高中化学能力练2新型化学电源题目的解题技巧含解析鲁科版选择性必修1

新型化学电源题目的解题技巧

(建议用时：40分钟)

1．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是(　　)

A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋

B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

C．电池工作时，H＋由正极移向负极

D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路流入通氧气的一极

C　[首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项正确；电池工作时，H＋移向正极而不是移向负极，C项错误。]

2．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　)

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气

C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－

C　[在原电池中，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，A项错误；每消耗1 mol O2，转移4 mol电子，若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24 L O2，B项错误；根据题意，电解质溶液呈酸性，正极的电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误。]

3．已知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在。我国研究的Al－H2O2燃料电池可用于深海资源的勘查、军事侦察等国防科技领域，装置示意图如图。下列说法错误的是(　　)

H2O2和NaOH的混合溶液

A．电池工作时，溶液中OH－通过阴离子交换膜向Al极迁移

B．Ni极的电极反应是HO＋2e－＋H2O===3OH－

C．电池工作结束后，电解质溶液的pH降低

D．Al电极质量减少13.5 g，电路中通过9.03×1023个电子

C　[A.据电池装置图分析，可知Al较活泼，作负极，而燃料电池中阴离子向负极移动，因而可推知OH－(阴离子)穿过阴离子交换膜，向Al电极移动，A正确；B.Ni为正极，是电子流入的一极，因而电极附近氧化性较强的氧化剂得电子，又知过氧化氢在强碱性溶液中主要以HO存在，可知HO得电子变为OH－，故按照缺项配平的原则，Ni极的电极反应是HO＋2e－＋H2O===3OH－，B正确；C.据电池装置图分析，可知Al较活泼，Al失电子变为Al3＋，Al3＋和过量的OH－反应得到[Al(OH)4]－和水，Al电极反应为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，Ni极的电极反应是HO＋2e－＋H2O===3OH－，因而电池反应为2Al＋3HO＋3H2O===2[Al(OH)4]－＋OH－，显然电池工作结束后，电解质溶液的pH升高，C错误；D.Al电极质量减少13.5 g，即Al消耗了0.5 mol，Al电极反应为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，因而转移电子数为0.5×3NA＝9.03×1023，D正确。]

4．某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是(　　)

A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D．当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子

D　[根据电池总反应2Ag＋Cl2===2AgCl可知Ag为负极，Cl2发生正极反应，电极反应式为：Cl2＋2e－===2Cl－，A项错误；负极上Ag失电子生成Ag＋，Ag＋与溶液中的Cl－反应生成AgCl沉淀，故白色沉淀在离子交换膜左侧生成，B项错误；用NaCl代替盐酸电池总反应不变，C项错误；当电路中转移0.01 mol e－时，交换膜左侧产生0.01 mol的Ag＋，Ag＋与盐酸产生AgCl沉淀，同时约有0.01 mol的H＋通过阳离子交换膜到达右侧溶液中，故左侧约减少0.02 mol离子，D项正确。]

5．科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池的说法不正确的是(　　)

A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极

B．该电池的总反应是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O

C．电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下的丙烷被完全氧化

D．通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O

A　[该燃料电池的化学原理是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，D正确；通入O2的电极为正极：O2＋4e－===2O2－，产生的O2－将向负极移动，A不正确。]

6．一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示，图中有机废水中的有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是(　　)

A．b电极为该电池的负极

B．b电极附近溶液的pH增大

C．a电极反应式：C6H10O5＋24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋

D．中间室：Na＋移向左室，Cl－移向右室

B　[该原电池中，硝酸根离子得电子发生还原反应，则b电极是正极，电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，H＋参加反应导致溶液的pH增大，故A错误，B正确；a电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳，电极反应为C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋，故C错误；放电时，电解质溶液中Na＋移向正极(右室)，Cl－移向负极(左室)，故D错误。]

7．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B．电极A上电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池工作时，CO向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO

