第1章 化学反应与能量转化 专题强化练1　新型化学电源——锂电池与非水电池

专题强化练1　新型化学电源——锂电池与非水电池

1.(2020湖北宜昌调研,)锂—空气电池的工作原理如图所示。当多孔电极材料选用纳米多孔金时,该电池表现出良好的循环性能。放电时电池总反应为2Li+O2 Li2O2。下列说法错误的是(　　)

A.该电池的电解液常用锂盐的有机溶液

B.电池工作时,外电路中通过0.01 mol电子,负极材料质量减少0.07 g

C.电池工作时,正极反应可能经过两个过程:Li++O2+e- LiO2,Li++LiO2+e- Li2O2

D.电池充电时间越长,电池中Li2O2越多

2.(2020河南安阳高三模拟,)近几年科学家发明了一种新型可控电池——锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)

A.电极a的材料是Li

B.电极b上发生还原反应,气体N是氢气

C.消耗锂的质量为14 g时,产生22.4 L气体N

D.该装置是一次电池

3.(2020山西晋中高考适应性调研,)近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”的锂铜空气燃料电池,该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电力,整个反应过程中,铜相当于催化剂,装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.放电时,Li+透过固体电解质向Cu极移动

B.放电时,正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-

C.空气的作用是把铜表面氧化为Cu2O

D.锂电极质量减少1.4 g时,至少需通入空气约5.6 L(标准状况下)

4.(2020湖北沙市中学高二检测,)有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷气体,电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。以下判断错误的是(　　)

A.电池正极发生的反应:O2+4e- 2O2-

B.电池负极发生的反应:CH4+4O2--8e- CO2+2H2O

C.固体电解质里的O2-的移动方向:由正极流向负极

D.向外电路释放电子的电极:正极

5.(2020河南濮阳高三模拟,)氢氧熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池(600~700 ℃),具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样、余热利用价值高等优点。氢氧熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)

A.电池工作时,熔融碳酸盐只起导电的作用

B.负极反应式为H2-2e-+C CO2+H2O

C.该电池可利用工厂中排出的CO2,减少温室气体的排放

D.电池工作时,外电路中通过0.2 mol电子,消耗3.2 g O2

6.(2020广东茂名高三模拟,)H2S是一种剧毒气体,如图为质子膜H2S燃料电池的示意图,可对H2S废气资源化利用。下列叙述错误的是(深度解析)

A.电极a是负极,电池工作时,电子的流动方向:电极a→负载→电极b→质子膜→电极a

B.该电池工作时,化学能转化为电能和热能

C.电极b上发生的电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O

D.当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+经质子固体电解质膜进入正极区

答案全解全析

基础过关练

1.D　该电池的负极是Li,电解质溶液不能是水溶液,故电解液常用锂盐的有机溶液,A正确;负极的电极反应为Li-e- Li+,若外电路中通过0.01 mol电子,则有0.01 mol Li反应,负极材料质量减少0.07 g,B正确;根据电池总反应可知,Li最终转化成了Li2O2,Li可能先生成LiO2,再生成Li2O2,即正极反应可能经过两个过程:Li++O2+e- LiO2,Li++LiO2+e- Li2O2,C正确;充电时电池总反应为Li2O2 2Li+O2,电池充电时间越长,电池中Li2O2越少,D错误。

2.C　根据题图知电极a的材料是Li,A正确;电极b上发生还原反应,水溶液中的氢离子得电子生成H2,B正确;未指明温度和压强,无法确定生成气体的体积,C错误;该装置是一次电池,D正确。

3.B　放电时为原电池,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,根据题给装置图可知,Li为负极,Cu为正极,则Li+向Cu极移动,A正确;根据题给装置图和题中信息可知,正极的电极反应式是Cu2O+2e-+H2O 2Cu+2OH-,B错误;根据题给装置图可知,空气的作用是把Cu表面氧化为Cu2O,C正确;根据4Li~4e-~O2可知,消耗氧气的物质的量为 mol=0.05 mol,消耗标准状况下空气的体积约为5×0.05×22.4 L=5.6 L,D正确。

4.D　甲烷燃料电池中,正极上氧气得电子生成氧离子,电极反应式为O2+4e- 2O2-,故A正确;负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水,电极反应式为CH4-8e-+4O2- CO2+2H2O,故B正确;放电时,电解质中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,所以氧离子由正极向负极移动,C正确;向外电路释放电子的电极是负极,电子从负极流出,故D错误。

5.B　根据题给图示可知,在氢氧熔融碳酸盐燃料电池中,通入氢气的电极为负极,电极反应式为H2-2e-+C CO2+H2O,通入氧气的电极为正极,电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C,总反应为2H2+O2 2H2O。根据上述分析可知,电池工作时,熔融碳酸盐参与了电极反应,A错误;负极反应式为H2-2e-+C CO2+H2O,B正确;根据总反应可知,该电池工作时没有消耗二氧化碳,不能减少温室气体的排放,C错误;电池工作时,外电路中通过0.2 mol电子,消耗0.05 mol氧气,则消耗的氧气质量为1.6 g,D错误。

6.A　根据该燃料电池的示意图可知,在电极a上H2S失电子发生氧化反应,电极a是负极,电池工作时,电子从负极经导线流向正极,电子不能在电解质中定向移动,A错误;该电池工作时,化学能转化为电能和热能,B正确;在电极b上O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O,C正确;根据O2+4e-+4H+ 2H2O可知,当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+经质子固体电解质膜进入正极区,D正确。

特别提醒

本题涉及原电池的工作原理,注意“电子不下水,离子不上岸”的工作原理。