苏教版高中化学必修第二册专题6第3单元第2课时化学电源电解池练习含答案

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第2课时　化学电源　电解池基础巩固1.下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)。A.氢氧燃料电池 B.锌锰电池C.镍镉电池 D.铅蓄电池答案:A2.下列说法正确的是(　　)。A.镍镉电池、锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C.化学电池的反应基础是氧化还原反应D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb,负极材料是PbO2答案:C解析:碱性锌锰干电池是一次电池;燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池;铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2,负极材料是Pb。3.日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应式可简化为Zn-2e-Zn2+,2NH4++2e-2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+能生成一种稳定的粒子)。根据上述判断,下列结论不正确的是(　　)。A.干电池内发生的是氧化还原反应B.锌为负极,碳为正极C.工作时,电子由碳极经过外电路流向锌极D.长时间连续使用时,内装糊状物可能流出腐蚀用电器答案:C解析:由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件,相对活泼(指金属活动性强)的一极为负极,相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确;在外电路中,电子从负极流向正极,故选项C不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2而生成H2O,糊状物也越来越稀,故其很可能流出腐蚀用电器,选项D正确。4.(2021山东烟台高一检测)某兴趣小组设计如图所示的原电池装置,下列有关说法正确的是(　　)。A.Cl-移向银板,Na+移向锌板B.外电路电子流向:银板锌板C.银板上的电极反应:Ag+Cl--e-AgClD.锌板是原电池的负极,发生氧化反应答案:D解析:锌银构成的原电池,银是原电池的正极,锌是负极,阳离子移向正极、阴离子移向负极,即Cl-移向锌板,Na+移向银板,A项错误;电子流向:锌板灯泡银板,B项错误;银为原电池的正极,正极上氧气得到电子生成氢氧根离子,正极的电极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-,C项错误;锌银构成的原电池,银是原电池的正极,锌是负极,负极发生氧化反应,D项正确。5.(双选)银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)。A.Zn电极是负极B.Ag2O电极发生氧化反应C.Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液中c(OH-)保持不变答案:BD解析:反应中锌失去电子,Zn电极是负极,A项正确;Ag2O得到电子,发生还原反应,B项错误;电解质溶液显碱性,Zn电极的电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,C项正确;根据反应的化学方程式可知消耗水,且产生氢氧化锌,氢氧根浓度增大,D项错误。6.据报道,锌电池可能会取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染。其电池反应为2Zn+O22ZnO,原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是(　　)。A.锌为正极,空气进入负极反应B.负极反应为Zn-2e-Zn2+C.正极发生氧化反应D.电解液为强酸答案:B解析:Zn与O2反应的电子转移情况为,所以Zn作负极,负极发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+。O2是正极反应物,发生还原反应。若电解液是强酸,电池的化学反应不是2Zn+O22ZnO,而是Zn+2H+Zn2++H2↑。7.下列说法正确的是(　　)。①电解是把电能转化成化学能　②电解是把化学能转化成电能　③电解池也是一种化学电源　④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现　⑤电解可以用来冶炼活泼金属A.①③④ B.②③⑤C.③④ D.①④⑤答案:D8.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。(1)该电池的负极是　　　　　,负极反应式是　 。 (2)正极可观察到的现象是　 。 (3)放电时OH-向　　　　(填“正极”或“负极”)移动。 答案:(1)锂　Li-e-Li+(2)有无色气体产生　(3)负极解析:金属锂比铁活泼,作原电池的负极,电极反应式为Li-e-Li+,LiOH溶液中的阳离子有Li+和H+,由于氧化性:H+>Li+,所以正极反应是2H++2e-H2↑,正极产生无色气体;在原电池的放电过程中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以OH-向负极移动。9.如图为原电池装置示意图。(1)若A为Pb,B为PbO2,电解质为H2SO4溶液,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。写出B电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　;该电池在工作时,A电极的质量将　　　　(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4,则转移　　　　 mol电子。 (2)若A、B均为铂片,电解质为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2和O2,该电池即为氢氧燃料电池,写出A电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　;该电池在工作一段时间后,溶液的碱性将　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。 (3)该装置可以改成电解装置。若用此装置电解饱和食盐水,其电解反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案:(1)PbO2+SO42-+4H++2e-PbSO4+2H2O　增加　0.1(2)H2+2OH--2e-2H2O　减弱(3)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑解析:(1)B为PbO2,得到电子后结合溶液中的SO42-生成难溶的PbSO4:PbO2+SO42-+4H++2e-PbSO4+2H2O;同样A极也生成PbSO4,故质量会增大;由总反应可知消耗2 mol H2SO4时,转移2 mol电子,故消耗0.1 mol H2SO4时转移0.1 mol电子。(2)碱性条件下电极反应式中不能出现H+,只能出现OH-;因为电池反应最终生成了水,对KOH溶液有稀释作用,故溶液的碱性将减弱。(3)电解饱和食盐水的产物为氢氧化钠、氯气和氢气。10.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。锌锰电池的构造(1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图所示),锌锰干电池的负极材料是　　　,负极发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　。若反应消耗16.25 g负极材料,则电池中转移电子的物质的量为　　　　　　 mol。 (2)目前常用的镍镉(Ni-Cd)电池,其电池总反应可以表示为Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2。已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是　　　(填序号)。 ①以上反应是可逆反应②以上反应不是可逆反应③充电时化学能转变为电能④放电时化学能转变为电能(3)氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光,并使海水在二氧化钛(TiO2)表面分解得到氢气的新技术:2H2O2H2↑+O2↑,制得的氢气可用于制作燃料电池。试回答下列问题。①分解海水时,实现了光能转化为　　　能,生成的氢气用于制作燃料电池时,实现了化学能转化为　　　　能。分解海水的反应属于　　　(填“放热”或“吸热”)反应。 ②某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,A极上发生的电极反应为2H2+2O2--4e-2H2O,则A极是电池的　　　极,电子从该极　　　　(填“流入”或“流出”)。