn转化为1 mol ZnO,增加的质量为1 mol氧原子的质量,为16 g,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1 mol Fe[Fe(CN)6]转移2 mol电子,消耗1 mol NaTi2(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 该装置为原电池,有机废水中的CH3COO-在a极上发生失电子的氧化反应生成CO2,则a极为负极,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,b极为正极,酸性条件下,H+得电子生成H2,电极反应为2H++2e-H2↑,原电池工作时,阴离子移向负极,阳离子移向正极,即模拟海水NaCl溶液中的Na+通过阳离子交换膜2移向b极、Cl-通过阴离子交换膜1移向a极,则隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜。正极反应为2H++2e-H2↑,A项正确;高温使蛋白质变性,该电池不能在高温环境下工作,B项正确;电池工作时,模拟海水NaCl溶液中的Na+通过阳离子交换膜2移向b极、Cl-通过阴离子交换膜1移向a极,则隔膜1为阴离子交换膜,隔膜2为阳离子交换膜,C项正确;电池工作时a极为负极,电极反应为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,当电路上通过8 mol电子时,负极上产生2 mol CO2,当a电极产生44 g气体时,即产生1 mol CO2,理论上转移4 mol电子,D项错误。
8.D　解析 放电时,该电池是化学能转化为电能,A正确;碳有很强的导电性,因此碳添加剂是为了增强电极的导电性,B正确;充电时,阳极Li2S中-2价硫变为0价S8,其总的电极反应式是8Li2S-16e-S8+16Li+,C正确;放电时,3Li2S8+2e-+2Li+4Li2S6,则3 mol Li2S8转化为Li2S6得到2 mol电子,D错误。
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,石墨棒为正极,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　③2 mol
(2)①CH3OH　②CH3OH-6e-+H2OCO2↑+6H+　③1.2
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1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,则外电路中每通过4 mol电子时,生成Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。
(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6.4 g即0.2 mol甲醇完全反应生成CO2时,转移电子的物质的量为1.2 mol,则转移电子的个数为1.2NA。
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