学年化学人教版选修4同步检测42化学电源.docx
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学年化学人教版选修4同步检测42化学电源
第二节 化学电源
记一记
1.碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH。
2．铅蓄电池是最常见的二次电池，正板是PbOz，负极是Pb，电解质溶液是H2SO4溶液。
3．氢氧燃料电池两类型：
（1）酸性电解质时：
负极反应式：
2H2－4e－===4H＋；
正极反应式：
O2＋4H＋＋4e===2H2O。
（2）碱性电解质时：
负极反应式：
2H2＋4OH－4e－===4H2O；
正极反应式：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
探一探
1.一次电池和二次电池的本质区别是什么？
[提示] 一次电池放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，可多次重复使用。
2．燃料电池与干电池或蓄电池有何差别？
[提示] 主要差别是燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是由外部提供燃料和氧化剂。
3．已知铅蓄电池的充、放电过程：
Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）
2PbSO4（s）＋2H2O（l）。
（1）铅蓄电池放电时，正极区域溶液的pH是如何变化的？
（2）铅蓄电池放电时，两极发生什么反应？
充电时两极发生什么反应？
据此，在充电时，怎样连接电源的两极？
[提示]
（1）铅蓄电池放电时，正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO
＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应消耗H＋，故c（H＋）下降，pH升高。
（2）放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应；铅蓄电池在充电时，负极接电源负极，正极接电源正板。
4．试根据燃料电池的电池反应：
CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，讨论并写出该电池的电极反应式。
[提示] ①将总反应改写成离子方程式CH4＋2O2＋2OH－===CO
＋3H2O；②根据总反应方程式可知：
CH4→CO
碳元素，化合价升高失去电子被氧化：
CH4－8e－＋10OH－===CO
＋7H2O；③氧气为氧化剂，被还原：
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。
判一判
判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）废旧电池中含汞、镉、铅、镍等重金属，随意丢弃会污染环境，应对废旧电池分类回收，集中处理。
（√）
（2）锌银电池中负极是锌，工作时发生还原反应。
（×）
（3）镍镉电池工作原理是Cd＋2NiO（OH）＋2H2O
2Ni（OH）2＋Cd（OH）2，所以电解质可以是硫酸。
（×）
（4）二次电池的充电反应和放电反应互为可逆反应。
（×）
（5）化学电源就是利用原电池工作原理设计的一种直流电源。
（√）
（6）碱性锌锰电池为一次电池，它的负极材料是锌。
（√）
（7）铅蓄电池放电一段时间后，正、负电极的质量都减小。
（×）
（8）化学电源能使化学能全都转化为电能。
（×）
（9）光伏电池也是一种化学电源。
（×）
（10）燃料电池的优点是能量转化率高、污染小且连续不断地提供电能。
（√）
练一练
1.[2019·天津高二期末]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）＋2MnOOH（s），下列说法错误的是（ ）
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－===2MnOOH（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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g
答案：
C
2．[2019·大连高二检测]镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。
已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：
Cd＋2NiOOH＋2H2O
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
有关该电池的说法正确的是（ ）
A．充电时阳极反应：
Ni（OH）2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
答案：
A
3．[2019·衡阳高二月考]如图所示的水溶液锂离子电池体系。
下列叙述错误的是（ ）
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi
C．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
答案：
C
4．[2019·威海高二调研]肼（N2H4）－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质为20%～30%的KOH溶液，电池总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。
下列关于该电池工作时说法中正确的是（ ）
A．溶液的pH保持不变
B．溶液中的阴离子向正极移动
C．正极的电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．负极的电极反应式：
N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2
答案：
D
知识点一一次电池
1.如图是锌锰干电池的示意图，该电池放电时总反应方程式可以表示为Zn＋2MNO2＋2NH
===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O，则此电池放电时在正极（碳棒）上发生反应的物质是（ ）
A．ZnB．碳C．MnO2和NH
D．Zn2＋和NH3
解析：
结合题图可知，Zn筒为电池的负极，碳棒为电池的正极，负极上Zn失电子变成Zn2＋，失去的电子被MnO2得到，则正极上MnO2得电子和NH
反应生成Mn2O3、NH3和H2O。
