1、化学电源(30分钟50分)一、选择题(本题包括5小题,每小题8分,共40分)1.有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是()A.所示电池工作中,MnO2的作用是催化剂B.所示电池放电过程中,硫酸浓度不断增大C.所示电池工作过程中,盐桥中K+移向硫酸锌溶液D.所示电池中,Ag2O是氧化剂,放电时被还原为Ag【解析】选D。碱性锌锰电池中二氧化锰为氧化剂,A错误;铅蓄电池放电时电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,H2SO4浓度减小,B错误;原电池中阳离子向正极移动,故盐桥中K+移向硫酸铜溶液,C错误;该原电池中,正极上氧化银得电子,生成银,所以Ag2O作氧化剂,D正确。
2、【补偿训练】下列电池属于二次电池的是()A.锌银纽扣电池B.氢氧燃料电池C.铅蓄电池D.锌锰干电池【解析】选C。锌锰干电池、锌银纽扣电池、氢氧燃料电池等属于不可充电电池,完全放电后不能再使用,属于一次电池,铅蓄电池属于可充电电池,可以反复充电放电,属于二次电池,故选C。2.(2019郑州高二检测)碳呼吸电池是一种新型的能源装置,电池原理如图所示,则下列有关说法正确的是()A.该装置将电能转变为化学能B.正极的电极反应为C2-2e-2CO2C.每生成1 mol Al2(C2O4)3,有6 mol 电子流过负载D.随着反应进行,草酸盐浓度不断变小【解析】选C。该装置属于燃料电池,将化学能转化为电能
3、,A错误;结合电池原理图可得正极反应式为2CO2+2e-C2,B错误;每生成1 mol Al2(C2O4)3,负极有2 mol Al失去电子,共失去6 mol 电子,所以有6 mol 电子流过负载,C正确;根据正负极反应情况可得电池总反应为2Al+6CO2Al2(C2O4)3,所以反应过程中不消耗草酸盐,D错误。【补偿训练】 (2019福州高二检测)宇宙飞船使用的是氢氧燃料电池,其电池反应为2H2+O22H2O,电解质溶液为KOH溶液,反应保持在较高温度,使H2O蒸发。下列说法正确的是()A.此电池能发出蓝色的火焰,总的化学反应为2H2+O22H2OB.通入H2的一极为正极,通入O2的一极为负
4、极C.工作时电解质溶液的pH不断减小D.电极反应:负极,2H2+4OH-4e-4H2O;正极,O2+2H2O+4e-4OH-【解析】选D。燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的,燃料电池中的反应没有燃烧现象,故A项错误;反应中H2被氧化,通入H2的一极为负极,通入O2的一极为正极,B项错误;反应中电解质溶液KOH的质量不变,而且由题意可知反应产生的水蒸发,故电解质溶液浓度不变,则pH不变,C项错误。3.(2019沈阳高二检测)美国一个海军航空站曾安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为600700 ,所用燃料为H2,电解质为熔融的K2CO3,已知该
5、电池的总反应为:2H2+O22H2O,负极反应为2H2+2C-4e-2H2O+2CO2,则下列推断中正确的是()A.正极反应为4OH-4e-O2+2H2OB.该电池的电极没有参加反应C.电池供应1 mol水蒸气,转移的电子数为4 molD.O2从正极通入,发生氧化反应【解析】选B。由总反应式减去负极反应式得正极反应式:O2+2CO2+4e-2C,A项错;燃料电池电极本身不参加反应,B项正确;由总反应式知,电池供应1 mol水蒸气,转移的电子为2 mol,C项错;该电池为氢氧燃料电池,负极是H2,发生氧化反应,正极是O2,发生还原反应,D项错。【补偿训练】1.(2019海口高二检测)Li
6、49020;Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池,该电池中正极的电极反应式为:2Li+FeS+2e-Li2S+Fe,下列有关该电池的说法中,正确的是()A.LiAl在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为+1B.该电池的总反应式为2Li+FeSLi2S+FeC.负极的电极反应式为Al-3e-Al3+D.充电时,阴极发生的电极反应式为Li2S+Fe-2e-2Li+FeS【解析】选B。由正极的电极反应式知,在负极上Li失去电子被氧化,所以LiAl在电池中作为负极材料,该材料中Li的化合价为0,故A项错误;负极的电极反应式为2Li-2e-2Li+,故C
