高中化学42化学电源习题新人教版选修4

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4.2化学电源

一、选择题(本题包括12小题,每小题5分,共60分)

1.利用生活中常见的材料可以制作出一些有实际应用价值的装置,如废铝罐和碳棒、食盐水等材料制作用于驱动玩具的电池。上述电池工作时,有关说法正确的是 ( )

A.铝罐将逐渐被腐蚀

B.碳棒上发生的反应为O2+4e-===2O2-

C.碳棒应与玩具电池的负极相连

D.该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻

【答案】 A

2.下列有关电池的叙述正确的是( )

A.锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细

B.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化

C.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

D.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能

【答案】 B

3.锂电池是新一代高能电池,目前已研究出多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li+ MnO2===LiMnO2。下列说法正确的是( )

A.Li是正极,MnO2是负极

B.放电时负极的反应:Li-e-===Li+

C.放电时正极的反应:MnO-2-e-===MnO2

D.电池放电时产生MnO-4

【答案】 B

【解析】根据电池总反应可判断Li为负极,放电时发生反应:Li-e-===Li+;MnO2为正极,放电时发生反应:MnO2+e-===MnO-2。由电极反应可知在电池放电过程中没有MnO-4产生。

4.

如右图所示是铅蓄电池充、放电时的工作示意图,已知放电时电池反应为:PbO2+Pb+ 4H++2SO2-4===2PbSO4+2H2O。下列有关说法正确的是( )

A.K与N相接时,能量由电能转化为化学能

B.K与N相接时,H+向负极区迁移

C.K与M相接时,所用电源 a极为负极

D.K与M相接时,电子流向为Pb→a→b→PbO2→Pb

【答案】 C

【解析】K与N相接时,实际上是铅蓄电池的工作过程,能量由化学能转化为电能,负极失电子发生氧化反应,阳离子移向正极,A、B项错误;K与M相接时,实际上为电池的充电过程,电池正极与外接电源正极相接,电池负极必须与外接电源负极相接,Pb电极为负极,故电源a极为负极,C项正确;在原电池内部或电解池内部的电解质溶液中,只有阴、阳离子的定向移动,没有电子的移动,D项错误。

5.电动自行车由于灵活、快捷、方便,已成为上班族的主要代步工具,其电源常采用铅蓄电池,铅蓄电池放电时发生下列变化:

负极:Pb+SO2-4-2e-===PbSO4

正极:PbO2+4H++SO2-4+2e-===PbSO4+2H2O

使用该电池时,若外电路上转移电子0.05 mol,则消耗H2SO4的物质的量为 ( )

A.0.025 mol

B.0.05 mol

C.0.1 mol

D.0.2 mol

【答案】 B

6.(双选)据报道,锌电池可能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+O2===2ZnO,原料为锌粒、电解质和空气,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.电解质肯定不是强酸

【答案】BD

【解析】原电池中,负极是还原性物质,失去电子,发生氧化反应,正极是氧化性物质,得到电子,发生还原反应,从原电池的电池反应为2Zn+O2===2ZnO知产物与强酸反应,所以电解质溶液肯定不是强酸。

7.将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,即可构成CH4燃料电池。已知通入CH4一极的电极反应式是CH4+10OH--8e-===CO2-3+7H2O;通入O2一极的电极反应式是O2+2H2O+4e-===4OH-。下列有关叙述中,不正确的是( )

A.通入CH4的电极为负极

B.正极发生氧化反应

C.溶液中的OH-向负极移动

D.工作一段时间后应补充KOH

【答案】 B

【解析】该燃料电池正极发生还原反应,B不正确。根据题中电极反应式知CH4发生氧化反应,通入CH4的电极为负极,A正确;原电池工作时,电解质溶液中阴离子移向负极, C正确;该电池总反应式为CH4+2O2+2OH-===CO2-3+3H2O,工作时消耗KOH,D正确。

