2019-2020年高中化學(xué) 4.2化學(xué)電源練習(xí) 新人教版選修41.電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源,各式各樣電池的發(fā)展是化學(xué)對人類的一項重大貢獻。下列有關(guān)電池的敘述正確的是()A.原電池反應(yīng)均是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)B.氫氧燃料電池工作時氫氣在正極被氧化C.氫氧燃料電池是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置D.鉛蓄電池在放電過程中,負極質(zhì)量減小,正極質(zhì)量增加解析:原電池反應(yīng)中的能量變化是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,必須是自發(fā)的氧化還原反應(yīng),A項正確,C項錯誤;氫氧燃料電池中,H2發(fā)生氧化反應(yīng),在負極被氧化,B項錯誤;鉛蓄電池放電過程中總反應(yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),生成物PbSO4附著在兩電極上使正、負極質(zhì)量增加,D項錯誤。答案:A2.廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程。其首要原因是()A.為了利用電池外殼的金屬材料B.防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C.不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D.回收其中的石墨電極解析:廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對土壤和水源造成污染,必須進行集中處理。答案:B3.下列有關(guān)鋅錳干電池的說法中正確的是()A.鋅外殼是負極,石墨棒是正極材料B.在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼C.電流從鋅流到石墨棒上D.在電池內(nèi)部陽離子從石墨棒向鋅片移動解析:在鋅錳干電池中,鋅外殼是負極,石墨棒是正極,在外電路中電子從鋅外殼流向石墨棒,電流的方向與電子的流向相反,電池內(nèi)部,陽離子向正極石墨棒移動,故A正確,B、C、D錯誤。答案:A4.鋰電池是一種新型高能電池,它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視,目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為Li+MnO2LiMnO2,下列說法正確的是()A.Li是正極,電極反應(yīng)為Li-e-Li+B.Li是負極,電極反應(yīng)為Li-e-Li+C.MnO2是負極,電極反應(yīng)為MnO2+e-MnD.Li是負極,電極反應(yīng)為Li-2e-Li2+解析:由總反應(yīng)O2O2可知,鋰元素在反應(yīng)后化合價升高(0+1),錳元素在反應(yīng)后化合價降低(+4+3)。Li被氧化,在電池中作負極,電極反應(yīng)為Li-e-Li+,MnO2在正極上反應(yīng),電極反應(yīng)為MnO2+e-Mn。答案:B5.在堿性鋅錳干電池中,已知氫氧化鉀為電解質(zhì),發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列該電池的電極反應(yīng),正確的是()A.負極反應(yīng)為Zn-2e-Zn2+B.負極反應(yīng)為Zn+2H2O-2e-Zn(OH)2+2H+C.正極反應(yīng)為2MnO2+2H+2e-2MnOOHD.正極反應(yīng)為2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-解析:在書寫堿性電池的電極反應(yīng)式時,電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+。在堿性電池中,負極Zn失去電子形成的Zn2+應(yīng)該與OH-結(jié)合生成Zn(OH)2。答案:D6.乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑,在200 左右時供電,電池總反應(yīng)式為C2H5OH+3O22CO2+3H2O,電池示意圖如下,下列說法中正確的是()A.電池工作時,質(zhì)子向電池的負極遷移B.電池工作時,電流由b極沿導(dǎo)線流向a極C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5OH+3H2O+12e-2CO2+12H+D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O+O2+4e-4OH-解析:通入乙醇的一極(a極)為負極,發(fā)生氧化反應(yīng);通入氧氣的一極(b極)為正極,發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時,陽離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移,選項A不正確;電流方向與電子流向相反,電流由b極沿導(dǎo)線流向a極,選項B正確;a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化,所以選項C不正確;因為電池中使用的是磺酸類質(zhì)子溶劑,所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH-,選項D不正確。答案:B7.一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀,負極上的反應(yīng)為CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有關(guān)說法正確的是()A.檢測時,電解質(zhì)溶液中的H+向負極移動B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2OD.