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2019-2020年高二人教版化學選修4練習冊：4.2化學電源 　　　知識點一　一次電池 1．下列有關電池的說法不正確的是(　　) A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池 B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 C．甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能 D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極 2．茫茫黑夜中，航標燈為航海員指明了方向。航標燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制出以鋁合金、PtFe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池。在這種電池中(　　) ①鋁合金是陽極?、阡X合金是負極?、酆Ｋ请娊庖骸、茕X合金電極發(fā)生還原反應 A．②③ B．②④ C．①② D．①④ 3．鋅錳干電池的兩極分別為碳棒和鋅皮，在放電時電池總反應方程式可以表示為Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O。根據(jù)上述信息，下列結論正確的是(　　) A．放電時正極發(fā)生反應的物質(zhì)為NH B．Zn為負極，碳為正極 C．工作時，電子由碳極經(jīng)外電路流向Zn極 D．長時間連續(xù)使用該電池時，內(nèi)裝糊狀物不會流出 4．據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量大，而且沒有鉛污染。其電池反應為2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅、電解質(zhì)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(zhì)可能是強酸 　　　知識點二　二次電池 5．NiCd可充電電池，充電和放電時可以發(fā)生如下反應：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，該電池的負極材料是(　　) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 6．市場上經(jīng)常見到的標記為Liion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負極材料是金屬鋰和碳的復合材料(碳作為金屬鋰的載體)，電解質(zhì)為一種能傳導Li＋的高分子材料。這種鋰離子電池的總反應式為Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列說法不正確的是(　　) A．放電時，負極的電極反應式：Li－e－===Li＋ B．充電時，Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應 C．該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)溶液 D．放電過程中Li＋向負極移動 7．鉛蓄電池是化學電源，其電極材料分別是Pb和PbO2，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，工作時該電池的總反應式為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。試根據(jù)上述情況判斷： (1)蓄電池的負極材料是________________________________________________________________________。 (2)工作時，正極反應為________________________________________________________________________。 (3)工作時，電解質(zhì)溶液的酸性________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)工作時，電解質(zhì)溶液中陰離子移向________極。 (5)電流方向從________極流向________極。 　　　知識點三　燃料電池 8．燃料電池是一種新型電池，它利用燃料在反應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是負極 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 9．固體氧化物燃料電池是由美國西屋(Westinghouse)公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如圖L421所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是(　　) 圖L421 A．有O2放電的a極為電池的負極 B．有H2放電的b極為電池的正極 C．a(chǎn)極對應的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．該電池的總反應方程式為2H2＋O22H2O 10．(1)今有反應2H2＋O22H2O，要構成燃料電池，則負極通入的應是________，正極通入的應是________，電極反應式分別為________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作電解液，則電極反應式分別為________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (3)上述(1)和(2)的電解液不同，反應進行后，(1)中溶液pH變________(填“大”或“小”，下同)，(2)中溶液pH變________。 (4)如把H2改為甲烷，KOH溶液作電解液，則電極反應式分別為________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 11．有科技工作者制造了一種甲烷燃料電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入甲烷，電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2－。以下判斷錯誤的是(　　) A．電池正極發(fā)生的反應：O2＋4e－===2O2－ B．電池負極發(fā)生的反應：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O C．固體電解質(zhì)里的O2－的移動方向：由正極流向負極 D．向外電路釋放電子的電極：正極(即電子由正極流向負極) 12．鋰電池反應原理如下：FePO4＋LiLiFePO4，內(nèi)部為能夠導電的固體電解質(zhì)。下列有關該電池說法正確的是(　　) A．可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導電性 B．放電時電池內(nèi)部Li＋向負極移動 C．放電時，Li發(fā)生還原反應 D．放電時電池正極反應為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4 13．研究人員最近發(fā)明了一種“水”電池，這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量差別進行發(fā)電，在海水中電池總反應可表示為：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”電池在海水中放電時的有關說法正確的是(　　) A．正極反應式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10轉移2 mol電子 C．Na＋不斷向“水”電池的負極移動 D．AgCl是還原產(chǎn)物 圖L422 14．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L422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pH增大 D．電池總反應式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 15．氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應式如下 負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 當?shù)玫?.8 L飲用水時，電池內(nèi)轉移的電子數(shù)約為(　　) A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 16．有人設計出利用CH4和O2的反應，用鉑電極在KOH溶液中構成原電池。電池的總反應類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法正確的是(　　) ①每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e－?、谪摌O上CH4失去電子，電極反應式： CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O?、圬摌O上是O2獲得電子，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－?、茈姵胤烹姾螅芤簆H不斷升高 A．①② B．①③ C．①④ D．③④ 17．科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}： (1)這種電池放電時發(fā)生的化學反應方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)此電池的正極發(fā)生的電極反應式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 負極發(fā)生的電極反應式是________________________________________________________________________。 (3)電解液中的H＋向________極移動，向外電路釋放電子的電極是________。 (4)比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉化效率高，其次是__________________________。 圖L423 18．氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。圖L423為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)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 gcm－3，用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2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(zhì)的量為________mol。 第二節(jié)　化學電源 1．B　[解析] 鋰離子電池可以充電，再次使用，屬于二次電池，A項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故電流從銅電極流向鋅電極，而電子是由鋅電極流向銅電極，B項錯；電池的實質(zhì)即是化學能轉化成電能，C項正確；Zn失去電子生成Zn2＋，故作為負極，D項正確。 2．A　[解析] 較活潑的鋁合金為負極(②對)。PtFe合金網(wǎng)為正極，海水是電解液(③對)。負極上發(fā)生氧化反應(④錯)。 3．B　[解析] 在電池的正極上發(fā)生的是得電子的還原反應，是總反應中氧化劑發(fā)生反應的電極。由鋅錳干電池的總反應式可知，MnO2與NH發(fā)生的反應為正極反應，A項錯誤；根據(jù)原電池的工作原理可知，相對活潑(指金屬性)的一極為負極，相對不活潑的一極為正極，B項正確；在外電路，電子從負極流向正極，C項錯誤；長時間連續(xù)使用該電池，由于鋅皮慢慢溶解而破損，糊狀物很可能流出而腐蝕用電器，D項錯誤。 4．B　[解析] 利用電池反應式可知Zn在反應中失電子被氧化為Zn2＋，進而轉化為ZnO，因此鋅為電池負極，電解質(zhì)不可能是強酸(ZnO不會存在于強酸環(huán)境中)，電池正極發(fā)生還原反應。 5．A　[解析] 發(fā)生原電池反應即放電反應時，一定是較活潑的金屬作負極，發(fā)生氧化反應。故Cd是負極材料。 6．D 7．(1)Pb (2)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O (3)減小　(4)負　(5)正　負 [解析] 蓄電池工作(放電)時，起原電池作用。根據(jù)原電池原理，負極失去電子發(fā)生氧化反應，元素化合價升高，所以Pb為負極；正極得到電子發(fā)生還原反應，元素化合價降低，從總反應式可知，PbO2是氧化劑，即正極反應為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；從正極反應或電池的總反應可知H2SO4參加了反應，H＋轉變成H2O，所以酸性減?。辉姵毓ぷ鲿r，溶液中陰離子移向負極，陽離子移向正極；電流方向與電子移動方向相反，從正極沿導線流向負極。 8．D　[解析] 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。 9．D　[解析] 固體介質(zhì)允許O2－通過，說明為非水體系，因此C項中a極反應式不正確，這種表達是水溶液中進行的反應，a極反應式應該是O2＋2e－===O2－，b極反應為H2－2e－===2H＋，總反應方程式是H2＋O2H2O。 10．(1)H2　O2　負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O　正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)負極：2H2－4e－===4H＋　正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(3)小　大 (4)負極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ [解析] (1)根據(jù)總反應式可知H2在反應中被氧化，O2被還原，又因為是堿性溶液不可能有H＋參加或生成，故負極反應為2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)若將電解液換成酸性溶液，此時應考慮不可能有OH－參加反應，也不可能有OH－生成，負極：2H2－4e－===4H＋，正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)由于(1)是在堿性條件下反應，KOH量不變，但工作時H2O增多，故溶液變稀，pH將變??；而(2)中為酸性溶液，H2SO4不變，水增多，溶液酸性變小，故pH將變大。 (4)如把H2改為甲烷，用KOH溶液作電解液，則負極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，此時不會有CO2放出。 11．D　[解析] 因為放電時，電池正極發(fā)生還原反應(元素化合價降低)，負極發(fā)生氧化反應(元素化合價升高)。所以正極反應式是O2＋4e－===2O2－，負極反應式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述電池的正、負極反應式可以看出：正極反應“源源不斷”地產(chǎn)生O2－，負極反應要持續(xù)進行，則需要“持續(xù)不斷”的O2－供應，故電池內(nèi)O2－的移動方向是由正極流向負極。電池的負極發(fā)生氧化反應，失去電子，故外電路電子從負極流出，所以D錯誤。 12．D　[解析] 若加入H2SO4，則Li與H2SO4發(fā)生反應，A錯誤；放電時，原電池內(nèi)部陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，B錯誤；放電時，Li為負極，失電子發(fā)生氧化反應，C錯誤；放電時，原電池正極反應為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，D正確。 13．B　[解析] 根據(jù)總反應中化合價的升降和正極、負極的反應原理，正極反應為5MnO2＋2e－===Mn5O，負極反應為2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl，A項錯誤，B項正確；C項，陽離子向正極移動，錯誤；D項，AgCl是氧化產(chǎn)物，錯誤。 14．B　[解析] MgH2O2燃料電池中Mg作負極：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正極：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，總反應式為Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)減小，pH增大，且H＋移向正極。 15．D　[解析] n(H2O)＝＝100 mol 2H2＋4OH－－4e－===2H2O，即每生成1 mol H2O則轉移2 mol e－，當生成100 mol H2O時，轉移200 mol e－。 16．A　[解析] 甲烷燃燒生成CO2與H2O，CO2可與KOH作用生成K2CO3和H2O，因此結合題中信息可知該電池工作時總反應為CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，由此可知每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e－，①正確；負極上CH4失電子發(fā)生氧化反應，再結合電解質(zhì)溶液為強堿知碳元素轉化為CO，氫元素轉化為H2O，故負極反應式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，②正確；O2在正極上獲得電子發(fā)生還原反應，③錯誤；電池放電時，消耗KOH，溶液堿性減弱，pH降低，④錯誤。 17．(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋ (3)正　負極　(4)對環(huán)境無污染 [解析] 甲醇燃料電池實質(zhì)就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應來提供電能。CH3OH在負極發(fā)生氧化反應，電極反應式為2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧氣在正極反應：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，兩反應式相加即得總反應式。在電池中，負極釋放出電子移動到正極上，故向外電路釋放電子的電極為負極。在原電池的內(nèi)電路中，陽離子向正極移動，故H＋向正極移動。甲醇反應產(chǎn)物為CO2和H2O，對環(huán)境無污染。 18．(1)化學能轉變?yōu)殡娔堋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?、?2 [解析] (1)電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中，電子從負極經(jīng)導線流向正極，而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(zhì)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的體積之比為＝。由②生成的20 mol LiH與H2O反應，由反應Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e－，能量轉化率為80%，則通過的電子的物質(zhì)的量為20 mol280%＝32 mol。