D　[A项，由化合价变化可知，每消耗1 mol CH4转移6 mol电子；B项，电极A为负极，电极反应为：H2＋CO＋2CO－4e－===H2O＋3CO2；C项，电池工作时，CO向电极A移动；D项，电极B是正极，电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO。]

8．如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是(　　)

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

C　[A项，该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A项错；B项，装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2发生氧化反应，B项错；C项，装置X为电解池，其作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气)，C项正确；D项，化学能与电能间不可能完全转化，D项错。]

9．LED产品由于具有节能、寿命长的特点，越来越受到人们的欢迎。如图所示是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。

①a处通入的气体是氢气，b处通入的气体是氧气

②该装置中只涉及两种形式的能量转化

③电池正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

④P型半导体连接的是电池负极

上述说法中正确的是(　　)

A．①②　　B．①③　　C．③④　　D．②④

B　[由电子流向可知，a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故①正确；该装置中涉及的能量转化形式有化学能转化为电能，电能转化为光能和热能，故②错误；a为负极，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，b为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故③正确；P型半导体连接的是电池正极，故④错误。]

10．2017年5月18日，我国海域天然气水合物试采成功，如图所示的分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其中固体电解质是Y2O3－Na2O，O2－可以在此电解质中自由移动。下列有关叙述正确的是(　　)

A．该分析仪工作时，电极a为正极

B．电极a的反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O

C．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移4 mol电子

D．该分析仪可用于分析空气中甲烷的含量

D　[分析仪的工作原理类似燃料电池的工作原理，在其固体电解质中，O2－可以自由移动，根据燃料电池的工作原理可知，通入甲烷的一极为负极，通入空气的一极为正极，电池总反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，正极反应为O2＋4e－===2O2－，负极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O。根据上述分析可知，电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故A、B项错误；由正极反应式可知，1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2－，当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移2 mol电子，故C项错误；根据转移电子的量可以计算出通入甲烷的量，因此该分析仪可用于分析空气中甲烷的含量，故D项正确。]

11．(双选)热激活电池(又称热电池)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LiCl­KCl混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为：

PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb

下列说法正确的是(　　)

A．负极反应：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2

B．放电过程中，Li＋向钙电极移动

C．正极反应物为LiCl

D．常温时，在正负极间接上检流计，指针不偏转

AD　[负极上发生氧化反应，A正确；放电过程中Li＋向正极移动，B错误；由电池总反应可知，正极反应物是PbSO4，C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，因此在正负极之间连接检流计，指针不偏转，D正确。]

12．镁—H2O2酸性电池采用海水作电解质溶液(加入一定量酸)。

(1)该电池负极反应为__________________________。

(2)电池工作时，正极周围海水的pH________(填“增大”或“减小”)。

(3)溶液中的H＋向________(填“负极”或“正极”)移动。

(4)电池总反应为：_____________________________。

[解析]　(1)镁—H2O2酸性电池中，镁为活泼金属，应为原电池的负极，负极发生氧化反应，电极反应式为：Mg－2e－===Mg2＋。

(2)原电池工作时，正极发生还原反应，正极的电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，由于不断消耗H＋，使溶液中c(H＋)逐渐减小，根据pH＝－lgc(H＋)可知，正极周围海水的pH逐渐增大。(3)H＋是阳离子，在原电池中，溶液中的阳离子向正极移动。(4)由于在同一闭合回路中电子转移数目相等，将正极、负极电极反应式相加，就可得到该原电池的总反应方程式：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。

[答案]　(1)Mg－2e－===Mg2＋　(2)增大　(3)正极　(4)Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

13．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正极的电极反应式为________________________。

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1 mol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__________________________；

②工作时，O2－由电极________向电极________移动(填“a”或“b”)；

③电子由电极________通过传感器流向电极________(填“a”或“b”)。

[解析]　(1)由图可知A为燃料电池的正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。

(2)由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。

[答案]　(1)①正　②O2＋4H＋＋4e－===2H2O　③负　正　④22.4 L

(2)①CO＋O2－－2e－===CO2　②b　a　③a　b