正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4e-+2H2O4OH-解析:A項,檢測時,電解質(zhì)溶液中的H+移向正極;B項,若反應(yīng)中有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗的O2體積為2.24 L;D項,電解質(zhì)溶液呈酸性,正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4H+4e-2H2O。答案:C8.Mg-AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池,電池反應(yīng)方程式為2AgCl+MgMg2+2Ag+2Cl-。有關(guān)該電池的說法正確的是()A.Mg為電池的正極B.負極反應(yīng)為AgCl+e-Ag+Cl-C.不能被KCl溶液激活D.可用于海上應(yīng)急照明供電解析:由電池總反應(yīng)知Mg為負極,電極反應(yīng)為Mg-2e-Mg2+,正極反應(yīng)為AgCl+e-Ag+Cl-。海水中含大量電解質(zhì),所以可以被KCl溶液激活。可用于海上應(yīng)急照明供電。答案:D9.鎘鎳可充電電池在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用,它的充、放電反應(yīng)如下:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2請回答下列問題:(1)上述反應(yīng)式中左邊物質(zhì)的總能量(填“大于”“小于”或“等于”)右邊物質(zhì)的總能量。(2)放電時負極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是,正極的電極反應(yīng)式為。(3)鎘鎳廢舊電池必須進行回收并集中處理,最主要的原因是。解析:(1)原電池放電時對外釋放能量,故反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量。(2)分析元素化合價的變化,推知該電池放電時Cd失電子,作電池的負極,NiOOH得到電子,作正極,正極電極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-。(3)鎘鎳廢舊電池中殘留Cd2+、Ni2+等重金屬離子易對土壤和水源造成污染。答案:(1)大于(2)CdNiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-(3)防止廢舊電池中殘留的鎳、鎘離子污染土壤和水源10.(1)Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛,其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。該電池的負極材料是。電池工作時,電子流向(填“正極”或“負極”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,會加速某電極的腐蝕,其主要原因是。(2)如圖為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖,該電池的工作溫度為320 左右,電池反應(yīng)為2Na+xSNa2Sx,正極的電極反應(yīng)式為。M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個作用是。與鉛蓄電池相比,當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負極活性物質(zhì)時,鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的倍。解析:(1)負極是失電子的一極,Zn所失電子由負極經(jīng)外電路流向正極。鋅與還原出來的銅構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕。(2)正極上是S得到電子發(fā)生還原反應(yīng):xS+2e-;要形成閉合回路,M必須是能使離子在其中定向移動的,故M的兩個作用是導(dǎo)電和隔膜;假設(shè)消耗的質(zhì)量都是207 g,則鉛蓄電池能提供的電子為2 mol,而鈉硫電池提供的電子為 mol,故鈉硫電池的放電量是鉛蓄電池的4.5倍。答案:(1)Zn(或鋅)正極鋅與還原出來的銅構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕(2)xS+2e-離子導(dǎo)電(導(dǎo)電或電解質(zhì))和隔離鈉與硫4.5B組1.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是()A.該電池能夠在高溫下工作B.電池的負極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放電過程中,H+從正極區(qū)向負極區(qū)遷移 D.在電池反應(yīng)中,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 L解析:微生物主要成分是蛋白質(zhì),高溫條件下蛋白質(zhì)變性,失去活性,A不正確。通入燃料C6H12O6的極為負極,負極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+(能放出CO2,應(yīng)該是酸性,所以右邊寫H+。不能在左邊加OH-、右邊寫H2O),B項正確。正極反應(yīng)為6O2+24H+24e-12H2O,從兩極反應(yīng)可知:負極生成H+,正極消耗H+,即通過質(zhì)子交換膜從負極到正極傳導(dǎo)H+,選項C不正確。從總反應(yīng)C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L,D項錯誤。答案:B2.如圖是某公司批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的構(gòu)造示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子,電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達另一極與氧氣反應(yīng)。該電池總反應(yīng)式為2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有關(guān)該電池的說法錯誤的是()A.右邊的電極為電池的負極,b處通入的是空氣B.