人教版选修4 第4章第2节 化学电源 作业 (6).doc

第2节 化学电源(45分钟100分)一、选择题(本题包括9小题,每小题6分,共54分)1.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是()a.锌外壳是负极,石墨棒是正极材料b.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳c.电流从锌流到石墨棒上d.在电池内部阳离子从石墨棒向锌片移动【解析】选a。在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨棒是正极,在外电路中电子从锌外壳流向石墨棒,电流的方向与电子的流向相反,电池内部,阳离子向正极石墨棒移动,故a正确,b、c、d错误。【补偿训练】(2016平顶山高二检测)普通锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为zn(s)+2mno2+2nh4+zn2+mn2o3(s)+2nh3+h2o,在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()a.znb.碳c.mno2和nh4+d.zn2+和nh3【解析】选c。根据方程式可知:zn为原电池的负极,碳棒为原电池的正极,负极失电子变成zn2+,失去的电子被mno2和nh4+得到,生成了mn2o3和nh3。所以在正极上nh4+和mno2为反应物。2.(2016潍坊高二检测)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+3o22co2+3h2o,电池示意图如图,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】选b。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,选项a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,选项b正确;a极上乙醇应该失电子被氧化,所以选项c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-,选项d不正确。3.(2016郑州高二检测)甲醇燃料电池具有容易携带、容易存储等优点,目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源。如图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型,下列有关说法正确的是()a.y极为电池的负极b.x极的电极反应式:ch3oh+h2o-6e-co2+6h+c.若常温下用该电池电解100 ml kcl溶液至ph=12时,向质子交换膜迁移的a为0.01 mold.空气以20%为氧气计算,x极每消耗1 mol甲醇,y极必消耗168 l空气中的氧气【解析】选b。根据x极、y极所通入的物质,可以判断,x极为负极,y极为正极,其电极反应式为x极(负极):ch3oh+h2o-6e-co2+6h+;y极(正极):32o2+6e-+6h+ 3h2o。c项,2kcl+2h2o2koh+h2+cl2,n(oh-)=0.01 moll-10.1 l=10-3mol,所以向质子交换膜迁移的a(h+)应为0.001 mol;d项,没有给出氧气所处的条件,不能求出氧气的体积。4.(2016全国卷)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为koh溶液,反应为2zn+o2+4oh-+2h2o2zn(oh)42-。下列说法正确的是()a.充电时,电解质溶液中k+向阳极移动b.充电时,电解质溶液中c(oh-)逐渐减小c.放电时,负极反应为zn+4oh-2e-zn(oh)42-d.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 l(标准状况)【解析】选c。充电时,发生电解池反应,k+向阴极移动,a选项错误;充电时,发生的反应是2zn(oh)42-2zn+o2+4oh-+2h2o,反应后c(oh-)逐渐增大,b选项错误;放电时,活泼金属zn作负极,发生失电子的氧化反应生成zn(oh)42-,c选项正确;根据o24e-,则放电时电路中通过2 mol电子,消耗0.5 mol o2,其在标准状况下的体积为11.2 l,d选项错误。【方法规律】解答充电电池题目的注意问题(1)电池放电时发生原电池反应,充电时发生电解池反应。(2)可充电电池的充放电时的反应相反。(3)阳极和负极都发生氧化反应,阴极和正极都发生还原反应。(4)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。5.寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂(lifepo4)是一种新型汽车锂离子电池,总反应为fepo4+lilifepo4,电池中的固体电解质可传导离子,下列说法错误的是()a.放电时,li作负极b.放电时,正极反应为fepo4+li+e-lifepo4c.充电时,li+和fe2+向阴极移动,po43-向阳极移动d.充电时,阴极反应为li+e-li【解析】选c。放电时,电极反应式为负极:li-e-li+,正极:fepo4+e-+li+lifepo4;充电时,电极反应式为阴极:li+e-li,阳极:lifepo4-e-li+fepo4。c项,充电时,li+在阳极生成,移向阴极得e-生成li,fe2+失去电子生成fe3+,fe3+和po43-结合生成fepo4。6.(2016漳州高二检测)一种微生物燃料电池的结构示意图如图所示,关于该电池的叙述正确的是()a.电池工作时,电子由a流向bb.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d。因为右侧产生co2,说明微生物所在的电极区cm(h2o)n失电子生成co2,所以电池工作时电子由b经外电路流向a极,a项错误;微生物所在电极区放电时发生氧化反应,b项错误;放电时阳离子向正极移动,c项错误;放电时正极发生还原反应,d项正确。7.(2016太原高二检测)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-h2c.4oh-4e-o2+2h2od.o2+4h+4e-2h2o【解析】选d。正极得电子,体液中溶解的氧易得电子而发生反应:o2+4h+4e- 2h2o,d项正确。【补偿训练】(2016梅州高二检测)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+i22liid.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;正极反应为i2+2e-2i-,a错;总反应为2li+i22lii,c正确。8.(2016四川高考)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为li1-xcoo2+lixc6licoo2+c6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是()a.放电时,li+在电解质中由负极向正极迁移b.放电时,负极的电极反应式为lixc6-xe-xli+c6c.充电时,若转移1 mol e-,石墨(c6)电极将增重7xgd.充电时,阳极的电极反应式为licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+【解析】选c。