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2019-2020年高二人教版化學(xué)選修4練習(xí)冊(cè)：4.2化學(xué)電源 　　　知識(shí)點(diǎn)一　一次電池 1．下列有關(guān)電池的說(shuō)法不正確的是(　　) A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池 B．銅鋅原電池工作時(shí)，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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極 2．茫茫黑夜中，航標(biāo)燈為航海員指明了方向。航標(biāo)燈的電源必須長(zhǎng)效、穩(wěn)定。我國(guó)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(yáng)極?、阡X合金是負(fù)極?、酆Ｋ请娊庖骸、茕X合金電極發(fā)生還原反應(yīng) 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(shí)電池總反應(yīng)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(jié)論正確的是(　　) A．放電時(shí)正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)為NH B．Zn為負(fù)極，碳為正極 C．工作時(shí)，電子由碳極經(jīng)外電路流向Zn極 D．長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用該電池時(shí)，內(nèi)裝糊狀物不會(huì)流出 4．據(jù)報(bào)道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因?yàn)殇\電池容量大，而且沒(méi)有鉛污染。其電池反應(yīng)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(jìn)入負(fù)極反應(yīng) B．負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋ C．正極發(fā)生氧化反應(yīng) D．電解質(zhì)可能是強(qiáng)酸 　　　知識(shí)點(diǎn)二　二次電池 5．NiCd可充電電池，充電和放電時(shí)可以發(fā)生如下反應(yīng)：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，該電池的負(fù)極材料是(　　) A．Cd B．NiO(OH) C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2 6．市場(chǎng)上經(jīng)常見(jiàn)到的標(biāo)記為L(zhǎng)iion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料(碳作為金屬鋰的載體)，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子材料。這種鋰離子電池的總反應(yīng)式為L(zhǎng)i＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li－e－===Li＋ B．充電時(shí)，Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng) C．該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)溶液 D．放電過(guò)程中Li＋向負(fù)極移動(dòng) 7．鉛蓄電池是化學(xué)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(shí)該電池的總反應(yīng)式為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。試根據(jù)上述情況判斷： (1)蓄電池的負(fù)極材料是________________________________________________________________________。 (2)工作時(shí)，正極反應(yīng)為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (3)工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的酸性________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)工作時(shí)，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(shí)點(diǎn)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(yīng)過(guò)程中把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。氫氧燃料電池的基本反應(yīng)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(fù)極 B．Y是正極 C．Y極發(fā)生還原反應(yīng) D．Y極發(fā)生氧化反應(yīng) 9．固體氧化物燃料電池是由美國(guó)西屋(Westinghouse)公司研制開(kāi)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(guò)。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(yīng)。下列判斷正確的是(　　) 圖L421 A．有O2放電的a極為電池的負(fù)極 B．有H2放電的b極為電池的正極 C．a(chǎn)極對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．該電池的總反應(yīng)方程式為2H2＋O22H2O 10．(1)今有反應(yīng)2H2＋O22H2O，要構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通入的應(yīng)是________，正極通入的應(yīng)是________，電極反應(yīng)式分別為_(kāi)_______________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (2)如把KOH改為稀H2SO4作電解液，則電極反應(yīng)式分別為_(kāi)_______________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (3)上述(1)和(2)的電解液不同，反應(yīng)進(jìn)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(yīng)式分別為_(kāi)_______________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 11．有科技工作者制造了一種甲烷燃料電池，一個(gè)電極通入空氣，另一個(gè)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(dǎo)O2－。以下判斷錯(cuò)誤的是(　　) A．電池正極發(fā)生的反應(yīng)：O2＋4e－===2O2－ B．電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)：CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O C．固體電解質(zhì)里的O2－的移動(dòng)方向：由正極流向負(fù)極 D．向外電路釋放電子的電極：正極(即電子由正極流向負(fù)極) 12．鋰電池反應(yīng)原理如下：FePO4＋LiLiFePO4，內(nèi)部為能夠?qū)щ姷墓腆w電解質(zhì)。下列有關(guān)該電池說(shuō)法正確的是(　　) A．可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性 B．放電時(shí)電池內(nèi)部Li＋向負(fù)極移動(dòng) C．放電時(shí)，Li發(fā)生還原反應(yīng) D．放電時(shí)電池正極反應(yīng)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(jìn)行發(fā)電，在海水中電池總反應(yīng)可表示為：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列“水”電池在海水中放電時(shí)的有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．