2019版化学人教版选修4训练：第4章 第2节　化学电源 .docx

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1、 第二节化学电源课时过关能力提升一、基础巩固1.下列化学电源属于绿色电池的是()A.干电池B.镍镉电池C.锌锰电池D.氢氧燃料电池答案:D2.锌锰干电池在放电时,总反应方程式可以表示为Zn+2MnO2+2NH4+Zn2 +Mn2 O3+2NH3 +H2O,在此电池放电时正极(石墨棒)上发生反应的物质是()A.ZnB.碳C.MnO2和NH4+D.Zn2+和NH3答案:C3.正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,它具有容量大等优点,其电池反应为2Zn+O22ZnO,其原料为锌、电解液和空气,则下列叙述正确的是()A.锌为正极,空气进入负极反应B.负极反应为Zn-2e-Zn2+C.正极发生

2、氧化反应D.电解液是强酸答案:B4.在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列该电池的电极反应,正确的是()A.负极反应为Zn-2e-Zn2+B.负极反应为Zn+2H2O-2e-Zn(OH)2+2H+C.正极反应为2MnO2+2H+2e-2MnO(OH)D.正极反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-解析:在书写碱性电池的电极反应式时,不得出现H+。在碱性电池中,负极的Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合为Zn(OH)2。答案:D5.一种新型燃料电池,一极通入空气,另一极通入丁烷气体;电

3、解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体,在熔融状态下能传导O2-。下列对该燃料电池的说法正确的是()A.在熔融电解质中,O2-由负极移向正极B.电池的总反应是:2C4H10+13O28CO2+10H2OC.通入空气的一极是正极,电极反应为:O2+4e-2O2-D.通入丁烷的一极是正极,电极反应为:C4H10+26e-+13O2-4CO2+5H2O答案:C6.如图装置为某新型燃料电池的工作示意图,以HClNH4Cl溶液为电解质溶液。下列有关说法中正确的是()A.通入H2的电极为正极B.该电池的负极反应式为:N2+6e-+8H+2NH4+C.图中分离出的A物质为NH4ClD.该电池工

4、作一段时间后,溶液的pH减小答案:C7.锂电池是新一代高能电池,目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2。下列说法中正确的是()A.Li是正极,MnO2是负极B.放电时负极的反应:Li-e-Li+C.放电时正极发生氧化反应D.电池放电时,产生高锰酸根离子解析:Li为负极,发生反应:Li-e-Li+,属氧化反应,MnO2为正极,发生还原反应,整个过程无高锰酸根离子产生。答案:B8.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换

5、膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。答案:A9.一种由甲醇、氧气和强碱溶液(作电解质)组成的新型手机电池,可持续使用一个月,其电池反应为2CH3OH+3O2+4OH-2CO32-+6H2O,则有关说法正确

6、的是()A.放电时CH3OH参与反应的电极为正极B.放电时负极的电极反应式为CH3OH+8OH-6e-CO32-+6H2OC.标准状况下,通入5.6 L O2并完全反应后,有0.5 mol电子转移D.放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的pH降低解析:该原电池负极电极反应式为2CH3OH+16OH-12e-2CO32-+12H2O,正极反应式为3O2+6H2O+12e-12OH-,A、D项错误,B项正确;C项应有1 mol电子转移,C项错误。答案:B10.镍氢电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镍镉电池。镍氢电池的总反应式是12H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根据此反

7、应式判断,下列叙述正确的是()A.电池放电时,电池负极周围溶液的碱性增强B.电池放电时,镍元素被氧化C.电池放电时,氢元素被还原D.电池放电时,氢气是负极反应物解析:充电电池在放电时是一个电源(原电池),发生原电池反应,在这个反应方程式中从左到右是放电,根据发生氧化反应的是负极,发生还原反应的是正极,所以D正确,B、C错误;而H2作为电池的负极发生的反应是H2+2OH-2e-2H2O,溶液中应该是OH-浓度减小,所以A错误。答案:D11.若用锌棒和石墨作电极,氯化铵溶液为电解液,制成一化学电源如下图所示。试回答:(1)电极名称:Zn,C。(2)电子移动方向,电流方向。离子移动方向:阳离子移向极

