高中第二单元 化学能与电能的转化第2课时课时练习

第2课时　化学电源

必备知识基础练进阶训练第一层

知识点一化学电池的分类与优劣

1.下列说法中正确的是(　　)

A．碱性锌锰电池是二次电池

B．铅酸蓄电池是一次电池

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

2．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是(　　)

A．利用电池外壳的金属材料

B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

D．回收其中的石墨电极

知识点二一次电池

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

4．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液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnO(OH)(s)。下列说法中错误的是(　　)

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－===2MnO(OH)(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0.2 mol电子，锌的质量减少6.5 g

知识点三二次电池

5.(学术探索情境)2019年10月9日诺贝尔化学奖授予了John B Goodenough、M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino三位科学家，以表彰他们在锂离子电池开发中的贡献。下面是锂离子放电时电池的总反应：Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。下列关于该电池的说法正确的是(　　)

A.Li1－xCoO2一端的电势要比LixC6的一端电势高

B．乙醇、乙酸可以作锂离子电池的电解质溶液

C．若将Li换成Na，放电时每转移1 mol e－，碳棒减少的质量更少

D．负极的电极反应式为

C6＋xLi＋－xe－===LixC6

6．铅酸蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：

(1)铅酸蓄电池的负极材料是________。

(2)工作时，正极反应为________________________________________。

(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________________极。

(5)电流方向从________极流向________极。

知识点四燃料电池

7.写出下列燃料电池的电极反应式和总反应式。

(1)酸性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：________________________________________________________________；

负极反应式：________________________________________________________________。

(2)碱性条件下的甲烷燃料电池

总反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：________________________________________________________________；

负极反应式：________________________________________________________________。

(3)碱性条件下的甲醇(CH3OH)燃料电池

总反应式：__________________________________________________________________；

正极反应式：________________________________________________________________；

负极反应式：________________________________________________________________。

关键能力综合练进阶训练第二层

一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。

1．下列说法错误的是(　　)

A．氧化还原反应释放的化学能是化学电池的能量来源

B．化学电池中负极材料不一定参加电极反应

C．二次电池的充电和放电过程是可逆反应

D．丢弃废旧电池不但会污染环境，而且是资源的浪费

2．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＋MnO2===LiMnO2，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．放电时正极的反应：MnO＋e－===MnO2

D．电池放电时，产生高锰酸根离子

3．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水。其电极反应如下：

负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

当得到1.8 L饮用水时，电池内转移电子的物质的量约为(　　)

A．1.8 mol    B．3.6 mol

C．100 mol    D．200 mol

4．(学术探索情境)美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(　　)

A．电池的负极反应为Mg－2e－===Mg2＋

B．电池工作时，H＋向负极移动

C．电池工作一段时间后，溶液的pH增大

D．电池总反应式是

Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

5．某种利用垃圾渗透液发电的装置示意图如下，工作时，下列说法中不正确的是(　　)

A．盐桥中Cl－向Y极移动

B．化学能转变为电能

C．电子由X极沿导线流向Y极

D．Y极发生的反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，周围pH增大

6．肼(N2H4)—空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是(　　)

A．负极的电极反应式是：

N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑

B．正极的电极反应式是：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．溶液中阴离子向正极移动

D．溶液中阴离子物质的量显著减少

7．固体氧化物燃料电池以固体氧化锆­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．有H2放电的b极为电池的正极

C．a极对应的电极反应为

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O

8．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(　　)

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

二、非选择题

9．(1)今有2H2＋O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式分别为________________________________________、________________________________________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式分别为________________________________________、________________________________________。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为________________________________________、________________________________________。

10．电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

根据上述反应式，做下列题目：

(1)判断下列叙述中正确的是________。

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________。

11．Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：

(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为________________________________。

(2)电池正极发生的电极反应为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是________________________________________，反应的化学方程式为________________________________________。

(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

第2课时　化学电源

必备知识基础练

1．答案：C

解析：碱性锌锰电池是一次电池；铅酸蓄电池是二次电池；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。

2．答案：B

解析：电池中含有的汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。

3．答案：D

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。

4．答案：C

解析：由电池总反应式可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极；外电路中每通过0.2 mol电子，参加反应的锌理论上为0.1 mol，即质量减少6.5 g。

