第1章　第2节　第2课时　化学电源 试卷

第1章化学反应与能量转化

第2节　化学能转化为电能——电池

第2课时　化学电源

课后篇素养形成

必备知识基础练

1.下列说法正确的是(　　)

A.碱性锌锰电池是二次电池

B.铅蓄电池是一次电池

C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生

D.燃料电池的活性物质大量储存在电池内部

答案C

解析碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,A、B错误;燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部,D错误。

2.下列有关电池的说法不正确的是(　　)

A.手机上用的锂离子电池属于二次电池

B.锌铜原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D.锌锰干电池中,锌电极是负极

答案B

解析锌铜原电池中,电子从负极锌沿外电路流向正极铜。

3.在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是(　　)

A.该电池是一次电池

B.该电池工作时,电子由负极通过外电路流入正极

C.该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg

D.该电池工作时,外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少3.25 g

答案D

解析锌锰干电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,所以外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上应减少6.5 g,所以D项错误。

4.生产铅蓄电池时,在两极板上的铅锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4,干燥后再安装,充电后即可使用,发生的反应是2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　)

A.理论上需要定期补充硫酸

B.电池工作时铅是负极,PbO2是正极

C.电池工作时负极上发生的反应是Pb-2e-+SPbSO4

D.电池工作时电解质的密度减小

答案A

解析铅蓄电池放电时相当于原电池,Pb是负极,PbO2是正极,负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与溶液中的S生成PbSO4沉淀;放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等,在制备电池时,PbSO4的量是一定的,制成膏状,干燥后再安装,则理论上H2SO4不用补充;放电时,H2SO4被消耗,溶液中H2SO4的物质的量浓度减小,所以溶液的密度也随之减小。

5.下面是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极的反应产物为水的是(　　)

答案C

解析A中通空气的一极为正极,电极反应为O2+4e-2O2-。B中通O2的一极为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。C中通空气的一极为正极,电极反应为4H++O2+4e-2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极,电极反应为2CO2+O2+4e-2C。

6.Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是(　　)

A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极

B.电池负极附近溶液pH升高

C.正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

D.负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑

答案B

解析根据题意分析可知,铝电极为负极,Ag2O/Ag电极为正极。电子由负极流向正极,A项正确;负极反应为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,pH降低,B项错误;正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,C项正确;负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,D项正确。

7.如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图,以稀硫酸为电解质溶液。下列有关说法不正确的是              (　　)

A.a极为负极,电子由a极经外电路流向b极

B.a极的电极反应式:H2-2e-2H+

C.电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)增大

D.若将H2改为CH4,消耗等物质的量的CH4时,O2的用量增多

答案C

解析a极通入的H2发生氧化反应,则a极为负极,电子由a极经外电路流向b极,以稀硫酸为电解质溶液时,负极上H2被氧化为H+,A、B正确;电池总反应为2H2+O22H2O,则电池工作一段时间后,装置中c(H2SO4)减小,则C项错误;根据电池总反应:2H2+O22H2O和CH4+2O2CO2+2H2O可知,消耗等物质的量的H2和CH4时,CH4消耗O2较多,D正确。

8.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是(　　)

A.电子通过外电路从b极流向a极

B.b极上的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2

D.H+由a极通过固体电解质传递到b极

答案D

解析由电池总反应及原电池原理可知,充入H2的一极即a极是负极,充入O2的一极即b极是正极;电子由负极经外电路流向正极;电池内部阳离子即H+移向正极,正极的电极反应为O2+4H++4e-2H2O,故A项、B项错误,D项正确。C项没有指明标准状况,错误。

9.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,电极反应为:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据上述信息,填写下列空白。

(1)判断下列叙述正确的是　　　　。 

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,Ag2O是正极

D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应

(2)写出电池的总反应:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)电池工作时,负极区的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),正极区的pH　　　　,电解质溶液的pH　　　　。 

答案(1)C　(2)Zn+Ag2OZnO+2Ag　(3)减小　增大　不变

解析(1)由两电极反应相加可得电池总反应:Zn+Ag2OZnO+2Ag,由总反应知,在使用过程中KOH不被消耗,A错;由电极反应可知Zn是负极,发生氧化反应,Ag2O是正极,发生还原反应,电子由Zn极流向Ag2O极。C对,B、D均错。

(3)电解质溶液为KOH溶液,使用时,负极区消耗OH-,pH减小;正极区产生OH-,pH增大,消耗和产生的OH-的量相等,H2O的量不变,则电解质溶液的pH不变。

关键能力提升练

10.如图是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量监测与控制的功能,下列有关说法正确的是(　　)

A.电流由呼气所在的铂电极流出

B.H+通过质子交换膜流向氧气所在的铂电极

C.电路中流过2 mol电子时,消耗标准状况下O2 22.4 L

D.该电池的负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-2CO2↑+12H+

答案B

解析呼气所在电极发生乙醇转化为醋酸的反应,故此电极为负极,而电流由正极流出,A项错误;H+通过质子交换膜流向正极(通入氧气的铂电极),B正确;正极反应为O2+4e-+4H+2H2O,电路中流过2 mol电子时,消耗0.5 mol O2,在标准状况下体积为11.2 L,C错误;该电池的负极反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+,D错误。

