高中化学人教版 (新课标)必修2第二章 化学反应与能量第二节 化学能与电能课时练习

发展中的化学电源

题组一　常见化学电源

1．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是(　　)

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取出洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用

考点　常见化学电源

题点　废旧电池的危害及回收利用

答案　D

解析　虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。

2．最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池，其结构如图所示。

尽管这种电池的历史悠久，但对于它的化学过程人们尚未完全了解。一般认为，放电时，电池中的反应如下：

E极：2MnO2＋2e－＋2NH===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑

F极：Zn－2e－===Zn2＋

总反应式：2MnO2＋Zn＋2NH===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O

下列说法正确的是(　　)

A．E极是电池的正极，发生的是氧化反应

B．F极是电池的负极，发生的是氧化反应

C．从结构上分析，锌锰电池应属于可充电电池

D．锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的

考点　常见化学电源

题点　锌锰干电池

答案　B

解析　E极发生还原反应，应为电池的正极，F极发生氧化反应，为电池的负极。干电池中反应不可逆，故不属于可充电电池。

3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4溶液，电池放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列对电池放电时的分析正确的是(　　)

A．Pb为正极被氧化

B．电子从PbO2流向外电路

C．SO向PbO2处移动

D．电解质溶液pH不断增大

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池

答案　D

解析　根据元素化合价变化知，铅失电子作还原剂而被氧化，则铅作负极，故A错误；该原电池中，铅失电子作负极，二氧化铅得电子作正极，导致电子从铅沿导线流向正极二氧化铅，故B错误；该原电池放电时，硫酸根离子向负极铅移动，氢离子向正极二氧化铅移动，故C错误；根据电池反应式知，硫酸参加反应，则溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，故D正确。

4．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，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，正确的是(　　)

A．该电池工作时电能转化为化学能

B．该电池中电极a是正极

C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O

考点　常见化学电源

题点　氢氧燃料电池

答案　D

解析　燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。

5．下列关于化学电源的说法正确的是(　　)

A．干电池放电之后还能再充电

B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能

C．充电电池可以无限制地反复放电、充电

D．氢氧燃料电池是一种环境友好型电池

考点　常见化学电源

题点　常见化学电源的综合判断

答案　D

解析　A项，干电池是一次性电池，放电之后不能再充电，错误；B项，充电电池在放电时化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能，错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好型电池，正确。

题组二　新型化学电源

6．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)

A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋

B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋

C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO

D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋

考点　新型化学电源

题点　用途广泛的锂电池

答案　B

解析　由总反应i＋nO2===inO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化,在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。

7．鱼雷采用Al—Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　)

A．Ag2O为电池的正极

B．Al在电池反应中被氧化

C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极

D．溶液中的OH－向Al极迁移

考点　新型化学电源

题点　层出不穷的新型化学电源

答案　C

解析　A项，根据原电池工作原理，化合价升高，失电子的作负极，即铝单质作负极，则Ag2O作电池的正极，正确；B项，根据电池总反应，铝的化合价升高，被氧化，正确；C项，根据原电池工作原理，外电路电子从负极流向正极，由铝流向氧化银，错误；D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向铝极，正确。

8．(2017·永州高一检测)镍镉(Ni—Cd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，该电池的负极材料是(　　)

A．Cd   B．NiO(OH)

C．Cd(OH)2   D．Ni(OH)2

考点　新型化学电源

题点　常考常新的充电电池

答案　A

解析　放电时，元素化合价升高的物质为负极材料。

9．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O,2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。下列有关说法中错误的是(　　)

A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应

B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱

C．此电池属于环境友好型电池

D．此电池中化学能100%转化为电能

考点　新型化学电源

题点　甲烷燃料电池

答案　D

解析　A项，CH4燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，所以CH4在负极上反应，氧气得电子发生还原反应，所以O2在正极上反应，正确；B项，根据电池总反应CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O知，OH－参加反应，所以溶液中OH－浓度降低，溶液的碱性减弱，正确；C项，该电池放电时不产生对环境有污染的物质，所以属于环境友好型电池，正确；D项，此电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。

10．如图是甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理示意图，下列判断不正确的是(　　)

A．电极A为电池负极

B．电极B表面上发生还原反应

C．工作一段时间溶液pH保持不变

D．燃料电池工作时不会出现火焰

考点　新型化学电源

题点　甲醇燃料电池

答案　C

解析　甲醇燃料电池中，甲醇在负极通入，氧气在正极通入，即A是负极，B是正极，O2在电极B表面发生还原反应，A、B正确；由于氧气和甲醇不直接接触，不可能产生火焰，D正确；因为反应后会生成碳酸钾，消耗氢氧化钾，因此溶液的碱性降低，C错误。

11．据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、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．正极发生氧化反应

D．电解液为强酸

考点　新型化学电源

题点　金属空气燃料电池

答案　B

解析　Zn与O2反应的电子转移情况为，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是2Zn＋O2===2ZnO，而是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

12．一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是(　　)

A．电池工作时，电子由a流向b

B．微生物所在电极区放电时发生还原反应

C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区

D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O

考点　新型化学电源

题点　微生物燃料电池

答案　D

解析　因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。

13．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

(1)该电池的负极是________，负极反应式是________。

(2)正极现象是_______________________________________________。

(3)放电时OH－向________(填“正极”或“负极”)移动。

考点　新型化学电源

题点　化学电源的相关综合

答案　(1)锂　Li－e－===Li＋　(2)有无色气体产生　(3)负极

解析　金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性：H＋＞Li＋，所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动。

14．目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示，根据图示回答下列问题：

铅蓄电池的负极是__________，负极反应式是__________________________________，铅蓄电池的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，则正极反应式为__________________。放电过程中溶液的密度________(填“增大”“减小”或“不变”)。

考点　常见化学电源

题点　铅蓄电池的相关综合

答案　铅　Pb－2e－＋SO===PbSO4　PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　减小

解析　正极反应式等于总反应式减去负极反应式，放电过程中消耗了硫酸，故电解液的密度减小。

15．如图为原电池装置示意图。

(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是________(填字母)。

A．铝片、铜片   B．铜片、铝片

C．铝片、铝片   D．铜片、铜片

写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：______________________________

________________________________________________________________________。

(2)若A为Pb，B为PbO2，电解质为H2SO4溶液，工作时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。写出B电极反应式：__________________________

________________________________________________________________________；

该电池在工作时，A电极的质量将________(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4，则转移电子的数目为________。

(3)若A、B均为铂片，电解质为KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式：___________________________________；

该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将________(填“增强”“减弱”或“不变”)。

考点　常见化学电源

题点　电极反应式的书写

答案　(1)B　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O

(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O　增加　0.1NA

(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O　减弱

解析　(1)铝遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，故此时作负极的是铜片；铝能与烧碱溶液反应，铜不能，此时作负极的是铝片；铝在烧碱溶液中失去电子后结合OH－生成AlO。(2)B为PbO2，得到电子后结合溶液中的SO生成难溶的PbSO4：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；同样A极也生成PbSO4，故质量会增加；由总反应可知消耗2 mol H2SO4时，转移2 mol电子，故消耗0.1 mol H2SO4时转移电子的数目为0.1NA。(3)碱性条件下电极反应式中不能出现H＋，只能出现OH－；因为电池反应最终生成了水，对KOH溶液有稀释作用，故溶液的碱性将减弱。