4.1原电池同步练习题
一、选择题
1．下列生活中的常见电池，属于一次电池的是
A．锌锰电池 B．镍镉电池 C．锂离子电池 D．铅蓄电池
2．下列措施能明显增大原反应的化学反应速率的是
A．Na与水反应时，增加水的量
B．反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，保持容器的体积不变，充入氦气
C．实验室制氢气时，将纯锌改为粗锌与稀硫酸反应
D．铁与稀硝酸的反应时，将稀硝酸改为浓硝酸
3．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示，下列有关微生物电池的说法错误的是
A．a极为负极，可选择导电性高、易于附着微生物的石墨
B．b极的电极反应式为
C．在b极涂覆的催化剂有利于氧气的还原
D．该电池在任何温度下均可发电
4．流动电池是一种新型电池。其主要特点是可以通过电解质溶液的循环流动，在电池外部调节电解质溶液，以保持电池内部电极周围溶液浓度的稳定。北京化工大学新开发的一种流动电池如图所示。下列说法正确的是
A．Cu电极为正极
B．PbO2电极反应式为PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2O
C．放电后循环液中H2SO4与CuSO4物质的量之比变小
D．若将Cu换成Pb，则电路中电子转移方向改变
5．自发热“暖宝宝”的主要成分包含铁粉、活性炭、氯化钠、蛭石(保温)、水，发热原因是基于钢铁在潮湿空气中的吸氧腐蚀原理。下列有关“暖宝宝”的说法错误的是
A．发热过程中化学能转化为电能和热能
B．氯化钠和水作电解质溶液
C．发热过程中铁粉作负极
D．发热过程中正极反应为O2+4e-+4H+=2H2O
6．科技改变生活。下列说法正确的是
A．用于医疗领域的Ti－Ni形状记忆合金属于金属化合物
B．新型人工智能芯片“天机芯”的主要成分和光导纤维相同
C．问天实验舱的太阳翼是一种将太阳能转化为电能的原电池装置
D．降噪减震材料丁基橡胶属于有机高分子材料
7．有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2++2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为
A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥E
C．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E
8．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是
A．CaCO3(s)+2HCl(aq)=CaCl2(aq)+CO2(g)+H2O(1)；△H＜0
B．CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(1)；△H＜0
C．Cl2(g)+2H2O(l)+SO2(g)=H2SO4(aq)+2HCl(aq)；△H＜0
D．3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+2H2O(1)；△H＜0
9．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是
图I水果电池 图II干电池 图III铅蓄电池 图IV氢氧燃料电池
A．图I所示电池中，电子从锌片流出
B．图II所示干电池中锌作负极
C．图III所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4
D．图IV所示电池中正极反应为：
10．下列“类比”合理的是
A．Cu与反应生成+2价的，则Cu与S反应生成+2价的CuS
B．与HCl反应生成，则与HCl反应生成
C．Mg-Al原电池中，Mg比Al活泼，在稀硫酸中，Mg做负极，则在NaOH溶液中，Mg也做负极
D．MgO是碱性氧化物，则也是碱性氧化物
11．电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的反应为。下列说法错误的是
A．为电池的负极
B．电池工作时，向正极移动
C．正极的电极反应式为
D．将熔融的改为的水溶液，电池性能更好
12．下列说法不正确的是
A．已知反应2NO2(g)N2O4(g)在低温下可自发进行，则△H＞0