11.(双选)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)

A.b极发生氧化反应

B.a极的电极反应为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O

C.放电时,电流从a极经过负载流向b极

D.其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜

答案BD

解析燃料电池中燃料(N2H4)在负极(a电极)发生氧化反应:N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,O2在正极(b电极)发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为N2H4+O2N2+2H2O,A错误、B正确;放电时电流由正极流向负极,C错误;OH-在正极生成,移向负极被消耗,所以离子交换膜应让OH-通过,故选用阴离子交换膜,D正确。

12.甲醇燃料电池可用于笔记本电脑、汽车、遥感通信设备等,它的一极通入甲醇,一极通入氧气;电池中含有质子交换膜,它能传导氢离子(H+)。电池工作时,甲醇被氧化为二氧化碳和水,氧气在电极上的反应是O2+4H++4e-2H2O。下列叙述不正确的是(　　)

A.负极的反应为CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+

B.电池的总反应是2CH3OH+3O22CO2+4H2O

C.电池工作时,H+由正极移向负极

D.电池工作时,电子从通入甲醇的一极流出,经外电路流入通氧气的一极

答案C

解析首先判断出通入甲醇的一极失去电子作为负极,通入氧气的一极得到电子作为正极。电池总反应减去氧气在正极的电极反应可得到负极反应,A项正确;电池工作时,H+移向正极而不是移向负极,C项错误。

13.(双选)热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为:

PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb

下列说法正确的是(　　)

A.负极反应:Ca+2Cl--2e-CaCl2

B.放电过程中,Li+向钙电极移动

C.正极反应物为LiCl

D.常温时,在正负极间接上检流计,指针不偏转

答案AD

解析负极上发生氧化反应,A正确;放电过程中Li+向正极移动,B错误;由电池总反应可知,正极反应物是PbSO4,C错误;常温下,电解质不是熔融态,离子不能移动,不能产生电流,因此在正负极之间连接检流计,指针不偏转,D正确。

14.锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,电池反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法正确的是(　　)

A.放电时,电解质溶液中K+向负极移动

B.放电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大

C.放电时,负极反应为:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-

D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)

答案C

解析放电时,电解质溶液中K+向正极移动,A项错误;放电时,根据总反应可知电解质溶液中c(OH-)逐渐减小,B项错误;在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2+将与OH-结合生成[Zn(OH)4]2-,C项正确;根据O2~4e-可知,电路中通过2 mol电子时消耗0.5 mol氧气,在标准状况下体积为11.2 L,D项错误。

15.某蓄电池放电、充电时的反应为:

Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2

下列推断中正确的是(　　)

①放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极　②放电时,负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2　③放电时,Ni2O3在正极反应　④蓄电池的电极必须是浸在某种碱性电解质溶液中

A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④

答案D

解析放电时Fe被氧化,Ni2O3被还原,Fe作为负极,Ni2O3作为正极。放电时负极反应为Fe+2OH--2e-Fe(OH)2,Ni2O3在正极上发生反应。由于放电时的产物均为碱性物质,故应用碱性电解质溶液。

16.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右。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-2H2O

C.电路中每通过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

答案C

解析根据燃料电池的特点分析,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,氧气得电子结合H+生成水,B项正确;从装置图可以看出,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,但是题目中没有说明是标准状况下,所以H2S的体积不一定是44.8 L,C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O2+4H++4e-2H2O可知,有1 mol H+经质子膜进入正极区,D正确。

17.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,电解质溶液为强碱溶液。

(1)放电时负极反应为　。 

(2)放电时K2FeO4发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。 

(3)放电时电子由　　　　(填“正”或“负”,下同)极流向　　　　极。 

(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子数是　　　　　。 

答案(1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2　(2)还原　(3)负　正　(4)1.806×1024

解析放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是强碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2。电子由负极流出,通过外电路流向正极,每1 mol K2FeO4发生反应,转移电子是3 mol,其数目是1.806×1024,放电时K2FeO4得电子发生还原反应。

学科素养拔高练

18.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作为电极催化剂,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下:

甲醇燃料电池工作原理示意图

请回答下列问题:

(1)Pt(a)电极是电池的　　　　极,电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;Pt(b)电极发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为　。 

(2)电池的总反应为　。 

(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子,则消耗的CH3OH有　　　　 mol。 

(4)使用该燃料电池的另一个好处是　。 

答案(1)负　CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+　还原　O2+4H++4e-2H2O　(2)2CH3OH+3O22CO2+4H2O　(3)　(4)对环境无污染

解析Pt(a)电极原料为CH3OH和水,产物为CO2、H+,C元素化合价由-2价升到+4价,失去6个电子,Pt(a)为负极;Pt(b)电极原料为O2、H+,产物为H2O,O元素化合价由0价降至-2价,发生还原反应,Pt(b)电极为正极。电池总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O,由总反应可知,电路中通过2 mol电子时消耗的CH3OH为 mol。甲醇燃料电池产物是CO2和H2O,对环境无污染。