常见化学电源的种类及其工作原理-北京习题集-教师版

第1页（共1页）常见化学电源的种类及其工作原理（北京习题集）（教师版）一．选择题（共8小题）1．（2020•门头沟区一模）国际能源期刊报道了一种正在开发中的绿色环保“全氢电池”，有望减少废旧电池产生污染。其工作原理如图所示。下列说法正确的是（）A．“全氢电池”工作时，将酸碱反应的中和能转化为电能 B．吸附层b发生的电极反应：H2﹣2e﹣+2OH﹣═2H2O C．Na+在装置中从右侧透过阳离子交换膜向左侧移动 D．“全氢电池”的总反应：2H2+O2═2H2O2．（2014春•通州区期末）下列对指定电极的反应式书写不正确的是（）A．铜锌（稀硫酸作电解质溶液）原电池的负极：Zn﹣2e﹣═Zn2+ B．钢铁发生电化学腐蚀的负极：Fe﹣3e﹣═Fe3+ C．电解CuCl2溶液的阳极：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑ D．电解熔融氧化铝的阴极：Al3++3e﹣═Al3．（2013春•西城区期末）如图是氢氧燃料电池构造示意图．下列说法不正确的是（）A．a极是负极 B．电子由b通过灯泡流向a C．该电池总反应是2H2+O2＝2H2O D．该装置可将化学能转化为电能4．（2013•朝阳区一模）关于实现下列物品用途的主要物质的说法，不正确的是（）选项ABCD物品用途化学能转化为电能吸附水分去除油污光能转化为电能主要物质H2SO4（aq）是电解质溶液硅酸干凝胶是主要成分硬脂酸钠是主要成分SiO2是转换材料A．A B．B C．C D．D5．（2012春•海淀区校级期中）日常所用的锌﹣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+2NH4++2e﹣＝Mn2O3+2NH3+H2O．下列有关锌﹣锰干电池的叙述中不正确的是（）A．干电池工作时，电流方向由石墨棒经外电路流向锌筒 B．干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解 C．若用湿的KOH替代电解质NH4Cl，可延长电池寿命和提高电池性能 D．干电池可实现化学能与电能的相互转化6．（2012春•西城区期末）汽车的启动电源常用铅蓄电池，充电和放电反应按下式进行：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，由此可知，该电池放电时的负极是（）A．PbO2 B．Pb C．H2SO4 D．PbSO47．（2010春•东城区校级期末）氢氧燃料电池以H2为还原剂，O2为氧化剂，电极为多孔镍，电解液为30%的KOH溶液，下列有关叙述正确的是（）①负极反应为4OH﹣﹣4e﹣＝O2↑+2H2O②负极反应H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O③工作时正极区pH升高，负极区pH降低④工作时溶液中阴离子移向正极．A．③④ B．②③ C．②④ D．①④8．（2018秋•西城区校级期末）铅蓄电池是常见的二次电池，电池总反应为：Pb+PbO2+2H2S42PbSO4+2H2O，下列说法正确的是（）A．放电时的负极反应式为Pb+SO42﹣﹣2e﹣═PbSO4 B．充电时铅蓄电池的正极与外接电源的负极相连 C．放电时PbO2发生氧化反应 D．充电时的阴极反应式为PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+二．填空题三．解答题（共1小题）9．（2018秋•西城区校级期末）乙醇（C2H5OH）是生活中常见的物质，图给出了乙醇的结构式和球棍模型。Ⅰ．乙醇燃料电池（DEFC）具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。（1）三种乙醇燃料电池中正极反应物均为。（填化学式）（2）碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是。（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为。（4）熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO32﹣向电极（填“a”或“b”）移动。Ⅱ．已知气相直接水合法可以制取乙醇：H2O（g）+C2H4（g）⇌CH3CH2OH（g）。当n（H2O）：n（C2H4）＝1：1时，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系如图：（1）图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为：，理由是：。（2）气相直接水合法采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃，压强6.9MPa，n（H2O）：n（C2H4）＝0.6：1．该条件下乙烯的转化率为5%．若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有、。