B．夏天冰箱保鲜食品的原理是降低温度，减小化学反应速率
C．当锌粒和稀硫酸反应制氢气时，往溶液中加少量醋酸钠固体会减缓反应
D．当锌粒和盐酸反应制氢气时，往溶液中滴加少量CuSO4溶液可加快反应
二、填空题
13．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)。
14．原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
(1)下列装置中能够组成原电池的是______(填序号)。
(2)如图是某锌锰干电池的基本构造图。该碱性锌锰干电池的总反应式为2MnO2+Zn+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，该电池工作时正极的电极反应式为______。
(3)尿素[CO(NH2)2]燃料电池可直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化水，又能发电。其装置如图所示：负极电极反应为：______。
(4)肼—空气燃料电池是一种无污染，能量高，有广泛的应用前景的燃料电池。我校高一年级化学课外活动小组设计一种肼—空气燃料电池，除将化学能转化为电能外，还能将饱和食盐水淡化，同时还可获得盐酸和NaOH两种副产品。其工作原理如图所示：
①该燃料电池A电极名称是______，A电极的电极反应式为_______。
②N膜为_____(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
③当电路中有0.2mol电子转移时，正极室质量增加_____g。
(5)NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用，则正极反应式为_______。
15．该表是元素周期表中的一部分：
族 周期 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 0
2 ① ② ③
3 ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩
4
回答下列问题：
（1）⑦是____________，原子半径最大的是____________。（填元素符号或化学式，下同）
（2）⑧⑨ 四种元素形成的简单离子，半径由大到小的顺序是________。
（3）上述元素中，最高价氧化物的水化物中，酸性最强的化合物的分子式是____________，碱性最强的化合物的电子式____________。
（4）用电子式表示⑤和⑨组成的化合物的形成过程____________。
（5）①和氢元素形成的化合物很多，其中C2H6可用于形成燃料电池，若用NaOH作电解质溶液，写出该燃料电池的负极反应方程式____________。
（6）CO2与CH4经催化重整制得合成气：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。已知上述反应中相关的化学键键能数据如表：
化学键 C－H C=O H－H CO(CO)
键能/kJ·mol 1 413 745 436 1075
则该反应产生2molH2（g）时____________（填“放出”或“吸收”）热量为____________kJ。
16．某实验小组对溶液与溶液的反应进行探究。
【实验】
装置 实验现象
现象ⅰ：一开始溶液颜色加深，由棕黄色变为红褐色。 现象ⅱ：一段时间后溶液颜色变浅，变为浅黄色。
(1)配制溶液时，先将溶于浓盐酸，再稀释至指定浓度。从化学平衡角度说明浓盐酸的作用：_______。
(2)探究现象i产生的原因：
甲同学认为发生反应：，进行实验证实。他取少量红褐色溶液于试管中，用一束光照射，在垂直于光束方向观察到_______；向试管中继续滴加1mol/L溶液，发现溶液红褐色变深且产生刺激性气味的气体，该气体是_______(填化学式)。
(3)探究现象ii产生的原因：
①乙同学认为还发生了氧化还原反应，其离子方程式为_______；他取少许红褐色溶液于试管中，加入_______，有白色沉淀产生，证明产物中含有。
②丙同学认为乙同学的实验不严谨，因为在上述过程中可能被其它物质氧化。为了进一步确认被氧化，丙同学设计的实验方案是_______。
(4)综合上述结果，请从化学反应速率和化学反应限度角度解释，现象i和ii产生的原因为_______。
【参考答案】
一、选择题
1．A