7、项错误;该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和:2Li+FeSLi2S+Fe,故B项正确;由于充电时阴极发生还原反应,所以阴极的电极反应式为2Li+2e-2Li,故D项错误。2.电瓶车所用电池一般为铅蓄电池,这是一种典型的可充电电池,电池总反应式为Pb+PbO2+4H+2S2PbSO4+2H2O,则下列说法正确的是()A.放电时:电子流动方向由A经导线流向BB.放电时:正极反应是Pb-2e-+SPbSO4C.充电时:铅蓄电池的负极应与充电器的正极相连D.充电时:阳极反应是PbSO4-2e-+2H2OPbO2+S+4H+【解析】选D。放电时,Pb为负极,PbO2为正极,电子从负极B流向正极A
8、,选项A错误;正极反应是PbO2+4H+S+2e-PbSO4+2H2O,选项B错误;充电时,铅蓄电池的负极应与充电器电源负极相连,选项C错误;充电时,阳极发生氧化反应,即PbSO4-2e-+2H2OPbO2+S+4H+,选项D正确。3.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A.该电池能够在高温下工作B.电池的负极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移D.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【解析】选B。由于是微生物燃料电池,则不可能在高温下工作,A错误;放
9、电过程中,H+从负极区向正极区迁移,结合O2-形成H2O,C错误;每消耗1 mol O2则转移4 mol电子,由C6H12O6+6H2O-24e-6CO2+24H+计算出:转移4 mol电子则生成1 mol CO2,即标准状况下体积为22.4 L,D错误。4.(2019哈尔滨高二检测)一种突破传统电池设计理念的镁-锑液态金属储能电池工作原理如图所示,该电池所用液体密度不同,在重力作用下分为三层,工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。该电池工作一段时间后,可由太阳能电池充电。下列说法不正确的是()A.放电时,Mg(液)层的质量减小B.放电时正极反应为Mg2+2e-MgC.该电池充电时,Mg-Sb(
10、液)层发生还原反应D.该电池充电时,Cl-向中层和下层分界面处移动【解析】选C。放电时,负极Mg失电子生成镁离子,则Mg(液)层的质量减小,A正确;正极镁离子得电子生成Mg,则放电时正极反应为Mg2+2e-Mg,B正确;该电池充电时,Mg-Sb(液)层为阳极,阳极发生失电子的氧化反应,C错误;该电池充电时,阴离子向阳极移动,即Cl-向中层和下层分界面处移动,D正确。【补偿训练】(2019长沙高二检测)科学家预言,被称为“黑金”的“新材料之王”石墨烯将“彻底改变21世纪”。中国华为研发人员利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,已在世界上率先开发出石墨烯电池,电池反应式为Lix
11、C6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2,其工作原理如图。下列关于该电池的说法正确的是()A.有设计师建议该电池采用隔膜效果更好,可选用质子交换膜B.放电时,LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+C.石墨烯电池通过提高储锂容量进而提高能量密度,废旧的该电池进行“放电处理”让Li+嵌入LiCoO2中而有利于回收D.石墨烯电池充电时LiCoO2极与电源负极相连【解析】选C。隔膜只允许Li+通过,所以不能选用质子交换膜,A错误;根据电池反应,放电时,LiCoO2上得到电子,LiCoO2发生电极反应式:Li1-xCoO2+xLi+xe-LiCoO2,B错误;石
12、墨烯电池的优点是提高电池的储锂容量进而提高能量密度,根据工作原理,Li+嵌入LiCoO2中有利于回收,C正确;LiCoO2极是电池正极,充电时与电源正极相连,D错误。【方法规律】解答充电电池题目的注意问题(1)电池放电时发生原电池反应,充电时发生电解池反应。(2)可充电电池的充放电时的反应相反。(3)阳极和负极都发生氧化反应,阴极和正极都发生还原反应。(4)原电池中阳离子向正极移动,电解池中阳离子向阴极移动。5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,如图是利用一种微生物将废水中的尿素CO(NH2)2转化为对环境无害物质的装置。下列叙述错误的是()A.M电极有CO2和N2生成B
13、.H+透过质子交换膜由左向右移动C.微生物促进了反应中电子的转移D.N电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-【解析】选D。因为是质子交换膜,因此反应的环境是酸性,有O2的一边(N)是正极反应区,即O2+4H+4e-2H2O;由题意尿素CO(NH2)2转化为对环境无害物质知,M极反应为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2+N2+6H+,H+应该透过质子交换膜由左向右移动;在微生物的作用下,此装置构成原电池,加速了反应的进行,促进了反应中电子的转移。A、B、C正确,D错误。【补偿训练】一种微生物燃料电池的结构示意图如图所示,关于该电池的叙述正确的是()A.电池工作时,电子由a流向bB.微生物