常见化学电源的种类及其工作原理（北京习题集）（教师版）参考答案与试题解析一．选择题（共8小题）1．（2020•门头沟区一模）国际能源期刊报道了一种正在开发中的绿色环保“全氢电池”，有望减少废旧电池产生污染。其工作原理如图所示。下列说法正确的是（）A．“全氢电池”工作时，将酸碱反应的中和能转化为电能 B．吸附层b发生的电极反应：H2﹣2e﹣+2OH﹣═2H2O C．Na+在装置中从右侧透过阳离子交换膜向左侧移动 D．“全氢电池”的总反应：2H2+O2═2H2O【分析】由电子流向可知，左边吸附层为负极，发生了氧化反应，电极反应是H2﹣2e﹣+2OH﹣＝2H2O，右边吸附层为正极，发生了还原反应，电极反应是2H++2e﹣＝H2，结合原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极解答该题。【解答】解：A．根据图知，左侧和右侧物质成分知，左侧含有NaOH、右侧含有高氯酸，所以全氢电池”工作时，将酸碱反应的中和能转化为电能，故A正确；B．吸附层a为负极，电极反应式为H2﹣2e﹣+2OH﹣＝2H2O，右边吸附层为正极，电极反应是2H++2e﹣＝H2，故B错误；C．原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以电解质溶液中Na+向右正极移动，故C错误；D．负极电极反应是H2﹣2e﹣+2OH﹣＝2H2O，正极电极反应是2H++2e﹣＝H2，电池的总反应为H++OH﹣＝H2O，故D错误；故选：A。【点评】本题考查了原电池原理，为高频考点，明确各个电极上发生的反应、电极反应式的书写方法是解本题关键，难点是电极反应式的书写，注意结合电解质特点书写，题目难度中等。2．（2014春•通州区期末）下列对指定电极的反应式书写不正确的是（）A．铜锌（稀硫酸作电解质溶液）原电池的负极：Zn﹣2e﹣═Zn2+ B．钢铁发生电化学腐蚀的负极：Fe﹣3e﹣═Fe3+ C．电解CuCl2溶液的阳极：2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑ D．电解熔融氧化铝的阴极：Al3++3e﹣═Al【分析】A、原电池的负极是活泼金属发生失电子的氧化反应；B、金属铁在电化学中失电子得到的是亚铁离子；C、电解池的阳极是惰性电极时，阳极发生阴离子的电子的还原反应；D、在电解池的阴极是阳离子发生得电子得还原反应．【解答】解：A、铜锌（稀硫酸作电解质溶液）原电池中，金属Zn为负极，发生失电子的氧化反应，即Zn﹣2e﹣═Zn2+，故A正确；B、金属铁在电化学中失电子得到的是亚铁离子，钢铁发生电化学腐蚀的负极是：Fe﹣2e﹣═Fe2+，故B错误；C、电解池的阳极是惰性电极时，阳极是氯离子发生失电子的氧化反应，即2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑，故C正确；D、电解熔融氧化铝的阴极是铝离子发生得电子的还原反应，即Al3++3e﹣═Al，故D正确。故选：B。【点评】本题考查原电池的工作原理，题目难度不大，注意把握原电池的组成和原理，注重基础知识的积累．3．（2013春•西城区期末）如图是氢氧燃料电池构造示意图．下列说法不正确的是（）A．a极是负极 B．电子由b通过灯泡流向a C．该电池总反应是2H2+O2＝2H2O D．该装置可将化学能转化为电能【分析】氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H2﹣2e﹣＝2H+，通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为O2+4H++4e﹣＝2H2O，该电池总反应是2H2+O2＝2H2O，原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极．