正極反應(yīng)式：Ag＋Cl－－e－===AgCl B．每生成1 mol Na2Mn5O10轉(zhuǎn)移2 mol電子 C．Na＋不斷向“水”電池的負(fù)極移動(dòng) D．AgCl是還原產(chǎn)物 圖L422 14．美國(guó)海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)共同研制成功了用于潛航器的鎂過(guò)氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖L422所示。以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(　　) A．電池的負(fù)極反應(yīng)為Mg－2e－===Mg2＋ B．電池工作時(shí)，H＋向負(fù)極移動(dòng) C．電池工作一段時(shí)間后，溶液的pH增大 D．電池總反應(yīng)式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 15．氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，電極反應(yīng)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(yīng)式如下 負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)出利用CH4和O2的反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說(shuō)法正確的是(　　) ①每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e－?、谪?fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式： CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)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(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國(guó)已計(jì)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(shí)向一個(gè)電極通入空氣?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)這種電池放電時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式是________________________________________________________________________。 (3)電解液中的H＋向________極移動(dòng)，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(diǎn)，其中主要有兩點(diǎn)：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率高，其次是__________________________。 圖L423 18．氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)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(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。請(qǐng)回答： (1) 氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是__________________________，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開(kāi)_______(用a、b表示)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開(kāi)_______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)該電池工作時(shí)，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(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。 金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是________，反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為_(kāi)_______。 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(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為_(kāi)_______mol。 第二節(jié)　化學(xué)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(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)；電池的實(shí)質(zhì)即是化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項(xiàng)正確；Zn失去電子生成Zn2＋，故作為負(fù)極，D項(xiàng)正確。 2．A　[解析] 較活潑的鋁合金為負(fù)極(②對(duì))。PtFe合金網(wǎng)為正極，海水是電解液(③對(duì))。負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)(④錯(cuò))。 3．B　[解析] 在電池的正極上發(fā)生的是得電子的還原反應(yīng)，是總反應(yīng)中氧化劑發(fā)生反應(yīng)的電極。由鋅錳干電池的總反應(yīng)式可知，MnO2與NH發(fā)生的反應(yīng)為正極反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)原電池的工作原理可知，相對(duì)活潑(指金屬性)的一極為負(fù)極，相對(duì)不活潑的一極為正極，B項(xiàng)正確；在外電路，電子從負(fù)極流向正極，C項(xiàng)錯(cuò)誤；長(zhǎng)時(shí)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(xiàng)錯(cuò)誤。 4．B　[解析] 利用電池反應(yīng)式可知Zn在反應(yīng)中失電子被氧化為Zn2＋，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為ZnO，因此鋅為電池負(fù)極，電解質(zhì)不可能是強(qiáng)酸(ZnO不會(huì)存在于強(qiáng)酸環(huán)境中)，電池正極發(fā)生還原反應(yīng)。 5．A　[解析] 發(fā)生原電池反應(yīng)即放電反應(yīng)時(shí)，一定是較活潑的金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)。故Cd是負(fù)極材料。 6．D 7．(1)Pb (2)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O (3)減小　(4)負(fù)　(5)正　負(fù) [解析] 蓄電池工作(放電)時(shí)，起原電池作用。根據(jù)原電池原理，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，所以Pb為負(fù)極；正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，元素化合價(jià)降低，從總反應(yīng)式可知，PbO2是氧化劑，即正極反應(yīng)為PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O；從正極反應(yīng)或電池的總反應(yīng)可知H2SO4參加了反應(yīng)，H＋轉(zhuǎn)變成H2O，所以酸性減小；原電池工作時(shí)，溶液中陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極；電流方向與電子移動(dòng)方向相反，從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極。 8．