届人教版原电池化学电源单元测试.docx
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届人教版原电池化学电源单元测试
原电池化学电源
一、选择题
1.(2018·广东深圳校级月考)对于铜锌原电池实验后得出的结论和认识中,正确的是( )
A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属
B.由铜、锌电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极
C.电子由锌片流经稀硫酸到铜片,氢离子在铜片上得到电子放出氢气
D.铜锌原电池工作时,若有13g锌被溶解,电路中就有0.4mol电子通过
解析:
构成原电池正极和负极的材料不一定是两种金属,也可以是一种金属和一种非金属;由铜、锌电极与硫酸铜溶液组成的原电池中失电子的是锌,所以锌是负极;电子由锌片流经导线而不是经稀硫酸到铜片,氢离子在铜片上得到电子放出氢气;铜锌原电池工作时,负极上发生反应Zn-2e-===Zn2+,若有13g锌即0.2mol锌被溶解,电路中就有0.4mol电子通过。
答案:
D
2.(2018·大同三模)液流式铅蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为基质溶液,该电池充放电的总反应为2Pb2++2H2O
Pb+PbO2+4H+,下列说法正确的是( )
A.该电池放电时,两极质量均增加
B.放电时,正极的电极反应式为PbO2+4H++2e-===Pb2++2H2O
C.充电时,溶液中Pb2+向阳极移动
D.充电时,阳极周围溶液的pH增大
解析:
电池放电时,负极反应式为Pb-2e-===Pb2+,正极反应式为PbO2+4H++2e-===Pb2++2H2O,该电池放电时,两极质量均减少;充电时,溶液中Pb2+向阴极移动;充电时阳极反应式为Pb2++2H2O-2e-===PbO2+4H+,pH减小。
答案:
B
3.(2018·河北衡水点睛第三次联考)有一种燃料电池,所用燃料为H2和空气,电解质为熔融的K2CO3。
电池的总反应式为2H2+O2===2H2O,负极反应为H2+CO
-2e-===H2O+CO2。
该电池放电时,下列说法中正确的是( )
A.正极反应为2H2O+O2+4e-===4OH-
B.CO
向负极移动
C.电子由正极经外电路流向负极
D.电池中CO
的物质的量将逐渐减少
解析:
该燃料电池燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3,总反应为2H2+O2===2H2O,负极反应为H2+CO
-2e-===H2O+CO2,用总反应减负极得正极反应式:
O2+2CO2+4e-===2CO
,A项错误;原电池中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,以形成闭合回路,B项正确;外电路中电子由负极流向正极,C项错误;根据总反应式可知,电池中CO
的物质的量不变,D项错误。
答案:
B
4.(2018·兰州模拟)科学家设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图所示,下列说法不正确的是( )
A.通入N2的电极发生的电极反应式为:
N2+6e-+8H+===2NH
B.反应过程中溶液的pH会变大,故需要加入盐酸
C.该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D.通入H2的电极为负极,A为NH4Cl
解析:
正极反应式为N2+6e-+8H+===2NH
,负极反应式为:
H2-2e-===2H+,总反应式为:
N2+3H2+2H+===2NH
,因此A为NH4Cl,其反应过程中溶液的pH会增大,故A、B、D正确。
答案:
C
5.如图是在航天用高压氢
镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。
下列有关说法不正确的是( )
A.放电时正极反应为:
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时负极反应为:
MH++OH-===H2O+M+e-
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
解析:
在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:
MH+OH--e-===M+H2O,NiOOH在正极发生反应:
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e-===MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。
答案:
C
6.(2018·遵义联考)科学家们在研制一种吸气式的锂—空气电池,工作时吸收空气中的氧气在多孔金制成正极表面上反应。
总反应可表示为2Li+O2
Li2O2,下列有关说法正确的是( )
A.充电时,多孔金制成的电极外接电源负极
B.放电时,吸收空气中22.4L(标准状况)的O2,就有4mole-从电池负极流出
C.放电时,Li+从负极向正极移动
D.该电池可使用含Li+的水溶液作电解质溶液
解析:
充电时,Li2O2中氧元素失电子生成氧气,所以多孔金制成的电极作阳极,与外接电源的正极相连;Li2O2中的氧元素为-1价,故有2mole-从负极流出;放电时,阳离子向正极移动,所以Li+从负极向正极移动;该电池的负极材料为Li,能与水反应,所以该电池不能使用含Li+的水溶液作电解质溶液。
