人教版高中化学选修4练习：第四章第二节化学电源含答案 10页

第四章 电化学基础 第二节 化学电源 ‎1．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　 )‎ A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 解析：锌锰电池中，锌在负极放电，MnO2在正极放电，A项错误；氢燃料电池中，氢气在负极放电，氧气在正极放电，B项正确；铅蓄电池中，Pb在负极放电，PbO2在正极放电，C项错误；镍镉电池中，镉(Cd)在负极放电，NiOOH在正极放电，D项错误。‎ 答案：B ‎2．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O; NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是(　　 )‎ A．H2O的还原 B．NiOOH的还原 C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化 解析：放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。‎ 答案：D ‎3．废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是(　　 )‎ A．为了利用电池外壳的金属材料 B．防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中的石墨电极 解析：废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。‎ 答案：B ‎4．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。放电时两个电极反应分别为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正确的是(　　 )‎ A．锌是负极，氧化银是正极 B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应 C．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变 解析：由电极反应式可知Zn作负极，Ag2O作正极，A正确；锌发生氧化反应，Ag2O发生还原反应，B错误；溶液中的OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，C错误；电池的总反应为：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，电解质溶液为KOH溶液，因电池放电过程中不断消耗水，使溶液中c(OH)－增大，D错误。‎ 答案：A ‎5．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是(　　 )‎ A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小 C．SO只向PbO2处移动 D．电解质溶液的pH不断增大 解析：由题给电极反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH－)移向Pb极，所以C不正确。‎ 答案：D ‎6．(1)根据氧化还原反应2H2＋O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是________，正极通的气体应是________。‎ ‎(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：‎ 电解质溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 负极反应式 正极反应式 溶液的pH变化 ‎(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质，则正极反应式为________________________________。‎ 解析：(1)氢、氧燃料电池中通可燃性气体(H2)的一极为负极，通O2的一极为正极。‎ ‎(2)若以H2SO4溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。反应过程中生成水，溶液中c(H＋)减小，pH增大。若以KOH溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。反应过程中生成水，溶液中c(OH－)减小，pH减小。‎ ‎(3)若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质溶液时其正极反应式不变。‎ 答案：(1)H2　O2　　 (2)见下表　　 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ 电解质溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 负极反应式 ‎2H2－4e－===4H＋‎ ‎2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O　‎ O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－　‎ 溶液的pH变化 变大 变小 ‎ (时间：40分钟　满分：100分)‎ 一、选择题(本题包括6个小题，每小题8分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)‎ ‎1．电池在生产、生活中应用越来越广泛。下列说法错误的是(　　 )‎ A．化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电 B．铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位重量的电极材料释放的电能大 C．燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点 D．锂电池是一种高能电池，体积小、重量轻，比能量高 解析：A项，化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电反复使用，正确；B项，铅蓄电池应用广泛，主要优点是制作方便，但质量重，单位质量的电极材料释放的电能小，错误；C项，任何可燃性燃料，只要把燃料失去电子的氧化反应和助燃剂的还原反应分开进行，都可以设计成燃料电池，‎ 燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染小等优点，正日益成为备受人们喜爱的电池，正确；D项，锂的原子量为7，每产生1 mol电子，消耗金属的质量只有‎7 g，所以相同质量时提供的能量要比其他电池高得多。因此锂电池是一种高能电池，具有体积小、重量轻，比能量高的优点，正确。‎ 答案：B ‎2．锂电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应为：Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　 )‎ A．锂是正极，电极反应为：Li－e－===Li＋‎ B．锂是负极，电极反应为：Li－e－===Li＋‎ C．锂是负极，电极反应为：MnO2＋e－===MnO D．锂是负极，电极反应为：Li－2e－===Li2＋‎ 解析：在原电池中负极失去电子，被氧化，因此锂作为负极；锂位于ⅠA族，只能生成Li＋。‎ 答案：B ‎3．某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是(　　 )‎ A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变 C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O D．消耗‎2.24 L H2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移 解析：在氢氧燃料电池中，H2在负极上反应：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；O2在正极上反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，其总反应式为：2H2＋O2===2H2O。工作一段时间后，‎ 电解液中KOH的物质的量不变，但其浓度减小。消耗0.1 mol H2时，转移电子的物质的量为0.2 mol，D项错误。‎ 答案：D ‎4．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2＋2NiOOH 2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(　　 )‎ A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B．电池放电时，镍元素被氧化 C．电池充电时，氢元素被氧化 D．电池放电时，H2在负极放电 解析：根据电池反应可首先看出放电时，H2在负极被氧化，NiOOH在正极被还原，而充电时则是氢元素被还原，镍元素被氧化。‎ 答案： D ‎5．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在‎200 ℃‎左右时供电，电池总反应式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是(　　 )‎ A．电池工作时，质子向电池的负极迁移 B．电池工作时，电流由b极沿导线流向a极 C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋‎ D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ 解析：通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。‎ 答案：B ‎6．一种新型熔融盐燃料电池具有很高的发电效率。现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为2CO＋O2===2CO2。则下列说法中正确的是(　　 )‎ A．通CO的一极是电池的正极 B．负极发生的电极反应是O2＋2CO2＋4e－===2CO C．负极发生的电极反应是CO＋CO－2e－===2CO2‎ D．正极发生氧化反应 解析：由电池反应2CO＋O2===2CO2可知，通CO的一极为电池负极，通O2的一极为电池正极，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，负极的电极反应为2CO＋2CO－4e－===4CO2，正极的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 答案：C 二、非选择题(本题包括3个小题，共52分)‎ ‎7．(16分)镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应如下：‎ Cd＋2NiOOH＋2H2O Cd(OH)2＋2Ni(OH)2‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)上述反应式中左边物质的总能量________ (填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。‎ ‎(2)放电时负极发生反应的物质是________，放电时正极的反应式为___________________。‎ ‎(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是_______________________________________________________。‎ 解析：(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物总能量大于生成物总能量。‎ ‎(2)根据总反应式可知放电时：负极(Cd)反应式：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，正极(NiOOH)反应式：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。‎ ‎(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子对环境造成污染。‎ 答案：(1)大于　 (2)Cd　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－　(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染 ‎8．(18分)锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成 LiMnO2。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)外电路的电流方向是由________极流向________极(填字母)。‎ ‎(2)电池正极反应式为_________________________________。‎ ‎(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？____(填“是”或“否”)，原因是_______________________________________。‎ 解析：(1)外电路的电流方向是由正极b流向负极a。‎ ‎(2)在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。(3)由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。‎ 答案：(1)b　a　(2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2‎ ‎(3)否　电极Li是活泼金属，能与水反应 ‎9．(18分) 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：‎ ‎(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_______________。‎ ‎(2)此电池的正极发生的电极反应式：__________________，负极发生的电极反应式：________________________________。‎ ‎(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。‎ ‎(4)使用该燃料电池的另一个好处是________________。‎ 解析：(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。‎ ‎(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式。‎ ‎(3)H＋移向正极，在正极生成水。‎ ‎(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。‎ 答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O　 ‎ ‎(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　 2CH3OH＋2H2O－12e－‎ ‎===2CO2＋12H＋‎ ‎(3)正　负极　 (4)对环境无污染