4.1原电池 同步练习题 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

4.1原电池同步练习题 一、选择题 1．某全固态锂电池充电时电解质表面易积聚过多的金属锂，造成电池变形，改良后电极充电过程如图，MIEC材料可同时传导离子和电子，ELI材料两者均不能传导，两种材料均不与锂及其化合物反应，锂离子通过金属锂纳米颗粒的蠕动扩散至MIEC表面，下列说法不正确的是 A．当电池处于放电状态时，图示电极发生氧化反应 B．充电时沿MIEC向惰性金属导体迁移，避免局部积聚 C．另一极的电极材料为，则放电时的电极反应为 D．当MIEC上有电荷发生迁移时，电极中的金属锂质量变化为 2．如图是一种氢能的生产和利用的流程，下列说法正确的是 A．太阳能，氢能、天然气都属于新能源 B．图中只涉及太阳能和电能的相互转化 C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同 D．氢气直接燃烧的能量转化效率要远低于燃料电池 3．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液， 据此判断下列叙述中正确的是 A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗 B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，电极反应为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2 D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 4．如图是以稀硫酸为电解质溶液的原电池装置，下列叙述正确的是 A．锌片质量增加 B．锌片为负极，铜片发生氧化反应 C．电解质溶液中的Ｈ＋向铜极移动 D．电子流动方向为：锌极→导线→铜极→电解质溶液→锌极 5．如图为锌铜原电池示意图，下列说法错误的是 A．锌片为负极，且锌片逐渐溶解 B．电子由铜片通过导线流向锌片 C．铜为正极，铜不易失电子而受到保护 D．该装置能将化学能转变为电能 6．Li-CO2电池在可逆的CO2循环和储能领域都具有巨大的潜力。研究发现，用不同材料作Li极催化剂时，CO2的放电产物不同，催化剂的使用情况和放电时的装置如下列图表所示，下列说法正确的是 Li极催化剂 碳化钼(Mo2C) Au和多孔碳 CO2的放电产物 草酸锂(Li2C2O4) Li2CO3和C A．充电时，在a极上Li+被还原为Li B．放电时，Li+向b极移动 C．放电时，用碳化钼作Li极催化剂的总反应为2Li+2CO2=Li2C2O4 D．生成等物质的量的Li2C2O4和Li2CO3时，消耗CO2的量相同 7．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是 A．石墨电极上发生氧化反应 B．电子由锌片通过导线流向石墨棒 C．该装置将电能转化为化学能 D．将稀硫酸换成乙醇，灯泡亮度不变 8．a、b、c都是金属，a中混有c时。a先腐蚀；a与b组成原电池时，a为电池的正极。a、b、c三种金属的活动性顺序为 A．a>b>c B．a>c>b C．b>c>a D．b>a>c 二、填空题 9．氨是一种重要的工业品，也可作燃料电池的原料。回答下列问题： (1)NH3的电子式为____，Sb与N位于同一主族，核电荷数为51，其在元素周期表中的位置为____。 (2)等利用BaZrO3基质子陶瓷膜反应器，通过电化学方法合成氨的装置如图所示。 ①电解质溶液可能为____(填“稀H2SO4”或“KOH”)溶液。 ②有NH3生成的电极为该电池的____(填“正极”或“负极”)，负极的电极反应式为___。 (3)N2H4(联氨)可由NH3与NaClO溶液制得，该反应的离子方程式为___。 (4)标准状况下，将由16.8LN2和50.4LH2组成的混合气体通入一体积为1L的恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应：N2+3H22NH3。5min后反应达到平衡，此时容器压强为起始压强的，0～5min内υ(NH3)___ mol∙L−1∙min−1，N2的转化率为____(保留3位有效数字)。 10．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。 (1)N极为该电池的___________极。该电池的总反应为：___________ (2)N极上发生的电极反应为：___________、___________ (3)玻璃陶瓷的作用是___________ 11．氢氧燃料电池 电解质 H2SO4溶液 KOH溶液 总反应 2H2+O2=2H2O 负极反应式 ____ ____ 正极反应式 ____ ____ 12．