答案:
C
7.(2018·甘肃二诊)如图所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测。
下列说法不正确的是( )
A.电流由O2所在的铂电极经外电路流向另一电极
B.O2所在的铂电极处发生还原反应
C.该电池的负极反应式为:
CH3CH2OH+3H2O-12e-===2CO2↑+12H+
D.微处理器通过检测电流大小而计算出被测气体中酒精的含量
解析:
O2所在的铂电极为正极,即电流从铂电极经外电路流向另一电极,故A正确;乙醇燃料电池中,O2所在的铂电极处得电子发生还原反应,故B正确;由题图知,CH3CH2OH被氧化生成CH3COOH,故负极反应式为CH3CH2OH-4e-+H2O===4H++CH3COOH,故C错误;根据微处理器通过检测电流大小可以得出电子转移的物质的量,根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量。
答案:
C
8.(2018·赣州一模)如图为一种微生物燃料电池结构示意图,关于该电池叙述正确的是( )
A.分子组成为Cm(H2O)n的物质一定是糖类
B.正极反应式为:
MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O
C.放电过程中,H+从正极区移向负极区
D.若Cm(H2O)n是葡萄糖,当电路中转移了6NA电子时,反应的葡萄糖质量是60g
解析:
分子组成为Cm(H2O)n的物质不一定为糖类,如甲醛、乳酸、乙酸乙酯等物质,A项错误;MnO2被还原生成Mn2+,为原电池的正极,电极反应式为MnO2+4H++2e-===Mn2++2H2O,B项正确;原电池工作时,H+从负极区移向正极区,C项错误;若Cm(H2O)n是葡萄糖,C元素化合价可认定为0价,当电路中转移了6NA个电子时,反应的葡萄糖的物质的量为0.25mol,质量是0.25mol×180g/mol=45g,D项错误。
答案:
B
9.(2018·大连二模)以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为+3价)和H2O2作原料的燃料电池,负极材料采用Pt/C,正极材料采用MnO2,可用作空军通信卫星电源,其工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A.电池放电时Na+从a极区移向b极区
B.电极b采用MnO2,MnO2既作电极材料又有还原作用
C.该电池的负极反应为:
BH
+8OH--8e-===BO
+6H2O
D.每消耗3molH2O2,转移的电子为6mol
解析:
原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,则Na+从a极区移向b极区,A项正确;电极b采用MnO2,为正极,H2O2发生还原反应,得到电子被还原生成OH-,MnO2既作电极材料又有催化作用,B项错误;负极发生氧化反应生成BO
,电极反应式为BH
+8OH--8e-===BO
+6H2O,C项正确;正极电极反应式为H2O2+2e-===2OH-,每消耗3molH2O2,转移的电子为6mol,D项正确。
答案:
B
10.(2018·云南一模)糖生物电池是一种酶催化燃料电池(EFC),它使用便宜的酶代替贵金属催化剂,利用空气氧化糖类产生电流。
下列有关判断不合理的是( )
A.该电池不宜在高温下工作
B.若该电池为酸性介质,正极反应式为:
O2+4e-+4H+===2H2O
C.放电过程中,电池内阳离子向正极迁移
D.若该电池为碱性介质,以葡萄糖为原料并完全氧化,负极反应式为:
C6H12O6-24e-+6H2O===6CO2↑+24H+
解析:
因为酶在高温下发生变性,所以该电池不宜在高温下工作;该电池为酸性介质,正极为氧气得电子结合氢离子生成水,反应为O2+4e-+4H+===2H2O;根据放电过程中,电池内阳离子移向正极,阴离子移向负极;该电池为碱性介质,会生成CO
和H2O。
答案:
D
二、非选择题
11.如图所示,在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。
(1)①当电解质溶液为稀硫酸时,Fe电极是__________(填“正”或“负”)极,其电极反应式为____________________________。
②当电解质溶液为NaOH溶液时,Al电极是________(填“正”或“负”)极,其电极反应式为______________________________。
(2)若把铝改为锌,电解质溶液为浓硝酸,则Fe电极是____________(填“正”或“负”)极,其电极反应式为____________
_________________________。
解析:
(1)①电解质溶液是稀硫酸时,Al电极是负极,Fe电极是正极,正极反应式为2H++2e-===H2↑。
②当电解质溶液是NaOH溶液时,铝与NaOH溶液反应,而Fe不反应,故铝作原电池的负极,电极反应式为Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O。
(2)把铝改为锌,用浓硝酸作电解质溶液,铁遇浓硝酸发生钝化,则Fe电极是正极,Zn电极是负极,Fe电极上的电极反应式为NO
+2H++e-===NO2↑+H2O。
答案:
(1)①正 2H++2e-===H2↑
②负 Al-3e-+4OH-===AlO
+2H2O
(2)正 NO
+2H++e-===NO2↑+H2O
12.