所以正极上的反应物为NH
和MnO2。
答案：
C
2.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。
其工作示意图如下。
下列说法不正确的是（ ）
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：
Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2
D．放电前后电解质溶液pH保持不变
解析：
该电池的电解质溶液为KOH，电池工作时负极发生反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，正极发生反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2OH－＋2Ag，OH－数目不变，但水被消耗，溶液pH升高。
答案：
D
知识点二二次电池
3.如图是铅蓄电池的构造示意图，下列说法错误的是（ ）
A．铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过外电路流向PbO2板
C．电池工作时，负极的电极反应式为Pb－2e－＋SO
===PbSO4
D．电池工作时，H＋移向Pb板
解析：
铅蓄电池是可充电电池，是二次电池，充电时电能转化为化学能，A项正确；在该电池中Pb板为负极，则电池工作时，电子由Pb板通过外电路流向PbO2板，B项正确；电池工作时，负极的电极反应式为Pb－2e－＋SO
===PbSO4，C项正确；在原电池工作时，阳离子向正极移动，则H＋移向PbO2板，D项错误。
答案：
D
4．镁及其化合物一般无毒（或低毒）、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，因而越来越成为人们研制绿色原电池所关注的焦点。
其中一种镁电池的反应为xMg＋Mo3S4
MgxMo3S4，则镁电池放电时，下列说法错误的是（ ）
A．Mg2＋向正极迁移
B．正极的电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S
C．Mo3S4发生氧化反应
D．负极的电极反应式为xMg－2xe－===xMg2＋
解析：
放电时，该电池作原电池，镁是还原剂，作原电池的负极，失去电子，电极反应式是xMg－2xe－===xMg2＋，D项正确。
Mo3S4在反应中是氧化剂，得到电子，发生还原反应，电极反应式是Mo3S4＋2xe－===Mo3S
，B项正确，C项错误、原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，A项正确。
答案：
C
5．全固态锂硫电池能量密度高、成本做，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＋xS8===8Li2Sx（2≤x≤8）。
下列说法错误的是（ ）
A．电池工作时，正极可发生反应：
2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子．负极材料减重0.14g
C．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：
原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：
Li2S8→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02mol电子，负极有0.02molLi（质量为0.14g）被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。
答案：
D
知识点三燃料电池和新型电池
6.[2019·北京四中高三期中]利用如图所尔装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO。
下列说法中正确的是（ ）
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．电极a表面发生还原反应
C．该装置工作时，H＋从b极区向a极区移动
D．该装置中每生成1molCO，同时生成1molO2
解析：
由电子流向可知，该装置的负极（a电极）反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正极（b电极）反应式为2CO2＋4e－＋4H＋===2CO＋2H2O，总反应为2CO2－2CO＋O2，因CO的燃烧为放热反应，故该反应为吸热反应。
吸收的能量只能来自太阳能，即反应的过程将太阳能转化为化学能，A项正确；电极a（负极）应该发生失电子的氧化反应，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，所以H＋应该向b极区移动，C项错误；根据总反应，每生成1molCO得到0.5molO2，D项错误。
答案：
A
7．科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高。
该电池一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，其中电池的电解质是掺杂了Y2O3（Y为钇）的ZrO2（Zr为锆）晶体，它在高温下能传导O2－。
若以丁烷（C4H10）代表汽油，总反应为2C4H10＋13O2===8CO2＋10HO。
下列有关该电池的说法中错误的是（ ）
A．该电池负极的电极反应式为C4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O
B．O2－向负极移动
C．该电池正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．丁烷在放电时发生氧化反应
解析：
丁烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C4H10－26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O，故A正确；原电池中，阴离子向负极移动，即O2－向负极移动，故B正确；正极上通入空气，氧气得电子发生还原反应，由电解质的性质知，O2得电子被还原为O2－，故电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故C错误；丁烷在负极放电时发生氧化反应，故D正确。
答案：
C
8．新型NaBH4/H2O2燃料电池（DBFC）的结构如图。
该电池总反应方程式为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O，下列有关说法正确的是（ ）
A．电池正极I葛的电极反应为BH