完成下列问题 (1)如图是甲烷燃料电池的工作原理示意图。 ①电池的负极是_______电极(填“a”或“b”)，该极的电极反应为_______。 ②电池工作一段时间后，电解质溶液的pH_______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，①正极反应是_______。 13．化合物甲常大量用于面粉的消毒与漂白，常温下呈液态，极易分解得两种气体单质A和B。 现有12.05g化合物甲，完全分解后得标准状况下4.48L混合气体。将所得混合气体通过足量NaOH溶液，最后只余标准状况下1.12L气体单质A共1.40g。 请回答： (1)甲的化学式是________________。 (2)实验室可通过石墨棒为电极电解NH4Cl和盐酸的混合溶液来制备甲，电解时发生反应的化学方程式为___________ 。 (3)①甲遇水蒸气可形成一种常见的漂白性物质C 同时放出气体D ，该反应为非氧化还原反应，写出甲与水反应的化学方程式为________。 ②D在高温条件下能还原Fe2O3，生成两种单质，写出该反应的化学方程式___________。 14．为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。 回答下列问题： (1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据表中数据，盐桥中应选择_____作为电解质。 阳离子 u∞×108/(m2•s-1•V-1) 阴离子 u∞×108/(m2•s-1•V-1) Li+ 4.07 HCO 4.61 Na+ 5.19 NO 7.40 Ca2+ 6.59 Cl- 7.91 K+ 7.62 SO 8.27 (2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入______电极溶液中。 (3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol•L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=______。 (4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为_____，铁电极的电极反应式为______。因此，验证了Fe2+氧化性小于______、还原性小于______。 【参考答案】 一、选择题 1．C 【分析】由题意可知，放电时图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，FeF3电极为正极，锂离子作用下FeF3得到电子发生还原反应生成LiFeF3，充电时，图示电极与直流电源负极相连做电解池的阴极，FeF3电极为阳极。 解析：A．由分析可知，当电池处于放电状态时，图示电极图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，故A正确； B．由题给信息可知，充电时锂离子沿MIEC向惰性金属导体迁移，避免局部积聚过多的金属锂，造成电池变形，故B正确； C．由分析可知，当电池处于放电状态时，FeF3电极为正极，锂离子作用下FeF3得到电子发生还原反应生成LiFeF3，电极反应式为，故C错误； D．由分析可知，当电池处于放电状态时，图示电极图示电极为原电池的负极，锂在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子，则当MIEC上有电荷发生迁移时，电极中的金属锂质量变化为，故D正确； 故选C。 2．D 解析：A． 天然气不属于新能源，故A错误； B． 上述反应中还涉及到化学能和电能的转化，故B错误； C． 太阳能电池的供电原理实际是光能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以两者供电原理不相同，故C错误； D． 氢气直接燃烧产生的能量大部分以热能散失，远远低于燃料电池的转化效率，故D正确； 答案选D。 3．C 【分析】锌为活泼金属，发生氧化反应为负极，电极反应为：Zn+2OH--2e-= Zn(OH)2；氧化银为正极，发生得电子的还原反应，电极反应为：Ag2O+2e- +H2O=2Ag + 2OH-，总电极反应为 Zn+ Ag2O +H2O = Zn(OH)2 + 2Ag ，电子从锌沿导线流向氧化银； 解析：A．根据总反应方程式得出在使用过程中，电解质KOH没有被消耗，故A错误； B．使用过程中，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误； C．由分析可知，Zn是负极，电极反应为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故C正确； D．