14、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【解析】选D。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,所以电池工作时电子由b经外电路流向a极,A项错误;微生物所在电极区放电时发生氧化反应,B项错误;放电时阳离子向正极移动,C项错误;放电时正极发生还原反应,D项正确。二、非选择题(本题包括1小题,共10分)6.(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示:HS-在硫氧化菌作用下转化为S的反应式是_。若维持该微生物电池中两种细菌的存在,
15、则电池可以持续供电,原因是_。(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后,电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。放电过程中,Li+向_(填“负极”或“正极”)移动。负极反应式为_。电路中每转移0.2 mol 电子,理论上生成_g Pb。【解析】(1)酸性环境中反应物为HS-,产物为S,利用质量守恒和电荷守恒进行配平,电极反应式:HS-+4H2O-8e-S+9H+;从质量守恒角度来说,HS-、S浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO
16、2放出电子。(2)放电Li+向正极移动,负极Ca失电子,根据方程式,电路中每转移0.2 mol 电子,生成0.1 mol Pb,即20.7 g。答案:(1)HS-+4H2O-8e-S+9H+HS-、S浓度不会发生变化,只要有两种细菌存在,就会循环把有机物氧化成CO2放出电子(2)正极Ca+2Cl-2e-CaCl220.7【补偿训练】今有反应2H2+O22H2O,设计成燃料电池。(1)负极通的应是_,正极通的应是_,电极反应式分别为_。(2)若把KOH改为H2SO4作电解质,即:2H2+O22H2O,则电极反应式应为负极:_,正极:_。(1)(2)的介质不同,反应后各溶液的pH变化依次为_,_(
17、填“变大”“变小”或“不变”)。(3)若把H2改为CH4,KOH作电解质,则负极反应式为_。【解析】(1)负极通还原性气体H2,电极反应式为2H2+4OH-4e-4H2O,正极通氧化性气体O2,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。(2)负极反应式为2H2-4e-4H+,正极反应式为O2+4H+4e-2H2O。(1)、(2)总反应只生成H2O,使原电解质溶液(1)中c(OH-)减小,(2)中c(H+)减小,故(1)中pH变小,(2)中pH变大。(3)中负极上还原性气体CH4在KOH中被氧化成C,即负极反应式为CH4+10OH-8e-C+7H2O。答案:(1)H2O2负极:2H2+4OH-
18、4e-4H2O,正极:O2+2H2O+4e-4OH-(2)2H2-4e-4H+O2+4H+4e-2H2O变小变大(3)CH4+10OH-8e-C+7H2O(30分钟50分)一、选择题(本题包括5小题,每小题8分,共40分)1.某同学在超市看到一种电池外壳的纸层包装,印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是()A.该电池不是可充电干电池B.该电池用过之后不可以随意丢弃,要集中回收处理C.该电池含有重金属元素D.该电池工作时,外电路中每通过0.2 mol e-,锌的质量理论上减少3.25 g【解析】选D。电池工作时,锌失去电子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,外电路每通过0.2 mol电子,锌的质
19、量理论上应减少6.5 g,所以D项错误。【补偿训练】1.如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图,下列有关说法中不正确的是()A.电池内部含有电解质B.锌是负极,碳棒是正极C.电池用完后可埋入土壤D.锌锰干电池属一次电池【解析】选C。根据干电池的示意图可知,内部的氯化铵是电解质,A正确;锌是活泼的金属,所以锌是负极,碳棒是正极,所以选项B正确;干电池中含有重金属,随意丢弃能造成环境污染,要分类回收,C不正确;锌锰干电池不能反复充放电,属于一次电池,D正确。2.可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性,其电池反应为Mg+2MnF32MnF2+MgF2。下列有关说法不正确的是()A.镁为负
