（山东专用）2022届高三化学一轮复习专讲专练 （基础热身+能力提升+挑战自我）第21讲 化学能转化为电能 电池（含详解）

第21讲　化学能转化为电能——电池1．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是(　　)选项电极反应式出现的环境AO2＋2H2O＋4e－===4OH－碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应B4OH－－4e－===O2↑＋2H2O酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀C2H＋＋2e－===H2↑用铜做电极电解NaOH溶液的阴极反应DH2－2e－===2H＋用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应2.下列装置中发生的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的是(铝条表面的氧化膜均已除去)(　　)图K21－13．图K21－2表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程，以下有关说法正确的是(　　)图K21－2A．该金属腐蚀过程为吸氢腐蚀B．正极为C，发生的反应为氧化反应C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀D．正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－4．实验发现，298K时，在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图K21－3所示的原电池装置。下列有关说法中正确的是(　　)A．该原电池的正极反应是：Zn－2e－===Zn2＋B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C．该电池铂电极上有气泡出现D．该电池总反应为：3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋6\n图K21－35．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②　B．②③　C．②④　D．③④图K21－46．图K21－4实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是(　　)A．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀B．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋C．红色首先在食盐水滴的中心出现D．食盐水中有气泡逸出图K21－57．如图K21－5所示的原电池装置，X、Y为两个电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列叙述正确的是(　　)A．外电路中的电流方向为：X→外电路→YB．若两个电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为ZnC．若两个电极都是金属，则它们的活动性为X＞YD．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应8．原电池的电极名称不仅与电极材料性质有关，也与电解质溶液有关。下列不正确的是(　　)A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，负极反应式为：Al－3e－===Al3＋B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，负极反应式为：Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，负极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，负极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋图K21－66\n9．[2022·安徽淮南二模]图K21－6是锂—空气电池的放电原理图(隔膜只允许锂离子通过)。电池放电时的反应可表示为：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。下列锂—空气电池放电时的有关说法正确的是(　　)A．正极反应式：Li－e－===Li＋B．每转移2mol电子，消耗11.2L的O2C．Li＋不断向电池的正极移动D．可以去掉隔膜和有机电解液，让金属锂与水性电解液直接接触10．图K21－7表示利用碳纳米管能够吸附氢气的原理设计的一种新型二次电池。下列叙述正确的是(　　)图K21－7A．电池放电时K＋移向负极B．电池放电时负极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2OC．电池充电时镍电极NiO(OH)转化为Ni(OH)2D．电池充电时碳纳米管电极与电源的正极相连11．在一电解槽的中间加一镁片将其分成隔开的两部分，左侧加适量的NaOH溶液，图K21－8并插入一根铝棒，右侧加适量的浓盐酸，并插入一根铝棒。如图K21－8所示，下列有关说法中不正确的是(　　)A．当闭合S1打开S2时，铝做负极B．当闭合S2打开S1时，镁做负极C．当S1、S2都闭合时，镁片上产生的气泡速率比只闭合一个开关时更快D．当S1、S2都打开时，仍存在金属的腐蚀12．(1)在以甲醇为燃料的电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________________________________________________________________________，正极的反应式为________________________________________________________________________。已知CH3OH(l)的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1，理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为____________(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。6\n(2)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MHNi(OH)2＋M①电池放电时，负极的电极反应式为________________________________________________________________________。②充电完成时，Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为________________________________________________________________________。13．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。(1)如图K21－9为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)________________________________________________________________________设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12g，导线中通过________mol电子。图K21－9(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为________________________________________________________________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)。