Zn为负极，发生氧化反应；Ag2O为正极，发生还原反应，故D错误。 故选C。 4．C 【分析】锌比铜活泼，形成原电池反应时，锌为负极，发生氧化反应，电极方程式为Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，发生还原反应，电极方程式为2H++2e-=H2↑，据此分析作答。 解析：A．根据上述分析可知，锌电极为负极，发生电极反应Zn-2e-=Zn2+，电极质量减少，故A错误； B．锌为负极，发生氧化反应，电极方程式为Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，发生还原反应，故B错误； C．铜极为正极，电解质溶液中的H+向(正极)铜极移动，故C正确； D．电子由负极经外电路流向正极，电子不能进入电解质溶液中，故D错误； 故选：C。 5．B 解析：A.锌比铜活泼，锌片为负极，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+，锌片逐渐溶解，故A不选； B.锌为负极，失电子，电子由锌片通过导线流向铜片，故B选； C.此原电池中，锌失电子，铜不会失电子，被保护，故C不选； D.该装置是原电池，将化学能转化为电能，故D不选。 故选B。 6．C 【分析】由题给信息可知，放电时，b电极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，a电极为正极，碳化钼做催化剂时，锂离子作用下，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成草酸锂，总反应为2Li+2CO2=Li2C2O4，金和多孔碳做催化剂时，锂离子作用下，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成碳酸锂和碳，总反应为4Li+3CO2=2Li2CO3+C，充电时，与直流电源的负极相连的b电极做阴极，a电极做阳极。 解析：A．由分析可知，充电时，与直流电源的负极相连的b电极做阴极，锂离子在阴极被还原为锂，故A错误； B．由分析可知，放电时，b电极为原电池的负极，a电极为正极，则锂离子向a极移动，故B错误； C．由分析可知，放电时，用碳化钼作锂极催化剂的总反应为2Li+2CO2=Li2C2O4，故C正确； D．由总反应可知，生成1mol草酸锂和碳酸锂消耗二氧化碳的物质的量分别为2mol和1mol，消耗二氧化碳的量不相同，故D错误； 故选C。 7．B 解析：A．该原电池中Zn为负极，发生氧化反应，石墨为正极，发生还原反应，A错误； B．Zn失去的电子由锌片通过导线流向石墨棒，B正确； C．该装置为原电池，可以将化学能转化为电能，C错误； D．乙醇为非电解质，若将稀硫酸换成乙醇，不能构成原电池，灯泡不亮，D错误； 故答案选B。 8．D 解析：a、b、c都是金属，a中混有c时，a先腐蚀，活泼性a>c；原电池中，一般负极金属的活泼性大于正极金属的活泼性，因此a与b组成原电池时，a为电池的正极，活泼性b>a；结合以上分析可知，a、b、c三种金属的活动性顺序为b>a>c； 故选D。 二、填空题 9．(1) 第五周期VA族 (2) 稀H2SO4 正极 CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+ (3)2NH3+ClO－=N2H4+H2O+Cl－ (4) 0.2 66.7% 解析：（1）NH3的电子式为，N为第VA族，Sb与N位于同一主族，核电荷数为51，大于36小于54，则为第五周期，因此其在元素周期表中的位置为第五周期VA族；故答案为：；第五周期VA族。 （2）①利用BaZrO3基质子陶瓷膜反应器，说明电解质溶液可能为稀H2SO4；故答案为：稀H2SO4。 ②氮气化合价降低变为氨气，正极化合价降低，得到电子，因此有NH3生成的电极为该电池的正极，甲烷化合价升高，失去电子，为负极，因此负极的电极反应式为CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+；故答案为：正极；CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+。 （3）N2H4(联氨)可由NH3与NaClO溶液制得，次氯酸根变为氯离子，其反应的离子方程式为2NH3+ClO－=N2H4+H2O+Cl－；故答案为：2NH3+ClO－=N2H4+H2O+Cl－。 （4）标准状况下，将由16.8LN2即0.75mol和50.4LH2即2.25mol组成的混合气体通入一体积为1L的恒容密闭容器中，，根据题意得到，解得x=0.5，则0～5min内，N2的转化率为；故答案为：0.2；66.7%。 10．