【解答】解：A、氢氧燃料电池中，H2在负极a上被氧化，O2在正极b上被还原，故A正确；B、原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即由a通过灯泡流向b，故B错误；C、该电池总反应是2H2+O2＝2H2O，故C正确；D、该装置为原电池，该装置可将化学能转化为电能，故D正确；故选：B。【点评】本题考查了原电池原理，该题是基础性试题的考查，难度不大，明确原电池的工作原理是答题的关键，注意电极名称和电极反应式的判断与书写，注意相关知识的积累和总结．4．（2013•朝阳区一模）关于实现下列物品用途的主要物质的说法，不正确的是（）选项ABCD物品用途化学能转化为电能吸附水分去除油污光能转化为电能主要物质H2SO4（aq）是电解质溶液硅酸干凝胶是主要成分硬脂酸钠是主要成分SiO2是转换材料A．A B．B C．C D．D【分析】A．蓄电池为常见的二次电池；B．硅胶具有疏松多孔的结构；C．肥皂除油污是发生的乳化作用；D．太阳能电池板材料为硅．【解答】解：A．蓄电池为常见的二次电池，放电时化学能转化为电能，选择硫酸为电解质，故A正确；B．硅胶具有疏松多孔的结构，具有吸水性，常作干燥剂，故B正确；C．肥皂除油污是肥皂中的硬脂酸钠与油污发生的乳化作用，故C正确；D．太阳能电池板材料为硅，可实现光能转化为电能，故D错误；故选：D。【点评】本题为小综合，涉及原电池、干燥剂、硅的性质与用途、去污原理等，属于高考中一类常见的冷拼凑试题，各选项之间没有联系，学生应注意思维的及时转换，题目难度不大．5．（2012春•海淀区校级期中）日常所用的锌﹣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+2NH4++2e﹣＝Mn2O3+2NH3+H2O．下列有关锌﹣锰干电池的叙述中不正确的是（）A．干电池工作时，电流方向由石墨棒经外电路流向锌筒 B．干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解 C．若用湿的KOH替代电解质NH4Cl，可延长电池寿命和提高电池性能 D．干电池可实现化学能与电能的相互转化【分析】锌﹣锰干电池属于原电池，根据电极反应式知，锌失电子作负极，二氧化锰得电子发生还原反应，所以二氧化锰发生反应的电极碳棒作正极，电流从正极沿导线流向负极．【解答】解：A．锌失电子作负极，石墨作正极，电流从正极石墨经外电路流向负极锌，故A正确；B．该电池中锌易失电子生成锌离子而逐渐溶解，故B正确；C．金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高，所以若用湿的KOH替代电解质NH4Cl，可延长电池寿命和提高电池性能，故C正确；D．干电池属于一次电池，所以不能实现化学能与电能的相互转化，故D错误；故选：D。【点评】本题考查原电池原理，根据原电池正负极上得失电子来分析解答即可，难度不大．6．（2012春•西城区期末）汽车的启动电源常用铅蓄电池，充电和放电反应按下式进行：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，由此可知，该电池放电时的负极是（）A．PbO2 B．Pb C．H2SO4 D．PbSO4【分析】原电池是把化学能转变为电能的装置，负极上元素失电子化合价升高，且发生氧化反应．【解答】解：铅蓄电池放电时，二氧化铅、铅和稀硫酸构成原电池，铅失电子化合价升高而作负极，发生氧化反应，故选B。【点评】本题考查原电池正负极的判断，根据元素化合价来分析解答即可，难度不大．7．（2010春•东城区校级期末）氢氧燃料电池以H2为还原剂，O2为氧化剂，电极为多孔镍，电解液为30%的KOH溶液，下列有关叙述正确的是（）①负极反应为4OH﹣﹣4e﹣＝O2↑+2H2O②负极反应H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O③工作时正极区pH升高，负极区pH降低④工作时溶液中阴离子移向正极．A．③④ B．②③ C．②④ D．①④【分析】氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，产物为水．【解答】解：①在燃料电池中，通入燃料氢气的一极为电池的负极，电极反应为H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O，故①错误；②在燃料电池中，通入燃料氢气的一极为电池的负极，该极上发生失去电子的氧化反应H2+2OH﹣﹣2e﹣＝2H2O，故②正确；③工作时负极上消耗氢氧根离子，所以负极区pH降低，正极区生成氢氧根离子，所以pH升高，故③正确；④原电池中，溶液中阴离子移向负极，故④错误。