2018-2019學年高中化學 第四章 電化學基礎 第二節(jié)《化學電源》習題專訓 新人教版選修4.doc

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第二節(jié) 化學電源 [隨堂基礎鞏固] 1．下列有關化學電池的說法中正確的是(　　) A．化學電池只能將化學能轉化為電能 B．燃料電池能將全部化學能轉化為電能 C．鋅銀電池比能量大，電壓穩(wěn)定，儲存時間長 D．一次電池包括干電池和蓄電池 解析：蓄電池不但可以將化學能轉化為電能(放電)，也可以將電能轉化為化學能(充電)；燃料電池的能量轉換率超過80%，但不可能100%轉換。蓄電池可重復使用，屬于二次電池。 答案：C 2．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的充電和放電過程可表示為：2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，在此電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質是(　　) A．Ag　　　　　　　 　　B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn 解析：電池放電時發(fā)生原電池原理，其負極發(fā)生氧化反應，元素的化合價升高，即負極材料為Zn。 答案：D 3．一種充電電池放電時的電極反應為 H2＋2OH－－2e－===2H2O； NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ 當為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是(　　) A．H2O的還原 B．NiO(OH)的還原 C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化 解析：放電時為原電池反應，負極上失去電子，正極上得到電子；充電時為電解反應，與外電源正極連接的電極為陽極，由放電時的電極反應式知，陽極上發(fā)生的是Ni(OH)2的氧化反應，D正確。 答案：D 4．判斷正誤(正確打“√”號，錯誤打“”號)。 (1)化學電源是把電能轉化為化學能的裝置。(　　) (2)干電池中碳棒為正極。(　　) (3)鉛蓄電池屬于二次電池。(　　) (4)氫氧燃料電池工作時，發(fā)出淡藍色火焰。(　　) (5)廢舊電池應集中回收，并填埋處理。(　　) 答案：(1)　(2)√　(3)√　(4)　(5) 5．(1)根據(jù)氧化還原反應2H2＋O2===2H2O，設計成燃料電池，負極通的氣體應是________，正極通的氣體應是________。 (2)根據(jù)選擇電解質溶液的不同，填寫下表： 電解質溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 負極反應式 正極反應式 溶液的pH變化 (3)若把H2改為CH4，KOH作電解質，則正極反應式為______________________。 解析：(1)氫、氧燃料電池中通可燃性氣體(H2)的一極為負極，通O2的一極為正極。 (2)若以H2SO4作電解質溶液，其電極反應式為： 負極：2H2－4e－===4H＋； 正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 反應過程中生成水，溶液中c(H＋)減小，pH增大，若以KOH溶液作電解質溶液，其電極反應式為： 負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正極：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 反應過程中生成水、溶液中c(OH－)減小，pH減小。 (3)若把H2改為CH4，KOH作電解質溶液時其正極反應式不變。 答案：(1)H2　O2 (2) 電解質溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 負極反應式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極反應式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O　　 O2＋2H2O＋4e－===4OH－　 溶液的pH變化 變大 變小 (3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－ [課時跟蹤訓練] (時間45分鐘　滿分60分) 一、選擇題(本題包括7小題，每小題3分，共21分) 1．氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2。根據(jù)此反應式判斷，下列敘述中正確的是(　　) A．電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大 B．電池放電時，鎳元素被氧化 C．電池充電時，氫元素被氧化 D．電池放電時，H2在負極放電 解析：根據(jù)電池反應可首先看出放電時，H2在負極被氧化，NiO(OH)在正極被還原，而充電時則是氫元素被還原，鎳元素被氧化。 答案：D 2．[雙選題]燃料電池是一種新型電池，它利用燃料在氧化過程中把化學能直接轉化為電能。氫氧燃料電池的基本反應如下：X極，O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－；Y極，H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)。下列判斷中，正確的是(　　) A．X是正極　　　　　 　　B．Y是正極 C．Y極發(fā)生還原反應 D．Y極發(fā)生氧化反應 解析：本題考查的是燃料電池的電極反應。從電極反應式中可以看出，X極得電子發(fā)生還原反應，作正極，Y極失去電子發(fā)生氧化反應，作負極。 答案：AD 3．鎂及其化合物一般無毒(或低毒)、無污染，且鎂電池放電時電壓高而平穩(wěn)，使鎂電池越來越成為人們研制綠色電池的關注焦點。其中一種鎂電池的反應為：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。在鎂電池放電時，下列說法錯誤的是(　　) A．Mg2＋向正極遷移 B．正極反應式為：Mo3S4＋2xe－===Mo3S C．Mo3S4發(fā)生氧化反應 D．負極反應式為：xMg－2xe－===xMg2＋ 解析：鎂在反應中失電子，則Mo3S4在反應中得電子，故放電時Mo3S4發(fā)生還原反應，不正確。 答案：C 4．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質，使用時加入水即可放電。關于該電池的下列說法不正確的是(　　) A．水既是氧化劑又是溶劑 B．放電時正極上有氫氣生成 C．放電時OH－向正極移動 D．總反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 解析：由于Li屬于堿金屬，化學性質活潑，金屬性大于鐵，所以，該電池的總電極反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，負極：Li，正極：鋼板。負極反應為Li－e－＋OH－===LiOH，放電時，OH－向負極移動，故C選項不正確。 答案：C 5．紐扣電池可用于計算器、電子表等的電源。有一種紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質溶液，電池的總反應為Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。關于該電流的敘述不正確的是(　　) A．使用時電子由Zn極經(jīng)外電流流向Ag2O極，Zn是負極 B．使用時電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極，Ag2O是負極 C．正極的電極反應為 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ D．Zn極發(fā)生氧化反應，Ag2O極發(fā)生還原反應 解析：由總方程式可以看出，負極為Zn，正極為Ag2O，使用時電子由負極流向正極，A項正確，B項錯誤，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，C項正確，D項也正確。 答案：B 6．