解析：A．普通锌锰干电池为一次电池，不能充电而重复使用，选项A符合；
B．镍镉电池为可充电电池，为二次电池，选项B不符合；
C．锂离子电池为可充电电池，为二次电池，选项C不符合；
D．铅蓄电池为可充电电池，为二次电池，选项D不符合；
答案选A。
2．C
解析：A． Na与水反应时，增加水的量，浓度不变，反应速率不变，故A错误；
B． 反应H2(g)+I2(g)2HI(g)，保持容器的体积不变，充入氦气，反应混合物的浓度不变，速率不变，故B错误；
C． 实验室制氢气时，将纯锌改为粗锌与稀硫酸反应，能形成原电池，加快反应速率，故C正确；
D． 铁与稀硝酸的反应时，将稀硝酸改为浓硝酸，发生钝化，故D错误；
故选C。
3．D
【分析】由电子的移动方向可知，电极a为微生物电池的负极，M—离子在负极失去电子发生还原反应生成M+离子，微生物作用下放电生成的M+离子与有机物生成二氧化碳和水，同时微生物作用下有机物也在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，则负极应选择导电性高、易于附着微生物的石墨可选择导电性高、易于附着微生物的石墨；电极b为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水。
解析：A．由分析可知，电极a为微生物电池的负极，负极应选择导电性高、易于附着微生物的石墨可选择导电性高、易于附着微生物的石墨，有利于微生物作用下有机物也在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，故A正确；
B．由分析可知，电极b为正极，酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，故B正确；
C．在b极涂覆催化剂的目的是加快酸性条件下氧气在正极得到电子发生还原反应生成水的反应速率，故C正确；
D．微生物的主要成分是蛋白质，若温度过高，蛋白质会发生变性，降低微生物的催化能力，不利于原电池的工作，故D错误；
故选D。
4．C
【分析】由题意知总反应：，根据原电池的工作原理，二氧化铅是正极，电极反应：；铜是负极，电极反应： 。
解析：A．Cu电极为负极，A错误；
B．电极反应式为，B错误；
C．放电后生成硫酸铅是不溶物，消耗硫酸同时生成硫酸铜，循环液中H2SO4与CuSO4物质的量之比变小，C正确；
D．若将Cu换成Pb，则电路中电子转移方向不改变，D错误；
故选C。
5．D
【分析】发热原因是基于钢铁在潮湿空气中的吸氧腐蚀原理，则反应中铁做负极、活性炭做正极，氯化钠溶液做电解质溶液，会形成原电池。
解析：A．由分析可知，发热过程中化学能转化为电能和热能，A正确；
B．氯化钠和水作电解质溶液，B正确；
C．发热过程中铁粉失去电子发生氧化反应作负极，C正确；
D．发热过程中正极反应为O2+4e-+2H2O =4OH-，D错误；
故选D。
6．D
解析：A．合金是金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质；Ti－Ni形状记忆合金属于混合物，A错误；
B．芯片“天机芯”的主要成分和光导纤维分别为硅单质、二氧化硅，B错误；
C．太阳翼是一种将太阳能转化为电能的装置，但不是原电池，C错误；
D．丁基橡胶属于有机高分子材料，D正确；
故选D。
7．D
解析：当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A＞B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D＞A；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B＞E，综上所述，金属活泼性为D＞A＞B＞E，故答案为：D。
8．A
解析：A．CaCO3和稀HCl反应属于复分解反应，不是氧化还原反应，不能用于设计原电池，故A选；
B．甲烷的燃烧反应属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故B不选；
C．反应Cl2(g)+2H2O(l)+SO2(g)=H2SO4(aq)+2HCl(aq)属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故C不选；
D．3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+2H2O(1)反应属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故D不选；