20、极材料B.正极的电极反应式为MnF3+e-MnF2+F-C.电子从镁极流出,经电解质流向正极D.每生成1 mol MnF2时转移1 mol 电子【解析】选C。由电池反应知,镁发生氧化反应,镁极为负极,A正确;电池反应中,三氟化锰发生还原反应,B正确;电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极,C错误;锰元素由+3价降至+2价,D正确。2.(2019安阳高二检测)一种具有高能量比的新型干电池示意图如图所示,石墨电极区发生的电极反应为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-。该装置工作时,下列叙述正确的是()A.Al电极区的电极反应式:Al-3e-+3NH3H2OAl(OH)3+3NB.石墨电极上
21、的电势比Al电极上的低C.每消耗27 g Al,有3 mol电子通过溶液转移到石墨电极上D.若采用食盐水和NaOH溶液作电解质溶液,电极反应式相同【解析】选A。Al电极为负极,失电子,发生氧化反应,在氨水中发生反应:Al-3e-+3NH3H2OAl(OH)3+3N,A正确;石墨电极为正极,Al电极为负极,正极上的电势比Al电极上的高,B错误;电子只能通过导线由Al电极转移到石墨电极上,C错误;若采用食盐水+NaOH溶液作电解质溶液,由于Al(OH)3是两性物质,可以被NaOH溶液溶解,所以电极反应式不相同,D错误。【补偿训练】(2015江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电
22、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H2参与的电极反应为H2+2OH-2e-2H2OC.电池工作时,C向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-2C【解析】选D。根据化学反应方程式,每有1 mol甲烷参与反应转移电子为6 mol,A项错误;因为电解质为熔融态的碳酸盐,所以电极A上H2参与的电极反应式为H2-2e-+CH2O+CO2,B项错误;根据原电池工作原理,电极A是负极,电极B是正极,阴离子向负极移动,碳酸根离子向负极移动(A电极),C项错误;电极B上氧气得电子与二氧化碳结合生成碳酸根离子,因
23、此电极反应式为O2+4e-+2CO22C,D项正确。3.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,下列叙述不正确的是()A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2B.充电时阳极发生氧化反应C.放电时每转移3 mol 电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化D.放电时正极附近溶液的碱性增强【解析】选C。该电池放电时负极发生氧化反应:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,正极发生还原反应:Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,正极附近
24、溶液碱性增强,D正确,C不正确;充电时阳极发生氧化反应,B正确。【方法规律】电极反应的书写方法(1)先确定原电池的正、负极,列出正、负极上的反应物质,并标出相同数目电子的得失。(2)正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式,可先写出较易书写的一极的电极反应式,然后在电子守恒的基础上,总反应式减去较易写出的一极的电极反应式,即得到较难写出的另一极的电极反应式。【补偿训练】寻找新能源是解决温室效应的一条重要思路。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是一种新型汽车锂离子电池,总反应为FePO4+LiLiFePO4,电池中的固体电解质可传导离子,下列说法错误的是()A.放电时,Li作
25、负极B.放电时,正极反应为FePO4+Li+e-LiFePO4C.充电时,Li+ 和Fe2+向阴极移动,P向阳极移动D.充电时,阴极反应为Li+e-Li【解析】选C。放电时,电极反应式为负极:Li-e-Li+,正极:FePO4+e-+Li+LiFePO4;充电时,电极反应式为阴极:Li+e-Li,阳极:LiFePO4-e-Li+FePO4。C项,充电时,Li+在阳极生成,移向阴极得e-生成Li,Fe2+失去电子生成Fe3+,Fe3+和P结合生成FePO4。4.(2019全国卷)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如图所示。下列说法错误