B极电极反应式为  　。 答案:(1)锌　Zn-2e-Zn2+　0.5(2)②④(3)①化学　电　吸热　②负　流出　O2+4e-2O2-解析:(1)锌锰干电池中的负极是Zn,发生氧化反应,失去电子生成锌离子,电极反应式是Zn-2e-Zn2+;16.25 g Zn的物质的量是16.25 g65 g·mol-1=0.25 mol,1 mol Zn失去2 mol电子,所以电池中转移电子的物质的量是0.5 mol。(2)镍镉电池放电时,应用原电池原理,将化学能转化为电能,而充电时利用电解原理,将电能转化为化学能,转化条件不同,不是可逆反应。(3)①燃料电池是将化学能转化为电能的装置,分解海水的反应属于吸热反应。②燃料电池中,负极发生燃料失电子的氧化反应,即2H2+2O2--4e-2H2O,正极发生氧气得电子的还原反应,即O2+4e-2O2-,所以B极是正极,A极是负极,电子从负极流向正极,即从A极流出。能力提升1.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)发生反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液一般是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　)。A.负极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-B.负极反应式:CH4+8OH--8e-CO2+6H2OC.随着放电的进行,溶液的c(OH-)不变D.放电时溶液中的阴离子向负极移动答案:D解析:O2+2H2O+4e-4OH-应为正极反应式;燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出,它将进一步反应转化成碳酸根,所以负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O;由于部分碱液与二氧化碳反应,所以溶液中的c(OH-)将减小。2.(双选)一种微生物燃料电池的结构示意图如下,关于该电池的叙述正确的是(　　)。A.电池工作时,电子由b流向aB.微生物所在电极区放电时发生还原反应C.放电过程中,H+从正极区移向负极区D.正极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O答案:AD解析:因为右侧产生CO2,说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2,电池工作时电子由b极经外电路流向a极,A项正确;微生物所在电极区放电时发生氧化反应,B项错误;放电时阳离子向正极移动,C项错误;放电时正极发生还原反应,D项正确。3.(双选)某固体氧化物燃料电池以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)。A.有O2放电的a极为电池的正极B.O2-移向电池的正极C.b极对应的电极反应为2H2+2O2--4e-2H2OD.a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-答案:AC解析:在燃料电池中,有O2放电的a极为原电池的正极,A项正确;在燃料电池中,O2-移向电池的负极,B项错误;在燃料电池中,有H2放电的b极为电池的负极,电极反应为2H2+2O2--4e-2H2O,C项正确;a极是正极,氧气在正极得电子,则对应的电极反应为O2+4e-2O2-,D项错误。4.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是(　　)。A.放电时负极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2B.放电时正极反应:FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强答案:C解析:高铁电池放电时为原电池,依据原电池工作原理,放电时负极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,用总式减去负极反应式即得正极反应式:FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被还原。5.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下图所示。下列说法错误的是(　　)。A.电极a为电池的负极B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-2H2OC.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2SD.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区答案:C解析:根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子生成水,B项正确;从装置示意图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4 mol电子,正极应该消耗1 mol O2,负极应该有2 mol H2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以H2S气体的体积不一定是44.8 L,C项错误;17 g H2S即0.5 mol H2S,每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2,根据正极反应式O2+4H++4e-2H2O,可知有1 mol H+经质子膜进入正极区,D项正确。6.写出下列化学电源(原电池)的电极反应式。(1)镍镉电池的反应方程式:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2,氢氧化钾溶液为电解质溶液。①负极: 　; ②正极:　 。 (2)镍氢电池的反应方程式:MH+NiO(OH)M+NiO+H2O,MH表示储氢合金M中吸收结合的氢(最常用储氢合金为LaNi5),氢氧化钾溶液为电解质溶液。①负极:　 ; ②正极:　 。 (3)锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。某种锂离子电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2。①负极:　 ; ②正极:　 。 (4)已知甲烷(CH4)燃料电池的电解质溶液为氢氧化钾溶液。①负极:　 ; ②正极:　 。 (5)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。①负极:　 ; ②正极:　 。 答案:(1)①Cd+2OH--2e-Cd(OH)2②2NiO(OH)+2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-(2)①MH+OH--e-M+H2O ②NiO(OH)+e-NiO+OH-(3)①Li-e-Li+　②MnO2+e-MnO2-(4)①CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O②O2+4e-+2H2O4OH-(5)①CH4+4CO32--8e-5CO2+2H2O②2O2+4CO2+8e-4CO32-解析:(1)由总反应式中元素化合价的变化可确定镉为负极(镉元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Cd+2OH--2e-Cd(OH)2;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:2NiO(OH)+2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-。(2)由总反应式中元素化合价的变化可确定MH为负极(氢元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:MH+OH--e-M+H2O;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:NiO(OH)+e-NiO+OH-。(3)由总反应式中元素化合价的变化可确定锂为负极(锂元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Li-e-Li+;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:MnO2+e-MnO2-。(4)燃料电池的两极都是惰性电极,通入燃料的一极为负极,通入氧气或空气的一极为正极;两电极上的产物与电解质溶液的酸碱性有关:碱性条件下正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O。(5)根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气。负极反应式为CH4+4CO32--8e-5CO2+2H2O,正极反应式为2O2+4CO2+8e-4CO32-。