2019-2020学年高中化学课时作业21化学电源含解析 人教版选修4 11页

课时作业21　化学电源 10‎ 基础训练 ‎1．(2019年辽宁省期末)下列有关电池的说法不正确的是(　　)‎ A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．锌锰干电池中，锌电极是负极 C．氢氧燃料电池可把化学能转化为电能 D．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 解析：手机上用的锂离子电池既能放电又能充电，故其属于二次电池，A正确；锌锰干电池中，碳棒是正极、锌电极是负极，B正确；氢氧燃料电池可把化学能转化为电能，C正确； 铜锌原电池工作时，电子沿外电路从锌电极流向铜电极，D不正确。‎ 答案：D ‎2．(2019年辽宁省大连市高二期末)关于下列装置的说法，正确的是(　　)‎ A．装置①中，盐桥中的K＋移向CuSO4溶液 B．装置①中，Zn为负极，发生还原反应 ‎ C．装置②中的Fe发生析氢腐蚀 D．装置②中电子由Fe流向石墨，然后再经溶液流向Fe 解析：装置①为原电池，锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，即向正极移动，故A正确；装置①中，Zn为负极，发生氧化反应，故B错误；装置②电解质为氯化钠，溶液呈中性，铁发生吸氧腐蚀，故C错误；电子只能经过外电路，不能经过溶液，故D错误。‎ 答案：A 10‎ ‎3. (2019年河南省二模)铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，N为负极，其电极反应式为PbO2＋SO42－＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加 C．充电时，阳极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO42－‎ D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2‎ 解析：放电时，是原电池，N作正极，A不正确；放电时，正、负极均消耗硫酸，c(H2SO4)减小，B不正确；充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋SO42－＋4H＋，C不正确；充电时，若N连电源正极，则该极为阳极，电极反应产物为PbO2，D正确。‎ 答案：D ‎4．目前科学家已开发出一种新型燃料电池——固体氧化物电池，该电池用辛烷(C8H18)作燃料，电池中间部分的固体氧化物陶瓷可传递氧离子，下列说法正确的是(　　)‎ A．电池工作时，氧气发生氧化反应 B．电池负极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．电池负极的电极反应：C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O D．若消耗的O2为11.2 L(标准状况)，则电池中有1 mol电子发生转移 解析：该电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，A项错误；负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－===8CO2↑＋9H2O，B项错误，C项正确；标准状况下11.2 L氧气的物质的量为0.5 mol，根据O2＋4e－===2O2－，当消耗0.5 mol氧气转移电子的物质的量为氧气的4倍，所以转移电子的物质的量为2 mol，D项错误。‎ 答案：C ‎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(　　)‎ 10‎ 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，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．熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600～700℃)，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．电池工作时，熔融碳酸盐只起到导电的作用 B．负极反应式为H2－2e－＋CO32－===CO2＋H2O C．该电池可利用工厂中排出的CO2，减少温室气体的排放 D．电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗3.2 g O2‎ 10‎ 解析：根据图示，在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中，通入氢气的电极为负极，负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO32－===CO2＋H2O，通入氧气的电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO32－，总反应为：2H2＋O2===2H2O。A. 根据上述分析，电池工作时，熔融碳酸盐参与了电极反应，故A错误；B. 负极发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋CO32－===CO2＋H2O，故B正确；C.根据总反应，该电池工作时没有消耗二氧化碳，不能减少温室气体的排放，故C错误；D.电池工作时，外电路中流过0.2 mol电子，消耗0.05 mol氧气，质量为1.6 g O2，故D错误。‎ 答案：B ‎7．(2019年四川省广安市期末)金属(M)－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．金属M作电池负极 B．M2＋移向金属(M)电极 C．正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ D．电池反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2‎ 解析：M失去电子作负极，A正确；原电池中阳离子向正极移动，则M2＋移向正极，金属(M)电极是负极，B错误；正极上氧气得到电子，则正极的电极反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正确；M失去电子、氧气得到电子，则电池反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，D正确。‎ 答案：B ‎8．(2019年四川省遂宁市期末)某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是(　　)‎ 10‎ A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－‎ B．负极反应为Ag－e－===Ag＋‎ C．