8.微型锂碘电池可用于某些心脏病人植入体内的心脏起搏器的电源。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.正极反应式:2Li-2e-===2Li+

B.负极反应式:I2+2e-===2I-

C.总反应式:2Li+I2===2LiI

D.金属锂作正极

【答案】 C

【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。

9.新型LiFePO4可充电锂离子动力电池以其独特的优势成为绿色能源的新宠。已知该电池放电时的电极反应为正极:FePO4+Li++e-===LiFePO4,负极:Li-e-===Li+。下列说法中正确的是 ( )

A.充电时动力电池上标注“+”的电极应与外接电源的正极相连

B.放电时电池反应为FePO4+Li++e-===LiFePO4

C.放电时电池内部Li+向负极移动

D.放电时在正极上Li+得电子被还原

【答案】 A

【解析】A项,充电时电池上标注“+”的电极应与电源的正极相连,正确;C项,放电时电池内部Li+向正极移动,错误;D项,在正极上FePO4得电子被还原,错误。

10.

热激活电池可用作火箭、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混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为: PbSO4+2LiCl+Ca===CaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是( )

A.正极反应式:Ca+2Cl--2e-===CaCl2

B.放电过程中,Li+向负极移动

C.每转移0.1 mol电子,理论上生成20.7 g Pb

D.常温时,在正负极间接上电流表或检流计,指针不偏转

【答案】 D

【解析】正极应是得电子发生还原反应,故为PbSO4+2e-===Pb+SO2-4,A错误;放电过程为原电池,阳离子向正极移动。B错误;每转移0.1 mol电子,生成0.05 mol Pb,为10.35 g,C错误;由题意“热激活”表明该电池应在加热的条件下工作,故常温下电解质不能熔化,不能形成原电池,指针不偏转,D正确。

11.LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,可用于电动汽车。电池反

应为:FePO4+Li LiFePO4,电池的正极材料是LiFePO4,负极材料是石墨,含Li+导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是 ( )

A.可加入硫酸以提高电解质的导电性

B.放电时电池内部Li+向负极移动

C.充电过程中,电池正极材料的质量增多

D.放电时电池正极反应为:FePO4+Li++e-===LiFePO4

【答案】 D

【解析】对于可充电电池的反应,需要看清楚“充电、放电”的方向,放电的过程应用原电池原理,充电的过程应用电解池原理。解答时首先标出方程式中发生变化的元素的化合价,再结合负极和阴极发生氧化反应,正极和阳极发生还原反应,判断出阴阳、正负极,写出相应的电极反应式,然后逐项分析判断。放电时,负极:Li-e-===Li+,正极:FePO4 +Li++e-===LiFePO4;充电时,阳极:LiFePO4-e-===FePO4+Li+,阴极:Li++e-===Li,由以上分析易知,D项正确。若加入硫酸,与Li单质(固体)发生反应,会破坏电池反应,故A项错误;放电时,Li+(正电荷)应在电池内部(电解质中)向正极移动,故B项错误;充电过程中,正极材料参加了反应,质量减少,故C项错误。

12.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.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O

【答案】 A

【解析】负极发生氧化反应,生成CO2气体,A项错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B项正确;原电池中阳离子向正极移动,因此

负极产生的质子(H+)通过交换膜移向正极,C项正确;电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O,D项正确。

二、非选择题(本题包括5小题,共40分)

13.(8分)

某学校设计了一节实验活动课,让学生从废旧干电池中回收碳棒、锌皮、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物质,请回答有关问题:

如图所示为干电池的基本构造图。干电池工作时负极上的电极反应式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________, MnO2的作用是除去正极上产生的H2,本身生成Mn2O3,该反应的化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【答案】Zn-2e-===Zn2+2MnO2+H2===Mn2O3+H2O

【解析】根据提供的电极材料,结合原电池原理可判断出Zn作负极,碳棒作正极。

14.(8分)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质溶液是LiAlCl4—SOCl2。电池的总反应可表示为:4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。