用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量的氯水，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出反应的离子方程式________________________________________________________________________。图K21－10(3)如图K21－10所示，其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨连成n形，一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是________________________________________________________________________，电极反应为________________________________________________________________________；乙装置中石墨(1)为________(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)。6\n1．C　[解析]A项为氢氧燃料电池的正极反应式，错误；在酸性环境下，钢铁主要发生析氢腐蚀，B项错误；用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，D项错误。2．B　[解析]A、B、C均为原电池，A中总反应为：2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑；B中总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；C中总反应为：Al＋4H＋＋NO===Al3＋＋NO↑＋2H2O；D项为电解池，其实质是电解水，总反应为：2H2O2H2↑＋O2↑。3．D　[解析]钢铁在海水中发生的吸氧腐蚀，A项错误；钢铁在酸性条件下发生析氢腐蚀，C项错误；钢铁腐蚀的本质就是铁失去电子被氧化，作负极，而氧气在正极(钢铁中的碳)发生还原反应，D项正确。4．B　[解析]Zn失去电子发生氧化反应，为负极反应，A项错误；Fe3＋在正极得电子被还原为Fe2＋，得不到单质铁，溶液红色褪去，B项正确，C、D项错误。5．C　[解析]该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式Cu－2e－===Cu2＋，正极反应式Ag＋＋e－===Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。6．A　[解析]NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，A项正确；铁为负极，发生反应为Fe－2e－===Fe2＋，B项错误；铁板中的碳作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，因正极反应需要氧气参加，故溶液周边接触空气处显碱性，首先变红，C项错误；反应整个过程中没有气体生成，因此D项错误。7．C　[解析]由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向应该为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极上发生的是氧化反应，Y极上发生的是还原反应。8．C　[解析]Al比Cu活泼，在由Al、Cu、稀硫酸组成原电池中，Al作负极，其电极反应为Al－3e－===Al3＋，A正确；虽然Mg比Al活泼，但由于Mg不与NaOH溶液反应，而Al能与NaOH溶液反应，所以由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，Al为负极，其电极反应为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，B正确；Fe比Cu活泼，由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，Fe为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C错；Al在浓硝酸中被钝化，因此Al、Cu、浓硝酸组成原电池，Cu为负极，D项正确。9．C　[解析]分析总反应方程式看出Li化合价升高，被氧化，在负极失去电子，生成的Li＋移向正极，A项错误，C项正确；B项11.2L氧气不一定是0.5mol，错误；金属锂能与水反应，故D项错误。10．B　[解析]原电池的负极发生失电子氧化反应，即产生阳离子或消耗阴离子，而溶液是呈电中性的，故阳离子会移向正极，而阴离子会移向负极，A项错误；电池充电的过程实质上就是电解的过程，但要注意电池的正负极分别与电源的正负极连接，此时镍电极做阳极，发生氧化反应，C、D项错误。11．C　[解析]A项当闭合S1打开S2时，左边形成原电池，自发进行铝与NaOH溶液的反应，故铝作负极。B项当闭合S2打开S1时，右边形成原电池，自发进行镁与浓盐酸的反应，镁作负极。D项当S1、S2都打开时，左边铝插入NaOH溶液会溶解而腐蚀，右边镁铝插入浓盐酸都会溶解而腐蚀。12．(1)CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　O2＋6H＋＋6e－===3H2O　96.6%(2)①MH＋OH－－e－===M＋H2O②2H2O＋O2＋4e－===4OH－6\n[解析](1)酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为：CH3OH＋O2===CO2＋2H2O……①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为O2＋6H＋＋6e－===3H2O……②，①－②得电池负极反应式为：CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋；该燃料电池的理论效率为×100%＝96.6%。(2)①蓄电池放电时是原电池、充电时是电解池。根据原电池中“负氧化、正还原”，电解池中“阳氧化、阴还原”的规律，在分清楚是原电池还是电解池的基础上并结合电解质溶液显碱性，可写出该蓄电池放电时负极的电极反应式为MH＋OH－－e－===M＋H2O。②中阴极的电极反应有两个，第一阶段是充电时的反应式，由①中的方法不难确定为M＋H2O＋e－===MH＋OH－，第二阶段为吸收氧气的电解反应式，由题意氧气在阴极上被还原，结合该蓄电池中电解质溶液碱性可知氧气被还原为OH－，所以其电解反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。13．(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2(2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋(3)溶液变红　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　阴[解析](1)根据电池示意图可知该原电池总反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　两极质量之差1mol120g0．1mol12g0．1molFe参加反应，转移电子的物质的量为0.1mol×2＝0.2mol。(2)若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，NH4Cl溶液因NH水解而显酸性，溶液中的H＋在石墨电极上发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(3)甲装置是原电池，发生的是铁的吸氧腐蚀，铜丝作原电池的正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故在铜丝附近滴加酚酞试液，溶液变红。乙装置构成电解池，与铁相连的石墨(1)是电解池的阴极，与铜丝相连的石墨是阳极，电解CuCl2溶液，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。6