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 解析：A.该原电池正极的电极反应式是Cl2＋2e－===2Cl－，故A错误；根据电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl 知负极电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故B 错误；Ag＋在左侧，所以在左侧生成白色沉淀，故C错误；参加电极反应的是Cl2和Ag，左侧溶液发生的电极反应式是：Ag－e－＋Cl－===AgCl，当电路中转移0.01 mol电子时，Cl－减少0.01 mol，同时有0.01 mol的H＋移向右侧，故离子共减少0.02 mol，故D正确。‎ 答案：D ‎9．(1)美国“阿波罗”宇宙飞船中使用的氢氧燃料电池，其构造如图所示：‎ KOH作电解质，其反应为：2H2＋O2===2H2O，‎ 则负极通入的是________，电极反应式为：____________________________；‎ 正极通入的是________，电极反应式为：____________________________。‎ ‎(2)如果KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式为：负极________，正极________。‎ ‎(3)如把H2改为CH4，KOH作电解质，则电极反应式为：负极________，正极________。‎ 10‎ 解析：根据原电池的原理，负极发生氧化反应，电子流出；正极发生还原反应，电子流入；燃料电池的燃料为负极，氧化剂为正极。‎ ‎(1)KOH作电解质，则负极通入的是H2，因为电解质溶液显碱性，所以氢气失去电子变成H＋后将与OH－结合生成水，电极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。正极通入的是O2，氧气得到电子变成O2－后将与H2O结合生成OH－，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(2)稀H2SO4作电解质时，溶液显酸性，所以氧气得到电子变成O2－后将与H＋结合生成水，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为2H2－4e－===4H＋。‎ ‎(3)把H2改为CH4，KOH作电解质，则负极通入的是CH4，因为电解质溶液显碱性，所以甲烷失去电子后将与OH－反应生成水和CO32－，利用反应前后电荷守恒，配平负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O。‎ 答案：(1)H2　2H2＋4OH－－4e－===4H2O　‎ O2　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(2)2H2－4e－===4H＋‎ O2＋4H＋＋4e－===2H2O ‎(3)CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O ‎2O2＋4H2O＋8e－===8OH－‎ 提高训练 ‎10．(2019年云南省红河州高三检测)某电池以Na2FeO4和Zn为电极材料，NaOH溶液为电解质溶液，下列说法正确的是(　　)‎ A．该电池放电过程中电解质溶液浓度减小 B．正极反应式为2FeO42－＋10H＋＋6e－===Fe2O3＋5H2O C．电池工作时OH－向负极迁移 D．Zn为电池的正极 解析：该电池总方程式为3Zn＋2Na2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4NaOH，生成NaOH，则该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，故A错误；因电解质溶液为NaOH，呈碱性，则正极电极方程式为2FeO42－＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，故B错误；原电池在工作时阴离子OH－向负极迁移，故C正确；根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，则为负极材料，故D错误。‎ 答案：C ‎11．查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，‎ 10‎ 理论上乙醇可以被完全氧化为CO2，但实际乙醇被氧化为X，其中一个电极的反应式为CH3CH2OH－2e－===X＋2H＋。下列说法中正确的是(　　)‎ A．电池内部H＋由正极向负极移动 B．另一极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ C．乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极 D．电池总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O 解析：根据原电池工作原理、反应规律及质量守恒等，可以确定乙醇作原电池的负极，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，物质X的分子式为C2H4O，是乙醇被氧化的产物，为CH3CHO，则电池的总反应式为2CH3CH2OH＋O2===2CH3CHO＋2H2O；工作过程中负极产生H＋，正极消耗H＋，所以，H＋应由负极向正极移动；外电路中的电子应由负极流出，正极流入。‎ 答案：D ‎12．(2019年辽宁省沈阳市实验中学期中)图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是新型氢氧燃料电池，则下列说法中不正确的是(　　)‎ A．图2电池放电过程中，O2－从B极区向A极区迁移 B．图2电池负极区的电极反应为H2－2e－＋O2－===H2O C．若用氯化钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则铅笔芯C点先变红后褪色 D．图1的铅笔为正极 解析：图2是氢氧燃料电池，燃料电池放电过程中，通燃料气体的A极是负极，通氧气的B极是正极，O2－从正极区(B)向负极区(A)迁移，故A正确；图2是氢氧燃料电池，燃料电池放电规律是：通燃料气体的A极为负极，燃料在该极失电子，通氧气的B极是正极，氧气在该极得电子，所以负极区的电极反应为H2－2e－＋O2－===H2O，故B正确；若用氯化钠和酚酞的混合溶液浸湿滤纸，用导线将a、b直接相连，则锌电极为负极，锌失电子，‎ 10‎ 铅笔芯为正极，水电离的氢离子得电子，在该极生成大量的氢氧化钠，能使酚酞变红色，故C错误；用导线将a、b直接相连，则锌电极为负极，锌失电子，铅笔芯为正极，氧气得电子，故D正确。