5．答案：A

解析：在原电池中Li1－xCoO2一端发生还原反应，得到电子，而LixC6的一端发生氧化反应，失去电子，电流与电子的流动方向相反，电流是从电势高的一端流动到电势低的一端，所以Li1－xCoO2一端的电势要比LixC6的一端电势高，故A正确；乙醇、乙酸中有活泼氢，因而乙醇、乙酸不可以作锂离子电池的电解质溶液，故B错误；锂离子电池放电时每转移1 mol e－，碳棒减少7 g，若将Li换成Na，放电时每转移1 mol e－，碳棒减少23 g，故C错误；电源负极LixC6应失去电子，故D错误。

6．答案：(1)Pb

(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O

(3)增大　(4)负　(5)正　负

解析：根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，由总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；原电池工作时，电子从负极沿导线移向正极，电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。

7．答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O

CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋

(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O

2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O

(3)2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O

3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O

关键能力综合练

1．答案：C

解析：二次电池的充电和放电，是在不同条件下发生的反应，它们不是可逆反应。

2．答案：B

解析：Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===MnO。

3．答案：D

解析：n(H2O)＝＝100 mol，由总反应方程式：2H2＋O2===2H2O知，每生成2 mol H2O转移电子4 mol，现得到100 mol H2O，则转移电子200 mol。

4．答案：B

解析：Mg为负极，则负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，A项正确；电池工作时，H＋向正极移动，B项错误；电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，则电池工作一段时间后，溶液pH增大，C、D两项正确。

5．答案：A

解析：NH3生成N2氮元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，X极作负极；NO生成N2氮元素化合价降低，得电子，发生还原反应，Y极作正极。盐桥中Cl－向负极X极移动，故A错误；垃圾在微生物的作用下，发生氧化还原反应，形成了原电池，化学能转变成电能，故B正确；根据上述分析可知X极作负极，Y极作正极，电子由负极X极沿导线流向正极Y极，故C正确；Y极为正极，发生的电极反应为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，反应消耗H＋，pH增大，故D正确。

6．答案：A

解析：由电池总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O知，在反应中N2H4中N元素由－2价变为0价，失电子，发生氧化反应，为负极，O2得电子发生还原反应，为正极，又由于电解质溶液为KOH溶液，故电极反应式为：负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极失电子带正电，使溶液中阴离子向负极移动，根据总反应式知，n(OH－)不变。

7．答案：D

解析：a为正极：O2＋4e－===2O2－，b为负极：2H2＋2O2－－4e－===2H2O，总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。

8．答案：D

解析：分析氢氧燃料电池原理示意图可知a极为负极，其电极反应为：2H2－4e－===4H＋，b极为正极，其电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应式为：2H2＋O2===2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。

9．答案：(1)H2　O2

负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)负极：2H2－4e－===4H＋

正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O

(1)中pH变小，(2)中pH变大

(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O

正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

解析：(1)根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，碱性变弱，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4不变、水增多，溶液酸性变弱，故pH将变大。(3)如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。

10．答案：(1)C

(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag

(3)减小　增大　不变

解析：(1)判断原电池的正、负极，可以从两个方面：①微观：电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。②宏观：活泼的一极是负极，不活泼的一极是正极，电子是从负极沿导线流入正极，据此判断Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，将两极反应式相加得总反应式，由总反应式知，使用过程中KOH的量不变。

(2)将正、负极的电极反应式合并就可得到总反应式：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。

(3)负极反应时，消耗OH－，则负极区pH减小，正极反应时，生成了OH－，故正极区pH增大，负极消耗OH－的量与正极反应生成OH－的量相等，所以电解质溶液的pH不变。

11．答案：(1)Li　Li－e－===Li＋

(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

(3)出现白雾、有刺激性气味气体生成　SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑

(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应

解析：分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。

(1)负极材料为Li(还原剂)，电极反应式为Li－e－===Li＋。

(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。

(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则与水反应时产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味气体生成。

(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。