2019年高中化学第四章第二节化学电源练习（含解析）新人教版选修4.docx

第二节化学电源选题表知识点基础过关能力提升一次电池2,4,6,7二次电池8,911,12燃料电池1,5,10综合应用313,14基础过关(20分钟)1.有四种燃料电池:A.固体氧化物燃料电池;B.碱性氢氧化物燃料电池;C.质子交换膜燃料电池;D.熔融盐燃料电池,下面是工作原理示意图。其中正极反应生成水的是(C)解析:A项,正极反应生成O2-;B项,正极反应生成OH-;C项,正极反应生成H2O;D项,正极反应生成C。2.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)Zn(OH)2(s)+2MnO(OH)(s),下列说法错误的是(C)A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-2MnO(OH)(s)+2OH-(aq)C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少 6.5 g解析:由所给的电池总反应式可知,电池工作时,每有1 mol Zn 参加反应,则会有2 mol电子从负极Zn经外电路流向正极,并在正极发生反应:2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-2MnO(OH)(s)+2OH-(aq)。外电路每通过0.2 mol电子,Zn的质量理论上减少6.5 g。3.下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是(D)A.电池中锌是正极B.电池是一次电池C.电池工作时,氢气发生还原反应D.电池工作时,电子由锌通过导线流向碳棒解析:电池中锌是负极,铜是正极,A错误;电池为铅蓄电池,属于二次电池,B错误;电池为氢氧燃料电池,H2在负极失去电子发生氧化反应,C错误;电池为锌锰干电池,锌为负极,碳棒为正极,电子由负极通过导线流向正极,D正确。4.金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M+nO2+2nH2O4M(OH)n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(C)A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)nD.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜解析:采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积,且有利于氧气扩散至电极表面,A项正确;根据“已知”信息知铝的理论比能量比Mg、Zn的高,B项正确;M空气电池放电过程中,正极为氧气得到电子生成OH-,C项错误;为了避免正极生成的OH-移至负极形成Mg(OH)2沉淀,应采用中性电解质及阳离子交换膜,D项正确。5.甲醇空气燃料电池(DMFC)是一种高效、轻污染的车载电池,其工作原理如图。下列有关叙述正确的是(B)A.该装置能将电能转化为化学能B.电流由乙电极经导线流向甲电极C.负极的电极反应式为CH3OH+6OH-6e-CO2+5H2OD.b口通入空气,c口通入甲醇解析:甲醇空气燃料电池是将化学能转化为电能,故A错误;由图知,H+移向乙电极,即乙电极为正极,则甲电极为负极,电流由正极乙电极经导线流向负极甲电极,故B正确;负极甲醇失电子被氧化,电极方程式为CH3OH(l)+H2O(l)-6e-CO2(g)+6H+,故C错误;图中b、c分别通入的是甲醇、O2,故D错误。6.日常所用锌锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒,以糊状NH4Cl作电解质,电极反应为Zn-2e-Zn2+,2MnO2+2N+2e-Mn2O3+2NH3+H2O。下列有关锌锰干电池的叙述中,正确的是(C)A.干电池中锌筒为正极,石墨棒为负极B.干电池工作时,电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒C.干电池长时间连续工作后,糊状物可能流出,腐蚀用电器D.干电池可实现化学能与电能的相互转化解析:干电池中较活泼的金属锌作负极,不活泼的导电的非金属石墨棒作正极,A错误;干电池工作时,电流由正极石墨经外电路流向负极锌,B错误;NH4Cl是强酸弱碱盐,水解呈酸性,所以干电池长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀电器,C正确;干电池是一次电池,不能实现化学能与电能的相互转化,D错误。7.我国科学家曾报道了如图所示的锂离子电池体系。下列叙述错误的是(C)A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移解析:锂离子电池中,b电极为Li,放电时,Li失电子为负极,LiMn2O4得电子为正极,所以a为电池的正极,A正确;充电时,Li+在阴极得电子,LiMn2O4在阳极失电子,电池充电反应为LiMn2O4Li1-xMn2O4+xLi,B正确;放电时,a为正极,正极上Li1-xMn2O4中锰元素得电子,所以锂的化合价不变,C错误;放电时,溶液中阳离子向正极移动,即溶液中Li+从b向a迁移,D正确。8.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:Pb+S-2e-PbSO4正极:PbO2+4H+S+2e-PbSO4+2H2O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(B)A.0.025 molB.0.05 molC.0.1 molD.0.2 mol解析:从电极反应式看出,每有2 mol电子转移,参与反应的H2SO4在正、负极上各消耗1 mol,共2 mol H2SO4。9.(2018黑龙江哈尔滨六中月考)光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl)Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面,接着Cl(AgCl)+e-Cl-(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是(B)A.光照时,电流由X流向YB.光照时,Pt电极发生的反应为2Cl-+2e-Cl2C.光照时,Cl-向Pt电极移动D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)解析:光照时,银作正极,铂作负极。负极上亚铜离子失电子发生氧化反应,电极反应式为Cu+(aq)-e-Cu2+(aq),B项错误;正极上氯原子得电子发生还原反应,电池反应式为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)。10.燃料电池是利用燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气反应,将反应产生的化学能转变为电能的装置,通常用氢氧化钾溶液作为电解质溶液。(1)完成下列关于甲烷(CH4)燃料电池的填空:甲烷与氧气反应的化学方程式为 。