2019-2020年第二学期人教版化学选修4课时跟踪检测：4.2 化学电源【答案+解析】

化学电源1．科学工作者为心脏病患者设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体体液中含有的一定浓度的溶解氧、H＋和Zn2＋进行工作的。该电池工作时，正极的电极反应式为()A．Zn－2e－===Zn2＋B．2H＋＋2e－===H2↑C．4OH－－4e－===O2↑＋2H2OD．O2＋4H＋＋4e－===2H2O解析：选D正极得电子，体液中溶解的氧气得电子而发生还原反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项正确。2．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示，这种碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是()A．Zn为负极，发生氧化反应B．电池工作时，电子由MnO2流向ZnC．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)解析：选BZn为负极，发生氧化反应，A项正确；电池工作时，电子由负极Zn流向正极MnO2，B项错误；正极上MnO2发生还原反应MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，C项正确；电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)，D项正确。3．某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解质溶液。下列说法正确的是()A．电子由Zn电极流出，经KOH溶液流向正极B．正极反应式为2FeO＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2OC．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D．电池工作时OH－向负极迁移解析：选D电子由电源的负极经导线流向正极，Zn极发生氧化反应，作负极，则K2FeO4作正极，所以电子从Zn极经导线流向K2FeO4极，故A错误；KOH溶液为电解质溶液，则正极反应式为2FeO＋8H2O＋6e－===2Fe(OH)3＋10OH－，故B错误；电池总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，故C错误；电池工作时阴离子向负极移动，所以OH－向负极迁移，故D正确。4．下列说法中正确的是()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储存在电池内解析：选C碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池；燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是从外界不断输入电池。5．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===2LiID．金属锂作正极解析：选C该电池中Li的活泼性强，作负极，其反应为2Li－2e－===2Li＋，B、D均错误。正极反应为I2＋2e－===2I－，A错误；总反应为2Li＋I2===2LiI，C正确。6．关于铅蓄电池的说法正确的是()A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SOB．在放电时，该电池的负极材料是铅板(aq)－2e－===PbSO4(s)C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)解析：选BA项，正极发生还原反应，元素的化合价降低，因此正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO2e－===PbSO4＋2H2O，错误；B项，铅蓄电池中，铅板是负极材料，正确；C项，充电时，阳极反＋应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO浓度增大，错误；D项，充电时，阳极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO，硫酸的，错误。7.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－===CaCl2B．放电过程中，Li＋向负极移动C．常温下，在正、负极间接上电流表或检流计，指针发生偏转D．每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPb解析：选D正极发生还原反应，电极反应式为PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，故A项错误；放电过程中阳离子向正极移动，即Li＋向正极移动，故B项错误；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、负极间连接电流表或检流计，指针不偏转，故C项错误；根据电极反应式PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，可知每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molPb，质量为10.35g，故D项正确。8．如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是()A．分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类B．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解析：选DA项，分子组成为Cm(H2O)n的物质不一定是糖类，例如乙酸(C2H4O2)，错误；B项，微生物放电时，Cm(H2O)n中碳元素化合价升高失去电子，发生氧化反应，微生物所在的区域为负极区，B错误；C项，原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，错误；D项，正极得到电子发生还原反应，则电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，正确。9．获得“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功，电解质为AlI3溶液，已知电池的总方程式为2Al＋3I2===2AlI3。下列说法不正确的是()A．该电池负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋B．电池工作时，溶液中铝离子向正极移动C．消耗相同质量金属时，用锂作负极时，产生电子的物质的量比铝多D．该电池可能是一种可充电的二次电池解析：选DA项，铝作原电池的负极，电极反应式为Al－3e－===Al3＋，正确；B项，电池中阳离子向正极移动，正确；C项，7克锂失去1摩尔电子，27克铝失去3摩尔电子，所以等质量的金属，锂产生的电子比铝多，正确；D项，在溶液中，该反应不能逆向进行，该电池不是可逆电池(二次电池)，是一次电池，错误。10.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，下列说法正确的是()A．a为O2，b为CH4B．CO向正极移动C．此电池在常温时也能工作D．正极的电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO解析：选D燃料电池中通入燃料的电极是负极，通入氧化剂的电极是正极，根据电子流向知，a电极是负极，b电极是正极，所以a是CH4，b是O2，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，电池工作需要高温条件，故C错误；正极上氧气得电子，和二氧化碳反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。11．通过NO传感器可监测NO的含量，其工作原理如图所示，下列说法错误的是()A．该装置实现化学能向电能的转化B．该电池的总反应为2NO＋O2===2NO2C．NiO电极的电极反应式：NO＋O2－－2e－===NO2D．当有2.24L的O2参与反应时，转移了0.4mole－解析：选DA项，装置原理为原电池原理，是把化学能转化成电能的装置，正确；B项，根据装置的工作原理，正极反应：O2＋4e－===2O2－，负极反应：NO＋O2－－2e－===NO2，两式相加得2NO＋O2===2NO2，正确；C项，由B项的分析知，正确；D项，没有说明在标准状况下，错误。12．新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图。