故选A。
9．C
解析：A．图I水果电池中，锌的活动性比铜强，锌作负极，铜作正极，电子由负极流向正极，A正确；
B．图II为锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，B正确；
C．图III为铅蓄电池，铅作负极，二氧化铅作正极，放电时负极的电极反应式为Pb-2e-＋=PbSO4，正极反应式为PbO2+ +4H++2e-=PbSO4+2H2O，C错误；
D．图IV为氢氧燃料电池，氢气作负极失电子，氧气作正极得电子，氧气得电子被还原，由于电解质溶液呈酸性，因此正极电极反应式为：，D正确；
答案选C。
10．B
解析：A．Cu与S反应生成Cu2S，A错误；
B．是二元弱碱，与HCl反应生成，B正确；
C．Mg不与NaOH反应，故在NaOH溶液中，Al做负极，C错误；
D．Al2O3是两性氧化物，D错误；
故答案为：B。
11．D
【分析】根据总反应得到，Li为还原剂，在反应中失电子，所以Li是负极，正极为FeS2得电子，生成物为单质铁，以此分析；
解析：A．根据分析，Li为还原剂，在反应中失电子，所以Li是负极，A正确；
B．原电池的电解质溶液内阳离子应该向正极移动，B正确；
C．正极为FeS2得电子，生成物为单质铁，考虑到电解质为熔融的盐，FeS2+4e =Fe+2S2 ，C正确；
D．单质Li与水反应，所以不可以用任何水溶液作为电解质，D错误；
故答案为：D。
12．A
解析：A．反应2NO2(g)N2O4(g)的ΔS＜0，在低温下可自发进行，则正反应为放热反应，△H＜0，A不正确；
B．夏天冰箱保鲜食品的原理是降低温度，降低分子的能量，从而减小分子有效碰撞的次数，降低化学反应速率，B正确；
C．锌粒和稀硫酸反应制氢气，加入少量醋酸钠固体，可与稀硫酸反应，从而减小溶液中的氢离子浓度，减缓反应速率，C正确；
D．当锌粒和盐酸反应制氢气时，往溶液中滴加少量CuSO4溶液，锌与Cu2+发生反应生成Cu，Zn、Cu、盐酸构成原电池，从而加快锌与盐酸反应的速率，D正确；
故选A。
二、填空题
13．(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%。
14．(1)③⑤
(2)MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-
(3)CO(NH2)2-6e-+H2O=CO2↑+N2↑+6OH-
(4) 负极 N2H4-4e-=N2↑+4H+ 阳离子交换膜 6.2
(5)O2+4e-+2N2O5=4NO
解析：（1）①锌和稀硫酸直接发生氧化还原反应，不能形成原电池；②中电极相同，不能形成原电池；③中铁和稀硫酸反应，与石墨电极构原电池；④酒精是非电解质，不能形成原电池；⑤中铁铜醋酸溶液形成原电池；⑥中某一形成闭合回路，不能形成原电池，答案选③⑤；
（2）碱性锌锰干电池的总反应式为2MnO2+Zn+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，二氧化锰得到电子，作正极，因此该电池工作时正极的电极反应式为MnO2+e-+H2O=MnO(OH)+OH-。
（3）通入氧气的电极是正极，因此A电极是负极，尿素失去电子被氧化为二氧化碳和水，负极电极反应为CO(NH2)2-6e-+H2O=CO2↑+N2↑+6OH-。
（4）①该燃料电池中肼失去电子被氧化为氮气，所以A电极名称是负极，A电极的电极反应式为N2H4-4e-=N2↑+4H+。
②正极氧气得到电子转化为氢氧根离子，钠离子通过阳离子交换膜进入正极区，与氢氧根结合转化为氢氧化钠，所以N膜为阳离子交换膜。
③当电路中有0.2mol电子转移时，消耗0.05mol氧气，同时有0.2mol钠离子进入正极区，所以正极室质量增加0.05mol×32g/mol+0.2mol×23g/mol＝6.2g。
（5）该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用，由于反应中二氧化氮失去电子被氧化，因此氧化物是N2O5，通入氧气的电极是正极，发生得到电子的还原反应，则正极反应式为O2+4e-+2N2O5=4NO。
15． Si K S2－＞Cｌ－＞K+＞Ca2+ C2H6－14e－+18OH－=2CO32－+12H2O 吸收 120