已知燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,电池中有一极的电极反应为CH4+10OH-8e-C+7H2O,这个电极是燃料电池的(填“正极”或“负极”),另一个电极上的电极反应式为 。随着电池不断放电,电解质溶液的碱性 (填“增大”“减小”或“不变”)。通常情况下,甲烷燃料电池的能量利用率(填“大于”“小于”或“等于”)甲烷燃烧的能量利用率。(2)据报道,摩托罗拉(MOTOROLA)公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池,电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍,可连续使用1个 月充电一次。假定放电过程中,甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成C。该电池反应的总离子方程式为 。甲醇在(填“正”或“负”)极发生反应,电池在放电过程中溶液的pH将(填“降低”“上升”或“不变”)。解析:(1)该燃料电池中,甲烷和氧气反应生成二氧化碳和水,反应方程式为CH4+2O2CO2+2H2O;CH4+10OH-8e-C+7H2O中C元素化合价由-4变为+4,所以甲烷失电子发生氧化反应,其所在电极为负极,正极上氧气得电子和水反应生成OH-,电极反应式为2O2+4H2O+8e-8OH-;该燃料电池总反应式为CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,OH-参加反应,所以反应过程中OH-浓度减小,溶液的pH减小;燃料电池中大部分化学能转化为电能,燃料燃烧时,很多化学能转化为热能、光能等,所以燃料燃烧能量利用率较低。(2)甲醇燃料碱性电池中,甲醇和碱反应生成C和H2O,离子反应方程式为2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O;负极上甲醇失电子发生氧化反应,根据电池反应式知,OH-参加反应导致溶液中OH-浓度降低,所以溶液的pH降低。答案:(1)CH4+2O2CO2+2H2O负极2O2+4H2O+8e-8OH-减小大于(2)2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O负降低能力提升(15分钟)11.(2017全国卷)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+xS88Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是(D)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0.02 mol电子,负极材料减重0.14 gC.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:A.电池工作时,正极反应为xS8+16e-+16Li+8Li2Sx,可发生2Li2S6+2Li+2e-3Li2S4的还原反应,正确;B.外电路流过0.02 mol电子,则负极耗Li:0.02 mol7 g/mol=0.14 g,正确;C.石墨烯具有良好的导电性,而S8没有,故石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性,正确;D.电池充电时,a接电源的正极,发生氧化反应,故电池中Li2S2的量会越少,错误。12.(2018全国卷)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(D)A.放电时,Cl向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为3CO2+4e-2C+CD.充电时,正极反应为Na+e-Na解析:根据电池的总反应知,放电时负极反应:4Na-4e-4Na+,正极反应:3CO2+4e-2C+C;充电时,阴(负)极:4Na+4e-4Na;阳(正)极: 2C+C-4e-3CO2,放电时,Cl向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知,充电时释放CO2,放电时吸收CO2。13.科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。(1)图A为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320 左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为 。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是。与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的倍。(2)熔融状态下,钠的单质和FeCl2能组成可充电电池(装置示意图如图B)反应原理为2Na+FeCl2Fe+2NaCl。放电时,电池的正极反应式为 ;充电时,(写物质名称)电极接电源的负极,该电池的电解质为。解析:(1)正极上硫得电子被还原:xS+2e-;M的两个作用:作固体电解质和隔膜(隔离钠与硫);钠硫电池和铅蓄电池的负极分别为Na和Pb,则消耗等质量的Na和Pb时钠硫电池的放电量(转移电子数)是铅蓄电池的=4.5倍。(2)原电池放电时,正极上发生还原反应,Fe2+得到电子被还原为Fe,充电时,接电源负极的是阴极,发生还原反应析出钠。由图B知,该电池的电解质为熔融Na电极和熔融FeCl2电极中间的Al2O3固体。答案:(1)xS+2e-(或2Na+xS+2e-Na2Sx)离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫4.5(2)Fe2+2e-Fe钠-Al2O3固体14.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)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是,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是 。(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。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:.2Li+H22LiH.LiH+H2OLiOH+H2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 gc,用锂吸收224 L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为。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。解析:(1)原电池的实质为化学能转化成电能,总反应为2H2+O22H2O,其中H2在负极失电子,即电子从a流向b。(2)负极为H2失电子生成H+,但电解质溶液为KOH溶液,故负极反应为H2-2e-+2OH-2H2O。(3)铂粉的接触面积大,可以增大电极单位面积吸附H2、O2分子数,可以加快反应速率。(4)反应中Li从0价升