高中化学第一节 原电池第2课时课时练习

第2课时 化学电源

A　级·基础达标练

一、选择题

1．铅蓄电池是最常用的二次电池，其反应方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，则充电时PbSO4(　D　)

A．在阳极生成

B．在阴极生成

C．在两个电极上生成

D．在两个电极上除去

解析：放电时，PbO2在电池正极上反应式为：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，Pb在负极上反应式为：Pb＋SO－2e－===PbSO4；充电时，阳极反应为：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋，阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO，充电时，PbSO4在两极上除去。故选D。

2．镉镍可充电电池的充、放电反应如下：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，则该电池放电时的负极是(　C　)

A．Cd(OH)2　　　 B．Ni(OH)2

C．Cd　　 D．NiO(OH)

解析：由总反应方程式可知，Cd元素化合价升高，被氧化，在原电池负极上反应，则Cd为原电池负极，选C。

3．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，电池反应方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，下列有关说法正确的是(　D　)

A．外电路的电子由正极向负极移动

B．若电路中有0.4 mol电子转移，消耗2.24 L的氧气

C．电池正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．电池负极的反应为CH3CH2OH＋H2O－4e－===CH3COOH＋4H＋

解析：原电池中，电子从负极流出经外电路流入正极，A项错误；氧气得电子被还原，若有0.4 mol电子转移，则消耗0.1 mol氧气，在标准状况下为2.24 L，B项错误；燃料电池中，酸性条件下正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C项错误；由总方程式知，乙醇在负极上失电子生成乙酸，负极反应式为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，D项正确。

4．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　B　)

A．Mg为负极

B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag

C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移

D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑

解析：活泼金属镁作负极，失电子发生氧化反应，A项正确；AgCl是难溶物，正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则Cl－在正极产生，由正极移向负极，C项正确；镁是活泼金属能与水反应，Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。

5．某锂—空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　B　)

A．放电时电子由B极经导线向A极移动

B．电池放电时B电极的反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．电解液a、b之间可采用阴离子交换膜

D．当A电极消耗14 g金属锂时，B电极有标准状况下22.4 L氧气参与反应

解析：在原电池中，A是负极，B是正极，电子由A极经导线向B极移动，故A错误；原电池放电时B电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B正确；根据图示，LiOH由正极区流出，说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜，故C错误；14 g金属锂物质的量为2 mol，转移电子为2mol，B电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，标准状况下0.5×22.4＝11.2 L氧气参与反应，故D错误。

6．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是(　C　)

A．电极a为电池的负极

B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．电路中每流过4 mol电子，在正极消耗44.8 L H2S

D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区

解析：电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4 mol电子，在负极消耗2 mol H2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17 g(0.5 mol)H2S参与反应，生成1 mol H＋经质子膜进入正极区，D项正确。

二、非选择题

7．如图为氢氧燃料电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。回答下列问题：

(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是__由化学能转变为电能__；导线中电子流动方向为__由a到b__(用a、b表示)。

(2)负极反应式为__H2－2e－＋OH－===2H2O__。

(3)电极表面镀铂粉的原因__增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率__。

(4)KOH溶液pH的变化__变小__(填“变大”“变小”或“不变”)。

解析：(1)氢氧电池的工作原理属于原电池原理，是将化学能转化为电能的装置，在原电池中，电子从负极流向正极，而通入氢气的电极是负极，通氧气的电极是正极，所以电子从a到b。(2)a为负极，在KOH作电解质溶液的条件下，H2在负极失去电子，电极方程式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。(3)根据题目信息：“电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定”，可知电极表面镀铂粉的原因为增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率，保证气体充分参与电极反应。(4)由于反应中，不断生成水，相当于将KOH溶液稀释，c(OH－)减小，pH变小。

8．“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。

(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将__太阳__能转化为__电__能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。充电时，阳极的电极反应式为__Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O__；当飞船运行到阴影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性__减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn＋Ag2O＋H2O2Ag＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为__Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2__。

解析：(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)2为阳极；放电时负极反应为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，溶液的碱性减小。(2)负极上Zn发生氧化反应，转化为Zn(OH)2。

B　级·能力提升练

一、不定项选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)

1．美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(　BC　)

A．电池的负极反应为Mg－2e－===Mg2＋

B．电池工作时，H＋向负极移动

C．电池工作一段时间后，溶液的pH减小

D．电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

解析：Mg－H2O2燃料电池中Mg作负极，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正极，电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总反应式为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使溶液中c(H＋)减小，pH增大，原电池中阳离子移向正极，即H＋移向正极。

2．(2019全国Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(　B　)

A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能

B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋

C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3

D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

解析：该过程是在室温条件下进行的，因此比现有工业合成氨的条件温和，同时还能提供电能，A项正确；原电池负极区为阳极区，H2在氢化酶作用下发生氧化反应，反应式为H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B项错误；右池为正极区，氮气发生还原反应生成氨气，C项正确；左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动，即由负极区移向正极区，D项正确。

3．乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池，下列说法正确的是(　AC　)

A．每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol

B．正极反应式为CH2===CH2－2e－＋2OH－===CH3CHO＋H2O

C．电子移动方向：电极a→导线→电极b

D．该电池为可充电电池

解析：根据O2＋4H＋＋4e－===2H2O知，每有0.1 mol O2反应，则迁移H＋ 0.4 mol，A项正确；正极上氧气得电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项错误；放电时电子从电极a沿导线流向电极b，C项正确；充电时，不能生成乙烯和氧气，故该电池不是可充电电池，D项错误。

4．最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　C　)

A．右边吸附层中发生了还原反应

B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O

C．电池的总反应是2H2＋O2===2H2O

D．电解质溶液中Na＋向右移动，ClO向左移动

解析：由电子的流动方向可以得知左边为负极，发生氧化反应，右边为正极，发生还原反应，故选项A、B正确；电池的总反应没有O2参与，总反应方程式不存在氧气，故C选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D选项正确。

5．某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　AC　)

A．光照时，b极的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋

B．光照时，每转移2 mol电子，有2 mol H＋由a极区经质子交换膜向b极区迁移

C．夜间，a极的电极反应式为V2＋－e－===V3＋

D．硅太阳能电池供电原理与该电池相同

解析：光照时，b极上VO2＋失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，A项正确；在原电池内部，阳离子向正极(a)移动，B项错误；夜间电池放电，a极电极反应式为：V2＋－e－===V3＋，C项正确；电池工作时，发生了氧化还原反应，化学能转化为电能，而硅太阳能电池直接把光能转化成电能，二者供电原理不同，D项错误。

二、非选择题

6．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。

(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为__CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O__，正极电极反应式为__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__，放电过程中溶液的pH__减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答：

①a极电极反应式为__CO＋O2－－2e－===CO2__。

②工作时，O2－由电极__b__向电极__a__移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极__a__通过传感器流向电极__b__。

解析：(1)负极为CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为CO，故负极电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；正极O2得电子在碱性条件下生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。随着放电反应的进行，OH－不断消耗，pH减小。

(2)①根据元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。②工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。