左邊的電極為電池的負極,a處通入的是甲醇C.電池負極的反應(yīng)式為2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+D.電池正極的反應(yīng)式為3O2+12H+12e-6H2O解析:在電解質(zhì)溶液中,陽離子從負極移向正極。從質(zhì)子通過的方向可知,a處通入的為甲醇,為原電池的負極;b處通入的為空氣,為原電池的正極。答案:A3.可用于電動汽車的鋁空氣燃料電池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液,鋁合金為負極,通入空氣的電極為正極。下列說法正確的是()A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時,正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-4OH-B.以NaOH溶液為電解液時,負極反應(yīng)為:Al+3OH-3e-Al(OH)3C.以NaOH溶液為電解液時,電池在工作過程中電解液的pH保持不變D.電池工作時,電子通過外電路從正極流向負極解析:正極O2得電子,溶液顯堿性或中性時,正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-4OH-,A正確。鋁作負極,鋁失電子,中性溶液(NaCl)中的負極反應(yīng)為Al-3e-Al3+,堿性溶液(NaOH)中的負極反應(yīng)為Al+4OH-3e-Al+2H2O,B不正確。在堿性時,總的電池反應(yīng)式為4Al+3O2+4OH-4Al+2H2O,溶液pH降低,C項錯。電池工作時,電子從負極流向正極,D項錯。答案:A4.Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳,電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2。請回答下列問題:(1)電池的負極材料為,發(fā)生的電極反應(yīng)為。(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為。(3)SOCl2易揮發(fā),實驗室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,實驗現(xiàn)象是,反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行,原因是。解析:(1)分析反應(yīng)的化合價變化,可得Li為還原劑(作負極),失電子:Li-e-Li+。(2)SOCl2為氧化劑,得電子,從題給電池反應(yīng)可推出產(chǎn)物:Cl-、S、SO2(或用總反應(yīng)減去負極反應(yīng))。(3)題中已給出信息:堿液吸收時的產(chǎn)物是Na2SO3和NaCl,則沒有堿液吸收時的產(chǎn)物應(yīng)為SO2和HCl,進而推出現(xiàn)象。答案:(1)LiLi-e-Li+(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2(3)出現(xiàn)白霧,有刺激性氣味氣體生成SOCl2+H2OSO2+2HCl(4)構(gòu)成電池的主要成分Li能與氧氣、水反應(yīng),SOCl2也與水反應(yīng)5.氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍了一層細小的鉑粉,鉑吸附氣體的能力強,性質(zhì)穩(wěn)定。請回答:(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是,在導(dǎo)線中電子流動方向為(用a、b表示)。(2)負極反應(yīng)式為。(3)電極表面鍍鉑粉的原因為。(4)該電池工作時,H2和O2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此,大量安全儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料,吸氫和放氫原理如下:.2Li+H22LiH.LiH+H2OLiOH+H2反應(yīng)中的還原劑是,反應(yīng)中的氧化劑是。已知LiH固體密度為0.82 gcm-3,用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2,生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為。由生成的LiH與H2O作用,放出的H2用作電池燃料,若能量轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為mol。解析:(1)原電池的實質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置;在原電池中,電子從負極經(jīng)導(dǎo)線流向正極,而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負極,故電子由a流向b。(2)H2在負極上失電子,因為電解質(zhì)溶液是KOH溶液,故負極反應(yīng)式為2H2+4OH-4e-4H2O。(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),從而增大電極反應(yīng)速率。(4)LiH中Li為+1價,H為-1價,故反應(yīng)中Li是還原劑,反應(yīng)中H2O是氧化劑。由反應(yīng)可知吸收10 mol H2時,生成20 mol LiH,則生成的LiH的體積是V(LiH)=10-3 Lcm-3=0.195 L,則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積之比為=8.7110-4。由20 mol LiH與H2O反應(yīng)可生成20 mol H2,實際參與反應(yīng)的H2為20 mol80%=16 mol,則通過的電子的物質(zhì)的量為16 mol2=32 mol。答案:(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苡蒩到b(2)2H2+4OH-4e-4H2O(或H2+2OH-2e-2H2O)(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),加快電極反應(yīng)速率(4)LiH2O8.7110-432