＋8OH－－8e－===BO
＋6H2O
B．电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA
解析：
根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH－，所以B电极是正极，发生的反应为H2O2＋2e－===2OH－，故A、B错误；放电时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以Na＋从负极区向正极区迁移，故C错谟；在电池反应中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6mol，根据H2O2＋2e－===2OH－知，理论上流过电路中的电子数为6mol×2×NAmol－1＝12NA，故D正确。
答案：
D
9．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH。
请回答下列问题：
（1）高铁电池的负极材料是________，放电时负极的电极反应式为
________________________________________________________________________。
（2）放电时，正极发生________（填“氧化”或“还原”）反应；正极的电极反应式为____________________________。
放电时，________（填“正”或“负”）极附近溶液的碱性增强。
解析：
放电时，电池的负极上发生氧化反应，负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2，正极上发生还原反应，正极的电板反应式为FeO
＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－，则正极附近生成了OH－，溶液的碱性增强。
答案：
（1）Zn Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
（2）还原 Fe
＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－ 正
基础达标
1.下列说法中正确的是（ ）
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质储存在电池内
解析：
碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池；燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是从外界不断输入电池。
答案：
C
2．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＋I2===2LiI
D．金属锂作正极
解析：
该电池中Li的活泼性强，作负极，其反应为2Li－2e－===2Li＋，B、D均错误。
正极反应为I2＋2e－===2I－，A错误；总反应为2Li＋I2===2LiI，C正确。
答案：
C
3．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－===H2↑
C．4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
解析：
正极得电子，体液中溶解的氧气得电子而发生还原反应：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项正确。
答案：
D
4．饱和甘汞电极（Hg－Hg2Cl2）因其电动势稳定，常被用作参比电极，其内部构造如图所示。
当甘汞电极与锌共同插入ZnCl2溶液中构成原电池时，下列说法不正确的是（ ）
A．负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
B．正极的电极反应式为Hg2Cl2＋2e－===2Hg＋2Cl－
C．多孔物质相当于盐桥
D．甘汞电极中，Cl－既不是反应物，也不是产物
解析：
Zn的金属活动性比Hg强，故Zn作负极，Zn失去电子生成Zn2＋，A项正确。
甘汞电极作正极，电极反应式为Hg2Cl2＋2e－===2Hg＋2Cl－，B项正确，D项错洪。
多孔物质接触电解液，和另一电极构成闭合回路，相当于盐桥，C项正确。
答案：
D
5．某种新型超级电池采用高铁酸钾（K2FeO4）作正极材料，填充H2的金属作负极材料，KOH溶液为电解液，该电池具有电压高且稳定、绿色环保等特点。
、下列说法正确的是（ ）
A．正极的电极反应式为2FeO
＋10OH－＋6e－===Fe2O3＋5H2O
B．负极的电极反应式为H2－2e－===2H＋
C．电池工作过程中，溶液的pH增大
D．该电池工作时，电子从负极经KOH溶液流向正极
解析：
根据题意可知，正极的电极反应式为2FeO
＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－，负极的电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，电池总反应为2K2FeO4＋3H2===Fe2O3＋H2O＋4KOH，故A、B项错误，C项正确。
该电池工作时电子从负极经外电路流向正极，D项错误。
答案：
C
6．通过NO传感器可监测NO的含量，其工作原理如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．该装置实现化学能向电能的转化
B．该电池的总反应为2NO＋O2===2NO2
C．NiO电极的电极反应式：
NO＋O2－2e－===NO2
D．当有2.24L的O2参与反应时，转移了0.4mole－
解析：
A项，装置原理为原电池原理，是把化学能转他成电能的装置，正确；B项，根据装置的工作原理，正极反应：
O2＋4e－===2O2－，负极反应：
NO＋O2－－2e－===NO2，两式相加得2NO＋O2===2NO2，正确；C项，由B项的分析知，正确；D项，没有说明在标准状况下，错误。
答案：
D
7．[2019·内蒙古鄂尔多斯一中高二下学期期末考试]一种碳纳米管能够吸附氢气，用这种材料制备的二次电池原理如图所示，该电池的电解质溶液为6mol·L－1KOH溶液，则下列说法正确的是（ ）
A．放电时K＋移向负极
B．放电时电池负极的电极反应式为H－2e－===2H＋
C．放电时电池正极的电极反应式为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－
D．放电时镍电极附近溶液的pH变小
解析：
