高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化第2课时课后作业题

第2课时　化学电源

基础巩固

1.下列关于铅蓄电池的说法正确的是(　　)。

A.放电时,正极发生的电极反应是Pb+S-2e-PbSO4

B.放电时,该电池的负极材料是铅板

C.充电时,电池中硫酸的浓度不断减小

D.充电时,阳极发生的反应是PbSO4+2e-Pb+S

答案:B

2.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质溶液,电池反应为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH,下列说法错误的是(　　)。

A.电池工作时,锌失去电子

B.电池正极的电极反应式为2MnO2+H2O+2e-2MnOOH

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,锌的质量理论上减小6.5 g

答案:C

解析:电池工作时,外电路的电子应该由负极流出,流入正极,C项错误。

3.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)。

A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+

B.正极反应式为Ag++e-Ag

C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑

答案:B

解析:根据题意,Mg-海水-AgCl电池反应为Mg+2AgClMgCl2+2Ag。负极反应式为Mg-2e-Mg2+,A项正确;正极反应式为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,B项错误;对原电池来说,阴离子由正极移向负极,C项正确;由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,D项正确。

4.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液,其充、放电按下式进行:Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是(　　)。

A.充电时阳极反应:Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O

B.充电过程是化学能转化为电能的过程

C.放电时负极附近溶液的碱性不变

D.放电时电解质溶液中的OH-向正极移动

答案:A

解析:由总反应可知,放电时,负极Cd发生氧化反应:Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2,负极附近溶液的碱性变弱,C项错误。正极反应为2NiOOH+2e-+2H2O2Ni(OH)2+2OH-,放电时,OH-由正极向负极移动,D项错误。充电时,电能转化为化学能,B项错误。充电时阳极发生氧化反应:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,A项正确。

5.氢氧燃料电池是一种能在航天飞机上使用的特殊电池,其反应原理示意图如下所示。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是(　　)。

A.由于a、b两电极没有活动性差别,不能构成原电池

B.a电极是负极,电极上发生氧化反应

C.产物为无污染的水,属于环境友好的绿色电池

D.外电路中电流由b电极通过导线流向a电极

答案:A

解析:燃料电池中电极的活泼性可以是相同的,通入氢气的电极为负极,a电极为负极,a电极上发生氧化反应,通入氧气的电极为正极,A项错误,B项正确;氢氧燃料电池反应产物为无污染的水,属于环境友好的绿色电池,C项正确;b电极是正极,则外电路中电流由b电极通过导线流向a电极,D项正确。

6.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如图所示,电池反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是(　　)。

A.电子通过外电路从b极流向a极

B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2

D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极

答案:D

解析:由电池反应方程式及原电池原理可知,充入H2的一极为负极,则a极是负极,充入O2的一极为正极,则b极是正极;电子由负极(a极)经外电路流向正极(b极);电池内部阳离子即H+移向正极(b极),正极(b极)的电极反应式应为O2+4H++4e-2H2O,A、B项错误,D项正确;C项没有指明是否为标准状况,C项错误。

7.一种可充电锂-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,多孔碳材料为阴极

D.充电时,电池总反应为Li2O2-x2Li+(1-)O2

答案:D

解析:利用题中信息知,放电时,Li失电子发生氧化反应,作负极,O2在多孔碳材料电极上得电子发生还原反应,因此多孔碳材料电极为正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极(锂电极)流向正极(多孔碳材料电极),B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极为阳极,C项错误;充电电池的放电反应是充电反应的逆过程,充电时电池总反应是Li2O2-x转化为Li和O2,D项正确。

8.一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。回答下列问题。

(1)该电池放电时的电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)该电池的正极反应式为　　　　　　　　　　　　,负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)电解质溶液中H+向　　　极移动,向外电路释放电子的电极是　　　　　　　。 

(4)使用该燃料电池的另一个好处是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)2CH3OH+3O22CO2+4H2O　(2)3O2+12H++12e-6H2O　2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+　(3)正　负极　(4)产物是CO2和H2O,对环境无污染

能力提升

1.环保、安全的铝-空气电池的工作原理如图所示,下列有关叙述错误的是(　　)。

A.NaCl的作用是增强溶液的导电性

B.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-

C.该电池工作过程中,电解质溶液的pH不断增大

D.该电池工作过程中,每通过6 mol电子,消耗铝电极的质量为54 g

答案:C

解析:由图示可知Al电极为负极,负极反应式为Al+3OH--3e-Al(OH)3,O2在正极发生反应O2+2H2O+4e-4OH-,电池反应方程式为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,电池工作过程中,电解质溶液的pH基本不变,A、B项正确,C项错误。该电池工作过程中,每通过6mol电子,消耗2molAl,即54g铝,D项正确。

2.肼(N2H4)曝露在空气中容易爆炸,但是以其为燃料的燃料电池是一种理想的电池,具有容量大、能量转化率高、产物无污染等特点,其工作原理如图所示,下列叙述正确的是(　　)。(已知阳离子交换膜只允许阳离子通过)