放电时,阳离子向原电池的正极移动,a选项正确;li1-xcoo2中li显+1价,氧显-2价,则co显+(3+x)价,lixc6中li和c均显0价。负极发生氧化反应,其电极反应式为lixc6-xe-xli+c6,b选项正确;充电时,c6为电解池的阴极,电极反应式为xli+c6+xe-lixc6,若转移1 mol电子,石墨电极质量增加7 g,c选项错误;正极发生还原反应,其电极反应式为li1-xcoo2+xli+xe-licoo2,则充电时,阳极的电极反应式为licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+,d选项正确。9.(2015江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()a.反应ch4+h2o3h2+co,每消耗1 mol ch4转移12 mol电子b.电极a上h2参与的电极反应为h2+2oh-2e-2h2oc.电池工作时,co32-向电极b移动d.电极b上发生的电极反应为o2+2co2+4e-2co32-【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)燃料电池通燃料的一端为负极,通空气(或氧气)的一端为正极。(2)原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极。【解析】选d。根据化学反应方程式,每有1 mol甲烷参与反应转移电子数为6 mol,a项错误;因为电解质为熔融态的碳酸盐,所以电极a上h2参与的电极反应式为h2-2e-+co32-h2o+co2,b项错误;根据原电池工作原理,电极a是负极,电极b是正极,阴离子向负极移动,碳酸根离子向负极移动(a电极),c项错误;电极b上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子,因此电极反应式为o2+4e-+2co22co32-,d项正确。二、非选择题(本题包括3小题,共46分)10.(14分)今有反应2h2+o22h2o,设计成燃料电池。(1)负极通的应是_,正极通的应是_,电极反应式分别为_ _。(2)若把koh改为h2so4作电解质,即:2h2+o22h2o,则电极反应式应为负极:_,正极:_。(1)(2)的介质不同,反应后各溶液的ph变化依次为_,_(填“变大”“变小”或“不变”)。(3)若把h2改为ch4,koh作电解质,则负极反应式为_。【解析】(1)负极通还原性气体h2,电极反应式为2h2+4oh-4e-4h2o,正极通氧化性气体o2,电极反应式为o2+2h2o+4e-4oh-。(2)负极反应式为2h2-4e-4h+,正极反应式为o2+4h+4e-2h2o。(1)、(2)总反应只生成h2o,使原电解质溶液(1)中c(oh-)减小,(2)中c(h+)减小,故(1)中ph变小,(2)中ph变大。(3)中负极上还原性气体ch4在koh中被氧化成co32-,即负极反应式为ch4+10oh-8e-co32-+7h2o。答案:(1)h2o2负极:2h2+4oh-4e-4h2o,正极:o2+2h2o+4e-4oh-(2)2h2-4e-4h+o2+4h+4e-2h2o变小变大(3)ch4+10oh-8e-co32-+7h2o11.(14分)(1)(2016天津高考)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式:_。(2)(2015四川高考)feso4在一定条件下可制得fes2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4li+fes2fe+2li2s,正极反应式是_。(3)(2015海南高考)如图所示原电池正极的反应式为_。(4)(2015广东高考)一种可超快充电的新型铝电池,充放电时alcl4-和al2cl7-两种离子在al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极al的电极反应式为_。(5)(2015全国卷)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、mno2、zncl2和nh4cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生mnooh。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。该电池的正极反应式为_,电池反应的离子方程式为_。(6)(2015安徽高考)常温下,将除去表面氧化膜的al、cu片插入浓hno3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(i)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。0t1时,原电池的负极是al片,此时,正极的电极反应式是_ _,溶液中的h+向_极移动,t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是_。【解析】(1)碱性氢氧燃料电池的负极反应式为h2+2oh-2e-2h2o。(2)正极发生的反应是还原反应,即得电子,故参加反应的物质应是fes2,又知最后生成铁单质和s2-,故正极反应式为fes2+4e-fe+2s2-。(3)该原电池的实质是cu与银离子发生置换反应生成ag单质,所以正极是生成ag单质的还原反应。(4)放电时负极al应失去电子,根据放电时alcl4-和al2cl7-两种离子在al电极上相互转化可知,电极反应式为al-3e-+7alcl4-4al2cl7-。(5)酸性锌锰干电池外壳为金属锌,锌是负极,电极反应式为zn-2e-zn2+。中间是碳棒,碳棒是正极,二氧化锰得到电子,则正极电极反应式为mno2+e-+h+ mnooh,总反应式为zn+2mno2+2h+zn2+2mnooh。(6)原电池的正极是硝酸发生还原反应:2h+no3-+e-no2+h2o,原电池中的阳离子移向正极。t1时电子流动方向发生改变,则原电池的正、负极发生改变,原因是铝表面生成了氧化膜而不再参加反应,此时铜作负极。答案:(1)h2+2oh-2e-2h2o(2)fes2+4e-fe+2s2-或fes2+4li+4e-fe+2li2s(3)ag+e-ag(4)al-3e-+7alcl4-4al2cl7-(5)mno2+e-+h+mnoohzn+2mno2+2h+zn2+2mnooh(6)2h+no3-+e-no2+h2o正铝在浓硝酸中发生钝化,表面生成了氧化膜阻止了al的进一步反应【方法规律】原电池电极反应式的书写技巧(1)根据给出的化学方程式或题意,确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生反应的具体物质。(2)弱电解质、气体、难溶物均用化学式表示,其余均以离子符号表示。(3)注意电解质溶液的成分对正、负极反应产物的影响,正、负极产物可根据题意或化学方程式加以确定。(4)写电极反应式时,要遵循质量守恒,必要时,可在电极反应式的一端添加h+或oh-或h2o,将两个电极反应式合并,就可得到电池总反应式。12.(18分)(能力挑战题)(2016日照高二检测)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,吸附气体的能力强,性质稳定。请回答:(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_,在导线中电子移动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(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.li