请回答下列问题:

(1)电池的负极材料为________,发生的电极反应为__________________。

(2)电池正极发生的电极反应为

________________________________________________________________________。

(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是

________________________________________________________________________,反应的化学方程式为

________________________________________________________________________。

(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【答案】(1)锂Li-e-===Li+(2)2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑(3)出现白雾,有刺激性气体生成SOCl2+H2O===SO2↑+2HCl↑(4)锂是活泼金属,易与H2O、O2反应; SOCl2也可与水反应

【解析】本题考查了原电池正负极的判断和电极反应式的书写等知识。分析反应物的化合价变化,可得Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂),电极反应为: Li-e-===Li+。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-===4Cl-+S +SO2↑。(3)题中给出有碱液吸收时的产物,则没有碱液吸收的产物应为SO2和HCl,所以现象应该为出现白雾和有刺激性气体生成。(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2能与水反应,故组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行。

【点拨】由总反应可知,该原电池中Li被氧化,应为原电池负极,电极反应式为Li -e-===Li+,SOCl2在正极得电子被还原生成S,电极反应为2SOCl2+4e-===4Cl-+S+SO2↑。该电池必须在无水、无氧的条件下进行是由电极材料Li和SOCl2的性质决定的。

15.(8分)科学家预言,燃料电池是21世纪获得电子的重要途径。甲醇燃料电池是采有铂或碳化钨作电极催化剂,在硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。试回答下列问题:

(1)配平电池放电时发生的化学反应方程式:

CH3OH+____O2===____CO2+____H2O

(2)在硫酸电解液中,CH3OH失去电子,此电池的正极发生的反应是________________,负极发生的反应是

________________________________________________________________________。

(3)电解液中的H+向________极移动,向外电路释放电子的电极是________极。(填“正”或“负”)

(4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先燃料电池的能量转化效率高,其次是

________________________________________________________________________。

(5)甲醇燃料电池与氢氧燃料电池相比,其主要缺点是甲醇燃料电池的输出功率较低,但其主要优点是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【答案】(1)2 3 2 4 (2)O2+4H++4e-===2H2O CH3OH+H2O-6e-===CO2+6H+ (3)正负(4)对空气无污染(5)甲醇比H2廉价

【解析】燃料电池的负极一定是可燃性气体,失电子,发生氧化反应;电池的正极一定是助燃性气体,得电子,发生还原反应。写电极反应式时,一定要注意两极得失电子数相等。

16.(8分)镍镉可充电电池的电极材料是Cd和NiO(OH),电解质是氢氧化钾,放电时电极反应式为Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2;2H2O+2NiO(OH)+2e-===2Ni(OH)2+2OH-。请按要求完成下列问题:

(1)当电池放电时,写出该电池的总反应式:

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

此时,电池的负极周围溶液的pH会不断________(填“增大”或“减小”)。

(2)电池充电时,________元素被还原,此电极反应式可表示为____________;________被氧化,此电极反应式可表示为

________________________________________________________________________。

(3)电池放电时,当有3.6 g水参加反应,电池中所转移的电子数目为________,同时有________ g Cd参加反应。

【答案】(1)Cd+2H2O+2NiO(OH)===Cd(OH)2+2Ni(OH)2减小

(2)Cd Cd(OH)2+2e-===Cd+2OH-Ni 2Ni(OH)2+2OH--2e-===2H2O+2NiO(OH)

(3)1.206×102311.2

【解析】两个电极反应方程式相加可得总反应方程式。由于负极Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2消耗OH-,pH会不断减小。由Cd+2H2O+2NiO(OH)===Cd(OH)2+2Ni(OH)2知,当有3.6 g水参加反应时,电池中所转移的电子数目为1.206×1023,同时有11.2 g Cd参加反应。

17.(8分)

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,铂吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:

(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________,在导线中电子流动方向为________________________________________________________________________ ________(用a、b表示)。

(2)负极反应式为

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