放电时，该电池为原电池，由图知镍电极勾正极，电解质溶液中阳离子向正极移动，所以K＋移向镍电极，A项错误；已知电解质溶液为KOH溶液，放电时碳电极作负极，H2失电子发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－＋OH－===2H2O，B项错误；由图分析可知，放电时，镍电极为正极，NiO（OH）得电子发生还原反应，电极反应式为NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－，有OH－生成，C项正确，D项错误。
答案：
C
8.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。
一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl－KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。
该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
下列有关说法正确的是（ ）
A．正极反应式：
Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．常温下，在正、负极间接上电流表或检流计，指针发生偏转
D．每转移0.1mol电子，理论上生成10.35gPb
解析：
正极发生还原反应，电极反应式为PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，故A项错误；放电过程中阳离子向正极移动，即Li＋向正极移动，故B项错误；常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此在正、负极间连接电流表或检流计，指针不偏转，故C项错误；根据电极反应式PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，可知每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molPb，质量为10.35g，故D项正确。
答案：
D
9．据报道，美国一个海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池。
该电池可同时供应电和水蒸气，其然料为H2，电解质为熔融的K2CO3，工作温度为600～700℃。
已知该电池的总反应为2H2＋O===2H2O，负极的电极反应为H2＋CO
－2e－===H2O＋CO2。
下列推断正确的是（ ）
A．正极的电极反应为4OH－－4e－===O2＋2H2O
B．放电时，CO
向负极移动
C．电池供应1mol水蒸气时，转移电子的物质的量为4mol
D．放电时，CO
向正极移动
解析：
以电池正极的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO
，A项错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，B项正确，D项错误；电池提供1mol水蒸气时，转移的电子的物质的量为2mol，C项错误。
答案：
B
10．NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极上反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是（ ）
A．石墨Ⅰ电极为正极，石墨Ⅱ电极为负极
B．Y的化学式可能为NO
C．石墨Ⅰ电极的电极反应式为NO2＋NO
－e－===N2O5
D．石墨Ⅱ电极上发生氧化反应
解析：
解本题的关键是要分析出示意图中的Y。
氧气在反应中被还原，所以石墨Ⅱ电极是正极，石墨Ⅰ电极是负极，A项不正确。
Y是NO2被氧化后的产物，则为N2O5，B项不正确，二氧化氮失去电子化合价升高，故负极的电极反应式为NO2＋NO3－e－===N2O5，C项正确。
石墨Ⅱ电极上发生的是还原反应，D项不正确。
答案：
C
11.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。
有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
根据上述反应式，完成下列题目。
（1）下列叙述正确的是________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
（2）写出电池的总反应式：
________________________________________________________________________。
（3）使用时，负极区的pH________（填“增大”“减小”或“不变”，下同），正极区的pH________，电解质溶液的pH________。
解析：
（1）将两电极反应方程式相加得总反应方程式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，使用过程中没有消耗KOH，A项错误；Zn为自极，Ag2O为正极，电子在外电路中由Zn―→Ag2O，故B、D两项错误，C项正确。
（2）总反应方程式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
（3）由电极反应式知，使用时，负极区消耗OH，造成pH减小，正极区生成OH－，造成pH增大；而电解质溶液的pH不变。
答案：
（1）C
（2）Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
（3）减小 增大 不变
12．燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
（1）以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
①A为生物燃料电池的________（填“正”或“负”）极。
②正极反应式为______________________________________________________。
③放电过程中，H＋由________极区向________极区迁移（填“正”或“负”）。
④在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。
（2）一氧化碳无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。
一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。
传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。
请回答：
①a极电极反应式为
______
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