[雙選題]據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有鉛污染。其電池反應為：2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅粒、電解質和空氣，則下列敘述正確的是(　　) A．鋅為正極，空氣進入負極反應 B．負極反應為：Zn－2e－===Zn2＋ C．正極發(fā)生氧化反應 D．電解質肯定不是強酸 解析：在原電池中，負極是還原性物質，失去電子，發(fā)生氧化反應，正極是氧化性物質，得到電子，發(fā)生還原反應，從原電池的電池反應為：2Zn＋O2===2ZnO知產(chǎn)物與強酸反應，所以電解質溶液肯定不是強酸。 答案：B 7．美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學共同研制成功了用于潛航器的鎂過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示。以下說法中錯誤的是(　　) A．電池的負極反應為：Mg－2e－===Mg2＋ B．電池工作時，H＋向負極移動 C．電池工作一段時間后，溶液的的pH增大 D．電池總反應式是： Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 解析：MgH2O2燃料電池中Mg作負極：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正極：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，總式為：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)減小，pH增大，且H＋移向正極。 答案：B 二、非選擇題(本題包括4小題，共39分) 8．(6分)某學校設計了一節(jié)實驗活動課，讓學生從廢舊干電池回收碳棒、鋅皮、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物質，請回答有關問題： 如圖所示為干電池的基本構造圖。干電池工作時負極上的電極反應式是______________________________，MnO2的作用是除去正極上產(chǎn)生的H2，本身生成Mn2O3，該反應的化學方程式是______________________________________________。 解析：根據(jù)提供的電極材料，綜合原電池原理可判斷出Zn作負極，碳棒作正極。 答案：Zn－2e－===Zn2＋ 2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O 9．(9分)鎘鎳可充電電池在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應用，它的充、放電反應如下： Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2 請回答下列問題： (1)上述反應式中左邊物質的總能量________ (填“大于”“小于”或“等于”)右邊物質的總能量。 (2)放電時負極發(fā)生反應的物質是________，放電時正極的反應式為________________________________________________________________________。 (3)鎘鎳廢舊電池必須進行回收并集中處理，最主要的原因是______________________。 解析：(1)原電池放電過程中能將化學能轉化為電能，即反應物的總能量大于生成物的總能量。 (2)根據(jù)總反應式可知放電時： 負極(Cd)反應式：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2， 正極(NiOOH)反應式： 2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。 (3)廢舊電池中的鎳、鎘等重金屬離子對環(huán)境造成污染。 答案：(1)大于 (2)Cd　NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ (3)防止電池中的鎘、鎳等重金屬對土壤和水源造成污染 10．(10分)如圖為鈉硫高能電池的結構示意圖。該電池的工作溫度為320℃左右，電池反應為2Na＋xS===Na2Sx，正極的電極反應式為______________。M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個作用是____________________。與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極活性物質時，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的________倍。 解析：首先標化合價，由2個Na失2個電子，可寫出正極為xS＋2e－===S；此電池提供2 mol電子，消耗2 mol Na為46 g，鉛蓄電池負極為Pb，提供2 mol電子，消耗1 mol Pb為207 g，所以當消耗相同質量的負極物質時，鈉硫電池放電是鉛蓄電池的207/46＝4.5倍；在該裝置中，M有兩個作用，其一是導電，起電解質作用，其二是隔離Na與S，防止Na與S發(fā)生反應。 答案：xS＋2e－===S (或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx) 離子導電(導電或電解質)和隔離鈉與硫　4.5 11．(14分)氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定。請回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是____________________________________，在導線中電子流動方向為______________(用a、b表示)。 (2)負極反應式為___________________________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因為_________________________________________________。 (4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此，大量安全儲氫是關鍵技術之一。 金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應Ⅰ中的還原劑是________，反應Ⅱ中的氧化劑是________。 ②已知LiH固體密度為0.82 g/cm3，用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積比為________。 ③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為________ mol。 解析：(1)電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。在電池中電子是從負極經(jīng)導線流向正極的，氫氧燃料電池中通入H2的一極是負極，故電子由a流動到b。 (2)H2在負極失電子，因為電解質溶液是KOH溶液，故負極反應式為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。 (3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，從而增大反應速率。 (4)LiH中Li為＋1價，H為－1價，故反應Ⅰ中還原劑是Li，反應Ⅱ中氧化劑是H2O。由反應Ⅰ可知吸收標準狀況下的224 L H2時生成160 g LiH，則生成的LiH的體積是，則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積比為：＝。由反應Ⅱ可知，由②生成的20 mol LiH與H2O反應生成20 mol H2，H2～2e－，能量轉化率為80%，則通過電子的物質的量為20 mol280%＝32 mol。 答案：(1)由化學能轉變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O (或H2＋2OH－－2e－===2H2O) (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應速率 (4)①Li　H2O?、诨?.7110－4　③32