(1)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见图。
该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y,其电极反应式为__________________________________________________________;
若生成1molY,则需要消耗标准状况下氧气的体积为____________L。
(2)以甲醇为原料,使用碱性电解质构成燃料电池,该燃料电池的负极反应式为__________________________________;
若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇,向外界提供相等电量,则每代替3.2g甲醇,所需标准状况下的甲烷的体积为____________L。
解析:
(1)氧气一定为正极,所以石墨Ⅰ电极为负极,NO2失电子只能生成N2O5,由负极反应式可知生成1molN2O5转移1mol电子,消耗
molO2,则需标准状况下V(O2)=
mol×22.4L·mol-1=5.6L;
(2)CH3OH中碳的化合价为-2价,依据得失电子、电荷守恒、H元素守恒进行配平;1molCH3OH、1molCH4分别失去6mol、8mol电子,n(CH3OH)=
=0.1mol,失去0.6mol电子,n(CH4)=
mol,则V(CH4)=
mol×22.4L·mol-1=1.68L
答案:
(1)NO2+NO
-e-===N2O5 5.6
(2)CH3OH+8OH--6e-===CO
+6H2O 1.68
13.
(1)二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。
二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93kW·h/kg)。
若电解质为酸性,二甲醚直接燃料电池的负极反应为______________________________________,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生____________个电子的电量;该电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E=______________________
(列式计算。
能量密度=电池输出电能/燃料质量,1kW·h=3.6×106J)。
(2)在丁烷燃料电池中,电解质溶液为酸性,负极的反应式为___________________________________________________________、
正极的反应式为______________________________________。
(3)如图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+xS===Na2Sx,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。
解析:
(1)电解质为酸性时,CH3OCH3失去电子生成CO2和H+;CH3OCH3中的C为-2价,因此1个CH3OCH3可产生12个电子的电量;1000gCH3OCH3输出的电能为:
1.2V×
×12×96500C/mol=3.02×107J,则能量密度 =
=8.39kJ·h/kg。
(3)消耗Na和Pb均为23g,则钠硫电池理论放电量(转移电子数)是铅蓄电池的倍数为1÷
=4.5。
答案:
(1)CH3OCH3-12e-+3H2O===2CO2+12H+
12
÷[(3.6×106)J/(kW·h)]
≈8.39kW·h/kg
(2)C4H10+8H2O-26e-===4CO2+26H+
O2+26e-+26H+===13H2O
(3)xS+2e-===S
x(或2Na++xS+2e-===Na2Sx) 离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5
14.
(1)工业上用CO合成甲醇的反应式为:
CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)。
甲醇可用作燃料电池,其电池的工作原理如图所示。
①请写出X电极的电极反应式:
___________________________。
②当电路中有3mole-转移时,电池负极区中n(H+)的变化量为____________。
(2)熔融状态下,Z(Na)的单质和FeG2(G为Cl)能组成可充电电池(装置示意图如图),反应原理为:
2Z+FeG2
Fe+2ZG
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____________。
(3)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料,分别以N2、H2为电极反应物,以HCl-NH4Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池,试写出该电池的正极电极反应:
________________________________。
解析:
(1)①从图中电子转移方向可知,X为负极、Y为正极,故a是甲醇,X电极的电极反应式为:
CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+。
②正极氧气放电,消耗溶液中的H+,因溶液中只有H+通过,故电池负极区H+不变化。
(2)Na与FeCl2形成的可充电电池在放电时为原电池,正极发生的反应为Fe2++2e-===Fe。
充电时,原电池的负极接电源负极作电解池阴极,原电池的正极接电源正极作电解池阳极,故充电时钠接电源的负极。
因为该电池中电极材料为熔融Na电极和熔融FeCl2电极,所以电解质为β-Al2O3。
(3)正极N2得6个电子,HCl-NH4Cl溶液显酸性,所以生成NH
,最后用H+配平即可。
答案:
(1)①CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+ ②0
(2)Fe2++2e-===Fe 钠 β-Al2O3
(3)N2+6e-+8H+===2NH