26、的是()A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H+2MV+C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】选B。相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+-e-MV2+,放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+2H+2MV+,故B错误;右室为正极区,M
27、V2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2+e-MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。【补偿训练】一种光化学电池的结构如图所示,电池总反应为AgCl(s)+Cu+(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq),下列关于该电池在工作时的说法正确的是()A.生成108 g银,转移电子个数为1 molB.Cu+在负极发生氧化反应C.Ag电极活泼,Ag失电子发生氧化反应D.Cl-由负极迁移到正极【解析】选B。正极上的反应为AgCl(s)+e-Ag(s)+Cl-(aq),
28、生成108 g即1 mol银,转移电子的物质的量为1 mol,电子个数为NA,A错误;铂作负极,负极上Cu+失电子生成Cu2+,则Cu+在负极发生氧化反应,B正确;AgCl中的银离子,在银电极上得电子发生还原反应,所以银作正极,Ag电极不发生反应,C错误;原电池中阴离子向负极移动,即Cl-由正极迁移到负极,D错误。二、非选择题(本题包括1小题,共10分)5.(1)二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池可以利用大气所含SO2快速启动,其装置示意图如图:质子的流动方向为_(“从A到B”或“从B到A”)。负极的电极反应式为_。(2)NH3-O2燃料电池的结构如图所示:a极为电池的_(填“正”或“负”)极。
29、当生成1 mol N2时,电路中流过电子的物质的量为_。【解析】(1)根据图示,A为燃料电池的负极,B为燃料电池的正极,在原电池电解液中,正电荷由负极向正极移动,即从A到B;负极发生氧化反应,二氧化硫被氧化为硫酸根离子,电极反应式为SO2-2e-+2H2OS+4H+。(2)a极通入氨气,是负极,b极通入氧气,是正极;氨气中N的化合价由-3变成0,当生成1 mol N2时,转移电子的物质的量为6 mol。答案:(1)从A到BSO2-2e-+2H2OS+4H+(2)负6 mol【补偿训练】锂锰电池的体积小,性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中
30、,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中,生成LiMnO2。回答下列问题:(1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?_(填“是”或“否”),原因是_。(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应,生成K2MnO4,反应的化学方程式为_,K2MnO4在酸性溶液中歧化,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为_。【解析】(1)锂锰电池的一个电极反应物为单质锂,另一个电极反应物为二氧化锰,则负极为金属锂,正极为二氧化锰,则外电路电流流向为正极经导线到达负极,即b-导线-a。(2)正极为二氧化锰,而题干中给出锂离子通过电解质
31、迁移入二氧化锰晶格中生成LiMnO2,故电极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2。(3)由于负极为金属锂,锂为活泼碱金属元素,单质锂与水发生反应,所以不能用水溶液作电解质。 (4)二氧化锰可与氢氧化钾、氯酸钾在高温下生成锰酸钾,则锰化合价升高,依据氧化还原反应化合价变化规律,氯元素化合价降低,生成氯化钾,然后依据电子得失守恒配平化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O;锰酸钾溶液在酸性溶液中歧化,生成高锰酸钾和二氧化锰,依据化合价升降相等快速判断产物的物质的量之比(K2MnO4KMnO4化合价升高1;K2MnO4MnO2化合价降低2)为21。答案:(1)ba(2)MnO2+e-+Li+LiMnO2(3)否电极Li是活泼金属,能与水反应(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O21
