高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 化学电源一课一练

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A．该电池不是可充电干电池
B．该电池用过之后不可以随意丢弃，要集中回收处理
C．该电池含有重金属元素
D．该电池工作时，外电路中每通过0.2 ml e－，锌的质量理论上减少3.25 g
【解析】 电池工作时，锌失去电子，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，外电路每通过0.2 ml电子，锌的质量理论上应减少6.5 g，所以D项错误。
【答案】 D
2．微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I－。下列有关说法正确的是( )
A．正极反应：2Li－2e－===2Li＋
B．负极反应：I2＋2e－===2I－
C．总反应是：2Li＋I2===2LiI
D．金属锂作正极
【解析】 该电池中Li的活泼性强，作负极，其反应为：2Li－2e－===2Li＋，B、D均错；正极反应为：I2＋2e－===2I－，A错；总反应为2Li＋I2===2LiI，C正确。
【答案】 C
3．美国一个海军航空站曾安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600 ℃～700 ℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应为：2H2＋O2===2H2O，负极反应为：2H2＋2COeq \\al(2－,3)－4e－===2H2O＋2CO2，则下列推断中正确的是 ( )
A．正极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．该电池的电极没有参加反应
C．电池供应1 ml水蒸气，转移的电子数为4 ml
D．O2从正极通入，发生氧化反应
【解析】 由总反应式减去负极反应式得正极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2COeq \\al(2－,3)，A项错。燃料电池电极本身不参加反应，B项正确。由总反应式知，电池供应1 ml水蒸气，转移的电子数为2 ml，C项错。该电池为氢氧燃料电池，负极是H2，发生氧化反应，正极是O2，发生还原反应，D项错。
【答案】 B
4．如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。该电池负极发生的反应是 ( )
A．CH3OH(g)＋O2(g)===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)＋2e－
B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)
C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)
D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－(aq)
【解析】 该燃料电池的总反应为
2CH3OH＋3O2===4H2O＋2CO2 ①
正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O ②
①－②×3得：2CH3OH＋2H2O===2CO2＋12H＋＋12e－，即CH3OH＋H2O===CO2＋6H＋＋6e－，C项正确。
【答案】 C
5．锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2＋2NHeq \\al(＋,4)===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3＋H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是( )
A．Zn
B．碳
C．MnO2和NHeq \\al(＋,4)
D．Zn2＋和NH3
【解析】 Zn在负极上被氧化，剩余的物质将在正极上反应得到Mn2O3、NH3和H2O。要注意题中问的是正极上发生反应的物质，不要考虑成被还原的物质。
【答案】 C
6．下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( )
A．电池Ⅰ中锌是正极
B．电池Ⅱ是一次性电池
C．电池Ⅲ工作时，氢气发生还原反应
D．电池Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【解析】 电池Ⅰ中锌是负极，铜是正极，A错误；电池Ⅱ为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池Ⅲ为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池Ⅳ为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极流向正极，D正确。
【答案】 D
7．Li­Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－―→Li2S＋Fe
有关该电池的下列说法中，正确的是( )
A．Li­Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1
B．该电池的总反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－―→Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS
【解析】 由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以Li­Al在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。
【答案】 B
8．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghuse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，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．由O2放电的a极为电池的负极
B．由H2放电的b极为电池的正极
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))2H2O
【解析】 固体介质允许O2－通过，说明为非水体系，因此C项中a极反应式不正确，这种表达是水溶液中进行的反应，a极反应式应该是：eq \f(1,2)O2＋2e－===O2－，b极反应式：H2－2e－===2H＋，总反应方程式是H2＋eq \f(1,2)O2eq \(=====,\s\up7(高温))H2O。
【答案】 D
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－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
根据上述反应式，完成下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是________。
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)写出电池的总反应式：_______________________________。
(3)使用时，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________。
【解析】 (1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。
【答案】 (1)C
(2)Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(3)减小 增大 不变
10．化学电池在通讯，交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可以表示为Cd＋2NiO(OH)＋2H2Oeq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2Ni(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( )
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
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值，在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为________________________________。
【解析】 (1)Ni­Cd电池的充、放电条件不相同，因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解，生成重金属离子Ni2＋和Cd2＋，污染土壤。
【答案】 (1)B
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
eq \a\vs4\al([能力提升层次（B）])
11．有一种新颖的固体氧化物型燃料电池(SOFC)，该电池工作时，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在高温熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是( )
A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极
B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2eq \(=====,\s\up7(高温))8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2－4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O
【解析】 在原电池中，阴离子向负极移动，所以O2－由正极移向负极；正极发生得电子反应，电极反应为：O2＋4e－===2O2－；燃料电池中，燃料在负极，电极反应为：C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O。
【答案】 B
12．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是( )
①每消耗1 ml CH4可以向外电路提供8 ml e－
②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
④电池放电后，溶液pH不断升高
A．①②B．①③
C．①④ D．③④
【解析】 CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，严格讲生成的CO2还会与KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，1 ml CH4参加反应有8 ml e－发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。虽然正极产生OH－，负极消耗OH－，但从总反应CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的pH不断下降，故①②正确，③④错误。
【答案】 A
13．(2014·新课标全国卷Ⅱ)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋x Li
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
【解析】 图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B.电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C.放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D.放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。
【答案】 C
14．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：
(1)铅蓄电池的负极材料是________。
(2)工作时，正极反应为_________________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。
(5)电流方向从________极流向________极。
【解析】 铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。
【答案】 (1)Pb
(2)PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
(3)增大 (4)负 (5)正 负
15.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：
(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是________，在导线中电子移动方向为________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为___________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为_____________________________
______________________________________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H2eq \(=====,\s\up7(△))2LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。
②已知LiH固体密度为0.82 g/cm3。用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________ml。
【解析】 本题考查电化学知识。(1)原电池的实质为化学能转化成电能。总反应为2H2＋O2===2H2O，其中H2从零价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上OH－。(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。(4)Ⅰ中Li从零价升至＋1价，作还原剂。Ⅱ中H2O的H从＋1价降至H2中的零价，作氧化剂。由反应Ⅰ，当吸收10 ml H2时，则生成20 ml LiH，V＝m/ρ＝(20×7.9)/(0.82×10－3)L＝192.68×103 L，则V(LiH)/V(H2)＝(192.68×10－3)L/224 L＝1/1 163＝8.60×10－4。20 ml LiH可生成20 ml H2，实际参加反应的H2为20×80%＝16 ml，1 ml H2转化成1 ml H2O，转移2 ml电子，所以16 ml H2可转移32 ml的电子。
【答案】 (1)由化学能转变为电能 由a到b(合理表达形式均可)
(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O
(3)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)①Li H2O ②1/1 163或8.60×10－4 ③32