(1) 正 2Li+2H2O═2LiOH+H2↑或4Li+ O2+2H2O=4LiOH (2) 2H2O+2e-=2OH-+H2↑ O2+4e-+2H2O=4OH- (3)防止水和Li反应，并能传导离子 【分析】锂海水中，电池M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。则电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑或4Li+ O2+2H2O=4LiOH。 解析：（1）据分析，N极为该电池的正极，该电池的总反应为：2Li+2H2O═2LiOH+H2↑或4Li+ O2+2H2O=4LiOH。 （2）由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-。 （3）Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子。 11． 2H2-4e-=4H+ 2H2+4OH--4e-=4H2O O2+4H++4e-=2H2O O2+2H2O+4e-=4OH- 解析：氢氧燃料电池中，氢气作负极，氧气作正极，当H2SO4溶液作电解质时，负极氢气失电子生成氢离子，负极反应式为：2H2-4e-=4H+，正极氧气得电子生成氧离子，氧离子在水溶液中不能稳定存在，结合氢离子生成水，正极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O；当KOH溶液作电解质时，负极氢气失电子生成氢离子，氢离子结合氢氧根离子生成水，负极反应式为：2H2+4OH--4e-=4H2O，正极氧气得电子生成氧离子，氧离子在水溶液中不能稳定存在，结合水分子生成氢氧根离子，正极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-。 12．(1) a CH4＋10OH--8e-=CO＋7H2O 减小 (2) 【分析】甲烷发生氧化反应为负极、氧气发生还原反应为正极； 解析：（1）①由分析可知，电池的负极是a电极，该极的电极反应为CH4＋10OH--8e-=CO＋7H2O。 ②电池总反应为，CH4＋2OH-+2O2=CO＋3H2O；反应消耗氢氧根离子，故工作一段时间后，电解质溶液的碱性变弱，pH减小； （2）用碳酸锂和碳酸钠的熔融盐混合物作电解质，一氧化碳为负极燃气，空气与二氧化碳的混合气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，正极反应为氧气、二氧化碳发生还原反应生成碳酸根离子，。 13． NCl3 NH4Cl+2HClNCl3+3H2 ↑ NCl3+3H2ONH3+3HClO 2NH3+Fe2O3=N2+2Fe+3H2O 【分析】现有12.05g化合物甲，完全分解后得标准状况下4.48L混合气体．混合气体物质的量为0.2mol，将所得混合气体通过足量NaOH溶液，最后只余标准状况下1.12L气体单质A共1.40g，气体A的摩尔质量M(A)==28g/mol，则单质A为N2，单质B摩尔质量M(B)==71g/mol，判断B为Cl2，则甲化合物为NCl3，以此解答。 解析：(1)上述计算得到甲的化学式NCl3，故答案为：NCl3； (2)石墨碳棒为电极电解NH4Cl和盐酸的混合溶液来制备甲，依据电解原理可知阳极上是氯化铵失电子生成NCl3，阴极是氢离子得到电子生成氢气，反应的化学方程式为：NH4Cl+2HClNCl3+3H2↑，故答案为：NH4Cl+2HClNCl3+3H2 ↑； (3)①甲遇水蒸气可形成一种常见的漂白性物质C 同时放出气体D，该反应为非氧化还原，依据原子守恒得到NCl3和水反应生成HClO和氨气，反应的化学方程式为：NCl3+3H2ONH3+3HClO，故答案为：NCl3+3H2ONH3+3HClO； ②D为氨气在高温条件下能还原Fe2O3，生成两种单质为氮气和铁，依据原子守恒配平书写化学方程式为：2NH3+Fe2O3=N2+2Fe+3H2O，故答案为：2NH3+Fe2O3=N2+2Fe+3H2O。 14．(1)KCl (2)石墨 (3)0.09mol•L-1 (4) Fe3++e-=Fe2+ Fe-2e-=Fe2+ Fe3+ Fe 解析：（1）根据盐桥中阴、阳离子不能参与反应，及、，可排除、，再根据溶液显酸性，而在酸性溶液中具有氧化性可氧化，可排除。最后根据阴、阳离子的电迁移率应尽可能地接近，知选择作盐桥中电解质较合适； （2）电子由负极流向正极，结合电子由铁电极流向石墨电极，可知铁电极为负极，石墨电极为正极。盐桥中的阳离子流向正极(石墨电极)溶液中； （3）由题意知负极反应为，正极反应为，则铁电极溶液中增加时，石墨电极溶液中增加，故此时石墨电极溶液中； （4）石墨电极的电极反应式为，铁电极的电极反应式为，故验证了氧化性，还原性； 学科网（北京）股份有限公司 $$