该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，下列有关说法正确的是()A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2OB．电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移D．在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA解析：选D根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－，所以B电极是正极，发生的反应为H2O2＋2e－===2OH－，故A、B错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6mol，根据H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6mol×2×NAmol－1＝12NA，故D正确。13．最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()A．氧化银电极上的反应为Ag2O＋2e－===2Ag＋O2－B．石墨电极上的反应为C6H12O6＋6H2O＋24e－===6CO2↑＋24H＋C．每转移4mol电子，氧化银电极产生22.4LCO2气体(标准状况)D．每30gC6H12O6参与反应，有4molH＋经质子交换膜进入正极区解析：选DC6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－===2Ag＋H2O，故A错误；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4mol电子，石墨电极产生22.4LCO2(标准状况)，故C错误；30gC6H12O6的物质的量为molH＋经质子交换膜进入正极区，故D正确。＝mol，根据B项负极的电极反应式可知，有414．全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是()A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多解析：选D原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02mol电子，负极有0.02molLi(质量为0.14g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。15．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)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。(1)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．①③B．②④C．①④D．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____________________________________________________________________________________。(3)另一种常用的电池是锂电池(锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7)，由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电量)特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年。它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。锂电池比容量特别大的原因是____________________，锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因________________________________________________________________________。解析：(1)镍镉充电电池中发生的反应是在不同条件下发生的，放电时的反应是自发进行的，而充电时的反应是非自发进行的，只在充电电解时发生，所以这个反应不是可逆反应。充电时电能转化为化学能(相当于电解池)，放电时化学能转化为电能(相当于原电池)。(2)镍镉充电电池对土壤的污染主要在于镍和镉的离子都是重金属离子，具有毒性。在酸性土壤里原来不溶性的Ni(OH)2和Cd(OH)2被酸溶解，使Ni2＋和Cd2＋在土壤中扩散。(3)由题意，产生等量的电量时锂电池消耗锂的质量比其他电池消耗的负极金属材料的质量小，这就是锂电池比容量特别大的原因。锂是一种非常活泼的金属，与钠相似，能与水剧烈反应，如果用水配制电解质溶液，则锂电极本身会直接与水发生反应而不产生电流。答案：(1)B(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液(3)锂的摩尔质量小2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑16．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－。根据上述反应式，完成下列题目。(1)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)将两电极反应方程式相加得总反应方程式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，使用过程中没有消耗KOH，A项错误；Zn为负极，Ag2O为正极，电子在外电路中由Zn―→Ag2O，故B、D两项错误，C项正确。(2)总反应方程式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。(3)由电极反应式知，使用时，负极区消耗OH－，造成pH减小，正极区生成OH－，造成pH增大；而电解质溶液的pH不变。答案：(1)C(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag(3)减小增大不变17．通常氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，试回答下列问题：(1)在酸式介质中，负极反应的物质为__________，正极反应的物质为__________，酸式电池的电极反应式：负极：__________________，正极：____________________。电解质溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)在碱式介质中，碱式电池的电极反应：负极：________________，正极：__________________。电解质溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。(3)氢氧燃料电池汽车作为上海世博园中的交通工具之一，下列有关说法不正确的是__________(填字母)。A．太阳光催化分解水制氢气比电解水制氢气更为科学B．氢氧燃料电池作为汽车动力更能保护环境C．分别以稀H2SO4、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的负极电极反应式相同D．分别以稀H2SO4、KOH溶液为介质的氢氧燃料电池的总反应式相同(4)纯电动车采用了高效耐用的一种新型可充电电池，该电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。①该电池放电时，负极反应式为___________________________________________________________________________________________________________________。②放电时每转移3mol电子，正极有__________molK2FeO4被还原。(5)锰酸锂离子电池在混合动力车等大型蓄电池应用领域占据主导地位。电池反应式为Li1－xMnO4＋xLi__________(填字母)。LiMnO4，下列有关说法不正确的是A．放电时，电池的正极反应式为Li1－xMnO4＋xLi＋＋xe－===LiMnO4B．放电过程中，石墨没有得失电子C．该电池也能在KOH溶液的环境中正常工作D．充电时，电池上标有“－”的电极应与外接电源的负极相连解析：(1)在酸式氢氧燃料电池中，负极是氢气失电子生成H＋，电极反应式为2H2－4e－===4H＋；正极是氧气得电子生成OH－，OH－结合H＋生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，由于正、负极消耗与生成的H＋等量，所以H＋的总量不变，而电池反应为2H2＋O2===2H2O，水的质量增加，H＋浓度减小，pH变大。(2)在碱式介质中，氢气在负极失去电子生成H＋，H＋结合OH－生成水，电极