D　[解析] 從電極反應(yīng)式中可以看出，X極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，作正極，Y極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極。 9．D　[解析] 固體介質(zhì)允許O2－通過(guò)，說(shuō)明為非水體系，因此C項(xiàng)中a極反應(yīng)式不正確，這種表達(dá)是水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，a極反應(yīng)式應(yīng)該是O2＋2e－===O2－，b極反應(yīng)為H2－2e－===2H＋，總反應(yīng)方程式是H2＋O2H2O。 10．(1)H2　O2　負(fù)極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O　正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)負(fù)極：2H2－4e－===4H＋　正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(3)小　大 (4)負(fù)極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ [解析] (1)根據(jù)總反應(yīng)式可知H2在反應(yīng)中被氧化，O2被還原，又因?yàn)槭菈A性溶液不可能有H＋參加或生成，故負(fù)極反應(yīng)為2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)若將電解液換成酸性溶液，此時(shí)應(yīng)考慮不可能有OH－參加反應(yīng)，也不可能有OH－生成，負(fù)極：2H2－4e－===4H＋，正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)由于(1)是在堿性條件下反應(yīng)，KOH量不變，但工作時(shí)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(fù)極：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，正極：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，此時(shí)不會(huì)有CO2放出。 11．D　[解析] 因?yàn)榉烹姇r(shí)，電池正極發(fā)生還原反應(yīng)(元素化合價(jià)降低)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)(元素化合價(jià)升高)。所以正極反應(yīng)式是O2＋4e－===2O2－，負(fù)極反應(yīng)式是CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。由上述電池的正、負(fù)極反應(yīng)式可以看出：正極反應(yīng)“源源不斷”地產(chǎn)生O2－，負(fù)極反應(yīng)要持續(xù)進(jìn)行，則需要“持續(xù)不斷”的O2－供應(yīng)，故電池內(nèi)O2－的移動(dòng)方向是由正極流向負(fù)極。電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，故外電路電子從負(fù)極流出，所以D錯(cuò)誤。 12．D　[解析] 若加入H2SO4，則Li與H2SO4發(fā)生反應(yīng)，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，原電池內(nèi)部陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；放電時(shí)，Li為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，C錯(cuò)誤；放電時(shí)，原電池正極反應(yīng)為FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，D正確。 13．B　[解析] 根據(jù)總反應(yīng)中化合價(jià)的升降和正極、負(fù)極的反應(yīng)原理，正極反應(yīng)為5MnO2＋2e－===Mn5O，負(fù)極反應(yīng)為2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；C項(xiàng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，AgCl是氧化產(chǎn)物，錯(cuò)誤。 14．B　[解析] MgH2O2燃料電池中Mg作負(fù)極：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正極：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，總反應(yīng)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(zhuǎn)移2 mol e－，當(dāng)生成100 mol H2O時(shí)，轉(zhuǎn)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(jié)合題中信息可知該電池工作時(shí)總反應(yīng)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(fù)極上CH4失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，再結(jié)合電解質(zhì)溶液為強(qiáng)堿知碳元素轉(zhuǎn)化為CO，氫元素轉(zhuǎn)化為H2O，故負(fù)極反應(yīng)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(yīng)，③錯(cuò)誤；電池放電時(shí)，消耗KOH，溶液堿性減弱，pH降低，④錯(cuò)誤。 17．(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋ (3)正　負(fù)極　(4)對(duì)環(huán)境無(wú)污染 [解析] 甲醇燃料電池實(shí)質(zhì)就是利用CH3OH燃料在氧氣中反應(yīng)來(lái)提供電能。CH3OH在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧氣在正極反應(yīng)：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，兩反應(yīng)式相加即得總反應(yīng)式。在電池中，負(fù)極釋放出電子移動(dòng)到正極上，故向外電路釋放電子的電極為負(fù)極。在原電池的內(nèi)電路中，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，故H＋向正極移動(dòng)。甲醇反應(yīng)產(chǎn)物為CO2和H2O，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。 18．(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)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(yīng)速率 (4)①Li　H2O?、诨?.7110－4?、?2 [解析] (1)電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極，故電子由a流動(dòng)到b。 (2)H2在負(fù)極失電子，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液，故負(fù)極反應(yīng)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(yīng)速率。 (4)LiH中Li為＋1價(jià)，H為－1價(jià)，故反應(yīng)Ⅰ中還原劑是Li，反應(yīng)Ⅱ中氧化劑是H2O。由反應(yīng)Ⅰ可知吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 L H2時(shí)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(yīng)，由反應(yīng)Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e－，能量轉(zhuǎn)化率為80%，則通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為20 mol280%＝32 mol。