A.电池工作时,正极附近的pH降低

B.当消耗1 mol O2时,有2 mol Na+由甲槽向乙槽迁移

C.负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O

D.若去掉阳离子交换膜,电池也能正常工作

答案:C

解析:电池工作时,O2在正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,由于生成OH-,溶液的pH升高,A项错误。当消耗1molO2时,电路中转移4mol电子,生成4molOH-,为保持溶液呈电中性,应有4molNa+由甲槽向乙槽迁移,B项错误。N2H4在负极上失电子发生氧化反应,则负极反应式为4OH-+N2H4-4e-N2↑+4H2O,C项正确。若去掉阳离子交换膜,肼(N2H4)与氧气混合容易发生爆炸,D项错误。

3.某新型可充电电池构造如图所示,工作时(需先引发铁与氯酸钾的反应,从而使LiCl-KCl共晶盐熔化)某电极(记为X)的电极反应式之一为xLi++xe-+LiV3O8Li1+xV3O8。下列说法正确的是(　　)。

A.放电时,正极的电极反应式为Li-e-Li+

B.放电时,电池总反应式为xLi+LiV3O8Li1+xV3O8

C.充电时,X电极与电源负极相连

D.充电时,X电极的质量增加

答案:B

解析:由题干所给电极反应式可知,X电极上发生得电子的还原反应,故X电极是正极,结合题图知,X电极是LiV3O8,则Li-Si合金是负极,负极的电极反应式为Li-e-Li+,结合X电极的电极反应式可知放电时电池总反应式为xLi+LiV3O8Li1+xV3O8,A项错误,B项正确;充电时,X电极应与电源正极相连,C项错误;充电时,X电极的电极反应与放电时X电极的电极反应互为逆反应,则充电时X电极的质量减小,D项错误。

4.(双选)锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示),电解质溶液为溴化锌水溶液,电解质溶液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是(　　)。(已知:阳离子交换膜只允许阳离子通过)

A.充电时电极a连接电源的负极

B.放电时负极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+

C.放电时右侧电解质储罐中的离子总浓度增大

D.阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应

答案:AC

解析:由图可知,放电时锌作负极,充电时电极b应该与电源的负极相连,A项错误。放电时该电池为原电池,负极上锌失去电子转化为锌离子,B项正确。放电时Br2得到电子发生还原反应,有Br-生成,同时有Zn2+从右侧通过阳离子交换膜进入左侧,故左侧电解质储罐中的离子总浓度增大,C项错误。阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻止了Br2与Zn直接发生反应,使氧化反应和还原反应在不同的区域进行,D项正确。

5.瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害。一种瓦斯分析仪(图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时,通过传感器显示。该瓦斯分析仪的工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是

Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是(　　)。

A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a

B.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b

C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O

D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移4 mol

答案:C

解析:电子不能在电池内电路中流动,只能在外电路中流动,A项错误;O2-是阴离子,应向负极移动,即O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B项错误;甲烷所在电极a为负极,电极反应为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O,C项正确;1molO2得到4mol 电子生成2molO2-,故当固体电解质中有1molO2-通过时,电子转移2mol,D项错误。

6.燃料电池是利用燃料与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。依据材料回答下列问题:

(1)一种用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如下,下列有关说法正确的是　　　　(填字母)。 

A.电池工作时,Na+向负极移动

B.电子由电极2经外电路流向电极1

C.电池总反应为4NH3+3O22N2+6H2O

D.电极2上发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O

(2)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。(已知质子交换膜只允许H+通过)

①A为生物燃料电池的　　　　(填“正”或“负”)极。 

②正极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 

负极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 

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,理论上能生成标准状况下CO2气体　　　　 L。 

⑤该电池　　　　(填“能”或“不能”)在高温下工作。 

(3)CO无色、无味、有毒,世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO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CO的含量越高。

①a极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②工作时,O2-由电极　　　　(填“a”或“b”,下同)向电极　　　　移动,电子由电极　　　　通过传感器流向电极　　　　。 

答案:(1)C

(2)①正　②O2+4H++4e-2H2O　C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+　③负　正　④22.4　⑤不能

(3)①CO+O2--2e-CO2　②b　a　a　b

解析:(1)先分析进出电极物质的化合价,判断电池正负极,NH3→N2,N元素化合价升高,故电极1为原电池负极,电极2为原电池正极,电池工作时,Na+向正极移动,电子由电极1经外电路流向电极2,电极2的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。电极1的电极反应式为2NH3+6OH--6e-N2+6H2O。

(2)①通入O2的一极为燃料电池的正极,故A为燃料电池的正极,B为燃料电池的负极。②由于电解质中含有H+,故正极电极反应为O2+4H++4e-2H2O,负极电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+。

③放电过程中,H+由负极区向正极区移动。

④葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,即1molO2~1molCO2,每消耗1molO2,理论上生成标准状况下CO2气体22.4L。

⑤由于微生物中蛋白质在高温下会发生变性,故该电池不能在高温下工作。

(3)根据题图可知,该电池为一种燃料电池,通入O2的一极为正极,则电极b为正极,b极电极反应式为O2+4e-2O2-,电极a为负极,a极电极反应式为CO+O2--2e-CO2,总反应式为2CO+O22CO2。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。