故选：B。【点评】本题考查学生原电池的工作原理以及电极反应方程式的书写知识，属于基本知识的考查，难度不大．8．（2018秋•西城区校级期末）铅蓄电池是常见的二次电池，电池总反应为：Pb+PbO2+2H2S42PbSO4+2H2O，下列说法正确的是（）A．放电时的负极反应式为Pb+SO42﹣﹣2e﹣═PbSO4 B．充电时铅蓄电池的正极与外接电源的负极相连 C．放电时PbO2发生氧化反应 D．充电时的阴极反应式为PbSO4+2H2O﹣2e﹣═PbO2+SO42﹣+4H+【分析】A、放电时负极发生氧化反应，铅失电子生成硫酸铅；B、充电是电解池，铅蓄电池的正极此时为阳极；C、放电时PbO2是正极，发生还原反应；D、充电时的阴极发生还原反应生成铅，阳极发生氧化反应生成二氧化铅。【解答】解：A．放电时Pb在负极失电子，电极反应式为Pb﹣2e﹣+SO42﹣＝PbSO4，故A正确；B．充电时，铅蓄电池的正极要恢复原状，则应该作电解池阳极，与电源正极相连，故B错误；C．放电时，PbO2得电子发生还原反应生成PbSO4，故C错误；D．充电时的阴极反应式为PbSO4+2e﹣＝Pb+SO42﹣，故D错误。故选：A。【点评】本题考查了铅蓄电池的充电原理，侧重于学生的分析能力的考查，为高频考点，注意书写电极反应方程式来分析解答，难度中等。二．填空题三．解答题（共1小题）9．（2018秋•西城区校级期末）乙醇（C2H5OH）是生活中常见的物质，图给出了乙醇的结构式和球棍模型。Ⅰ．乙醇燃料电池（DEFC）具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。（1）三种乙醇燃料电池中正极反应物均为O2。（填化学式）（2）碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为C2H5OH+16OH﹣﹣12e﹣＝2CO32﹣+11H2O，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为3O2+12H++12e﹣＝6H2O。（4）熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO32﹣向电极a（填“a”或“b”）移动。Ⅱ．已知气相直接水合法可以制取乙醇：H2O（g）+C2H4（g）⇌CH3CH2OH（g）。当n（H2O）：n（C2H4）＝1：1时，乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系如图：（1）图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为：p1＜p2＜p3＜p4，理由是：反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，乙烯的转化率增大，所以相同条件下，转化率越大的代表压强越大。（2）气相直接水合法采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃，压强6.9MPa，n（H2O）：n（C2H4）＝0.6：1．该条件下乙烯的转化率为5%．若要进一步提高乙烯的转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有其它条件不变，增加H2O（g）的浓度、其它条件不变移出生成物。【分析】I．（1）燃料电池中通入燃料的为负极，通入氧气或空气的为正极；（2）碱性乙醇燃料电池中，电极a为负极，负极上乙醇失电子和KOH反应生成碳酸钾和水，使用空气代替氧气，空气中的CO2会与KOH溶液反应；（3）酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，正极上氧气得电子生成氧离子；（4）根据图示，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动，CO32﹣向负极移动；Ⅱ．（1）在相同温度下由于乙烯转化率为p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4（g）+H2O（g）⇌C2H5OH（g）可知正反应为气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率提高；（2）若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以通过改变条件使平衡正向移动即可，但是不能是通过增大乙烯浓度实现的。【解答】解：I．（1）