2020学年高中化学 4.2化学电源习题 新人教版选修4

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O24e=2O2C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】A2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】B3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LiMnO2=LiMnO2。下列说法正确的是()ALi是正极，MnO2是负极B放电时负极的反应：Lie=LiC放电时正极的反应：MnOe=MnO2D电池放电时产生MnO【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：Lie=Li；MnO2为正极，放电时发生反应：MnO2e=MnO。由电极反应可知在电池放电过程中没有MnO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：PbO2Pb4H2SO=2PbSO42H2O。下列有关说法正确的是()AK与N相接时，能量由电能转化为化学能BK与N相接时，H向负极区迁移CK与M相接时，所用电源 a极为负极DK与M相接时，电子流向为PbabPbO2Pb【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：PbSO2e=PbSO4正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O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 ()A0.025 mol B0.05 molC0.1 mol D0.2 mol【答案】B6(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2ZnO2=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Zn2e=Zn2C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2ZnO2=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CH410OH8e=CO7H2O；通入O2一极的电极反应式是O22H2O4e=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CH42O22OH=CO3H2O，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：2Li2e=2LiB负极反应式：I22e=2IC总反应式：2LiI2=2LiID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：2Li2e=2Li，B、D均错。正极反应为I22e=2I，A错。总反应为2LiI2=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：FePO4Lie=LiFePO4，负极：Lie=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FePO4Lie=LiFePO4C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LiClKCl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：PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是()A正极反应式：Ca2Cl2e=CaCl2B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 PbD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PbSO42e=PbSO，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。11LiFePO4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：FePO4LiLiFePO4，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：FePO4Lie=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：Lie=Li，正极：FePO4Lie=LiFePO4；充电时，阳极：LiFePO4e=FePO4Li，阴极：Lie=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C6H12O66O2=6CO26H2O【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】Zn2e=Zn22MnO2H2=Mn2O3H2O【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)LiSOCl2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LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li2SOCl2=4LiClSSO2。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Lie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气体生成SOCl2H2O=SO22HCl(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：Lie=Li。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(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Lie=Li，SOCl2在正极得电子被还原生成S，电极反应为2SOCl24e=4ClSSO2。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)2324(2)O24H4e=2H2OCH3OHH2O6e=CO26H(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Cd2OH2e=Cd(OH)2；2H2O2NiO(OH)2e=2Ni(OH)22OH。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)Cd2H2O2NiO(OH)=Cd(OH)22Ni(OH)2减小(2)CdCd(OH)22e=Cd2OHNi2Ni(OH)22OH2e=2H2O2NiO(OH)(3)1.206102311.2【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Cd2OH2e=Cd(OH)2消耗OH，pH会不断减小。由Cd2H2O2NiO(OH)=Cd(OH)22Ni(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1.2061023，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_。(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，电池可连续不断地提供电能。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：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 gcm1，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积比为_。由生成的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_mol。【答案】(1)由化学能转变为电能由a到b(2)2H24OH4e=4H2O(或H22OH2e=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)LiH2O(或8.71104)32【解析】(1)电池是把化学能转变为电能的装置。在电池中电子是从负极经导线流向正极的，氢氧燃料电池中通入H2的一极