8、。(3)电解质溶液的质量(填“变大”或“变小”)。(4)若负极质量减轻1.3 g,则通过电路的电子数目为。解析:(1)符合构成原电池的条件,在组成的原电池中Zn作负极,C为正极。(2)电子从负极(Zn)沿导线流向正极(C),电流方向与电子流动方向相反,电解质溶液中的阳离子移向正极。(3)原电池反应为Zn+2NH4+Zn2+2NH3+H2。电解质溶液由NH4Cl变为ZnCl2,故溶液的质量变大。(4)m(Zn)=1.3 g,n(Zn)=0.02 mol,失电子数(即通过电路的电子数)为0.046.021023=2.4081022。答案:(1)负极正极(2)从负极(Zn)沿导线移向正极(C)从正极

9、流向负极正(3)变大(4)2.4081022二、能力提升1.在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是()A.X是电源的负极B.阴极的电极反应式是H2O+2e-H2+O2-,CO2+2e-CO+O2-C.总反应可表示为H2O+CO2H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11解析:H2O、CO2混合气体制备H2和CO时,氢元素及碳元素的化合价降低,H2O和CO2发生还原反应,则该极为阴极,连接电源的负极,A选项正确;因电解质是金属氧化物,故该过程中可以传递O2-,则阴极反应为H2O+2e-

10、H2+O2-,CO2+2e-CO+O2-,B选项正确;图中阳极放出的是O2,2O2-4e-O2,则总反应方程式为H2O+CO2H2+CO+O2,C选项正确;从总反应方程式看,阴极和阳极生成的气体的物质的量之比是21,D选项错误。答案:D2.金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O4M(OH)n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是()A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al

11、、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn+nO2+2nH2O+4ne-4M(OH)nD.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜解析:多孔电极的表面积大,电极与电解质溶液的接触面积大并利于氧气扩散,A项正确;根据信息提示,质量均为m g的Mg、Al、Zn完全反应,转移的电子的物质的量分别为m12 mol、m9 mol、m32.5 mol,由此知Al转移电子数最多,B项正确;正极为O2放电,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;采用中性电解质可防止负极产生的Mg2+与OH-反应生

12、成Mg(OH)2沉淀,采用阳离子交换膜可阻止OH-向负极移动,与Mg2+反应生成氢氧化镁沉淀,D项正确。答案:C3.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移 D.在电池反应中,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体22.46 L解析:微生物主要成分是蛋白质,高温条件下蛋白质变性,失去活性,A错误;通入燃料C6H12O6的极为负极,负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+(能放出CO2

13、,应该是酸性溶液,所以右边写H+。不能在左边加OH-、右边写H2O),B正确;正极反应为6O2+24H+24e-12H2O,从两极反应可知:负极生成H+,正极消耗H+,即通过质子交换膜从负极到正极传导H+,C错误;从总反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L,D错误。答案:B4.(2018全国卷)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x(x=0或1)。下列说法正确的是()A.放电时,多孔碳材料电极为负极B.放电时,外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C.充电时,电解质

14、溶液中Li+向多孔碳材料区迁移D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-x2)O2解析:放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。答案:D5.有一种以甲醇为原料,以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池,充一次电可以连续使用一个月。已知该电池的总反应式为:2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O请填空:(1)放电时,负

15、极的电极反应为。(2)充电时,原电池的负极与外电源的极相连。(3)若在常温、常压下,1 g CH3OH燃烧生成CO2和液态水时放出22.68 kJ的热量,表示该反应的热化学方程式为。解析:(1)CH3OH中C元素从-2价变成+4价,所以CH3OH是负极反应物,发生氧化反应,反应式为CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O,因电解质为KOH,所以CH3OH的氧化产物不是CO2而是CO32-。(2)该电池在充电时,阴极得到电子,发生还原反应,所以应该与外接电源的负极相连。答案:(1)CH3OH-6e-+8OH-CO32-+6H2O(2)负(3)CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H=-725.76 kJmol-1