‎ 答案：C ‎13. (2019年河南省联考)一种碱性“二甲醚(CH3OCH3)燃料电池”具有启动快、能量密度高、效率高等优点，其电池总反应为：CH3OCH3＋3O2＋4OH－===2CO32－＋5H2O，下列说法不正确的是(　　)‎ A．电池正极可用多孔碳材料制成 B．电池负极发生的反应为：CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO32－＋12H＋‎ C．理论上，1 mol二甲醚放电量是1 mol甲醇放电量的2倍 D．电池工作时，OH－向电池负极迁移 解析：多孔碳是碳单质，是一种具有不同孔结构的碳素材料，可用作氢氧燃料电池的电极材料，选项A正确；根据电池总反应式可知电解质溶液呈碱性，负极电极反应为CH3OCH3－12e－＋12OH－===2CO32－＋6H2O，选项B不正确；每1 mol的二甲醚(CH3OCH3)燃烧会转移电子的物质的量为12mol；1mol的甲醇反应会转移电子6 mol，故做为燃料电池理论上，1 mol二甲醚放电量是1 mol甲醇放电量的2倍，选项C正确；电池工作时，阴离子向电池的负极迁移，即OH－向电池负极迁移，选项D正确。‎ 答案：B ‎14．Ⅰ.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，电解液是LiAlCl4—SOCl2，电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。‎ ‎(1)电池正极发生的电极反应为__________________________。‎ ‎(2)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___________________。‎ Ⅱ.熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。‎ ‎(3)该燃料电池负极电极反应式为_______________________。‎ ‎(4)该燃料电池正极电极反应式为________________________。‎ 解析：(1)原电池的负极发生氧化反应，电极反应式为4Li－4e－＋4Cl－===4LiCl，则正极的电极反应式用总反应方程式减去负极反应得2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。(2)用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成，说明反应过程中S元素的化合价仍是＋4价，‎ 10‎ 未发生氧化还原反应，所以SOCl2与水反应的产物是二氧化硫与氯化氢，氯化氢与水结合形成白雾，则实验现象是出现白雾，有刺激性气味气体生成；化学方程式为SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。(3)燃料电池的负极发生氧化反应，所以丁烷在负极发生氧化反应，失去电子，因为熔融的K2CO3为电解质，所以生成二氧化碳和水，电极反应式为C4H10＋13CO32－－26e－===17CO2＋5H2O。(4)正极是氧气发生还原反应，并与二氧化碳结合生成碳酸根离子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO32－。‎ 答案：(1)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2‎ ‎(2)出现白雾，有刺激性气体生成　‎ SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑‎ ‎(3)C4H10＋13CO32－－26e－===17CO2＋5H2O ‎(4)O2＋2CO2＋4e－===2CO32－‎ ‎15．航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能，我国发射的“神舟”五号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的，该电池以KOH溶液为电解质，其总反应的化学方程式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。‎ ‎(1)负极上的电极反应为______________________。‎ ‎(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时，有________mol电子发生转移。‎ ‎(3)开始放电时，正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ 解析：(1)根据总的化学方程式知CH4～CO32－，C元素的化合价由－4→＋4，则有CH4－8e－→CO32－，根据电荷守恒，左边应配10个OH－，最后根据质量守恒得：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O；(2)正极反应为：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，5.6 L O2的物质的量为0.25 mol，故得电子的物质的量为0.25 mol×4＝1 mol；(3)由于正极生成OH－，故其附近的pH增大。‎ 答案：(1)CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O ‎(2)1　(3)增大 探究创新 ‎16．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＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2‎ 请回答下列问题：‎ 10‎ ‎(1)以下说法正确的是(　　)‎ ‎①以上反应是可逆反应　②以上反应是不可逆反应 ‎③放电时镍元素化合价升高　④放电时化学能转变为电能 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)放电时负极发生反应的物质是________，正极的电极反应式为____________________________。‎ ‎(4)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)放电和充电是不同条件，该反应为不可逆反应；放电时，镍元素化合价降低；放电时化学能转化为电能，故B项正确。‎ ‎(2)原电池放电时对外释放能量，故反应物的总能量大于生成物的总能量。‎ ‎(3)分析元素化合价的变化，可知该电池放电时Cd失电子，作电池负极，NiOOH得到电子，作正极，电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。‎ ‎(4)镉镍废旧电池中残留Cd2＋、Ni2＋等重金属离子，易对土壤和水源造成污染。‎ 答案：(1)B　(2)大于 ‎(3)Cd　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ ‎(4)防止废旧电池中残留的镍、镉离子污染土壤和水源 10‎ 11‎