【分析】根据元素在周期表中的位置可知①～ 分别是C、N、O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、Ar、K、Ca、Br，据此解答。
解析：（1）⑦是Si；根据元素周期律，同周期随着核电荷数增大，原子半径逐渐减小，同主族随着核电荷数增大，原子半径逐渐增大，原子半径最大的是K；
（2）相同的电子结构，质子数越大，离子半径越小，则⑧⑨ 四种元素形成的简单离子，半径由大到小的顺序是S2－＞Cl－＞K+＞Ca2+；
（3）非金属性越强，最高价氧化物的水化物酸性越强，故最高价氧化物的水化物中，酸性最强的化合物的分子式是HClO4；金属性越强，最高价氧化物的水化物碱性越强，故碱性最强的化合物KOH，电子式为；
（4）用电子式表示⑤和⑨组成的化合物氯化镁的形成过程为；
（5）C2H6用于形成碱性燃料电池，作负极反应物生成CO32－，发生氧化反应，失电子，碳元素化合价从-3→+4，1个C2H6转移14个电子，故该燃料电池的负极反应方程式C2H6－14e－+18OH－=2CO32－+12H2O；
（6）按反应计量系数，该化学反应的反应热=反应物总键能-生成物总键能=(413×4+745×2－1075×2－436×2)kJ/mol=120 kJ/mol，则该反应产生2molH2（g）吸收热量为120kJ。
16．(1)Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，盐酸抑制氯化铁水解
(2) 一条光亮的通路 SO2
(3) 2Fe3++SO+H2O=2Fe2++SO+2H+ 足量的盐酸和BaCl2溶液 用下图装置(a、b均为石墨电极)进行实验：，若闭合开关后灵敏电流计指针偏转、或用铁氰化钾溶液检验正极的产物，观察到有蓝色沉淀产生，或取负极溶液加入足量盐酸后再加氯化钡产生白色沉淀，即可证明
(4)一开始2Fe3++3SO+6H2O2Fe(OH)3(胶体)+3H2SO3速率快优先发生，随着FeCl3与Na2SO3之间氧化还原反应的进行，FeCl3与Na2SO3浓度降低，使得平衡2Fe3++3SO+6H2O2Fe(OH)3(胶体)+3H2SO3逆向移动，溶液颜色变浅。
【分析】Fe3+具有强氧化性，SO具有强还原性，两者能发生氧化还原反应，同时Fe3+、SO属于弱碱根、弱酸根，两者还可能发生双水解反应，这两个反应存在竞争，根据实验现象，进行分析；
解析：（1）FeCl3属于强酸弱碱盐，Fe3+发生水解：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，加入盐酸，c(H+)增大，抑制Fe3+水解，故答案为Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+，盐酸抑制氯化铁水解。
（2）胶体具有丁达尔效应，因此用一束光照射少量红褐色溶液、在垂直于光束方向观察到一条光亮的通路；向试管中继续滴加1mol/L溶液，促使平衡向正反应方向进行，c(H2SO3)增大，H2SO3不稳定，会分解成SO2，故答案为SO2。
（3）①乙同学认为还发生氧化还原反应，因为Fe3+具有强氧化性，SO表现强还原性，将Fe3+还原成Fe2+，本身被氧化成SO，离子反应方程式为2Fe3++SO+H2O=2Fe2++SO+2H+；检验SO：先向溶液中加入足量盐酸，然后再加入BaCl2溶液，有白色沉淀，则说明含有SO；故答案为2Fe3++SO+H2O=2Fe2++SO+2H+；足量的盐酸和BaCl2溶液。
②丙同学设计的实验方案是：
用下图装置(a、b均为石墨电极)进行实验：，若闭合开关后灵敏电流计指针偏转、或用铁氰化钾溶液检验正极的产物，观察到有蓝色沉淀产生、或取负极溶液加入足量盐酸后再加氯化钡产生白色沉淀，即可证明。因为：该装置为电池装置，正极反应方程式为Fe3++e-=Fe2+；K3[Fe(CN)6]与Fe2+反应能产生蓝色沉淀，负极SO失去电子被氧化为SO因此能得出结论为Fe3+能够氧化SO。
（4）Fe3+具有强氧化性，SO具有强还原性，两者能发生氧化还原反应，同时Fe3+、SO属于弱碱根、弱酸根，两者还可能发生双水解反应，这两个反应存在竞争。现象i开始时溶液颜色加深，由棕黄色变为红褐色，说明一开始2Fe3++3SO+6H2O2Fe(OH)3(胶体)+3H2SO3速率快优先发生，一段时间后溶液颜色变浅，可能是Fe3+与SO发生氧化还原反应，溶液中c(Fe3+)、c(SO)降低，使平衡向逆反应方向进行，溶液颜色变浅
