1、第2课时化学电源电解池双基巩固学考突破1.下列化学电池不易造成环境污染的是()。A.氢氧燃料电池B.锌锰电池C.镍镉电池D.铅蓄电池答案:A2.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。有同学欲变废为宝,他的以下设想不合理的是()。A.把锌皮取下洗净用于实验室制氢气B.将石墨取出洗净用作电极C.把铜帽取下洗净回收利用D.锌锰干电池内部填有NH4Cl等化学物质,可将废电池中的黑色糊状物作化肥使用答案:D解析:锌锰干电池内部的黑色糊状物中含有重金属离子,会污染水体和土壤。3.下列说法正确的是()。A.镍镉电池、锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B.燃料电池
2、是一种高效但是会污染环境的新型电池C.化学电池的反应基础是氧化还原反应D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb,负极材料是PbO2答案:C解析:碱性锌锰干电池是一次电池;燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池;铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2,负极材料是Pb。4.日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应式可简化为Zn-2e-Zn2+,2NH4+2e-2NH3+H2(NH3与Zn2+能生成一种稳定的物质)。根据上述判断,下列结论不正确的是()。A.干电池内发生的是氧化还原反应B.锌为负极,碳为正极C.工作时
3、,电子由碳极经过外电路流向锌极D.长时间连续使用时,内装糊状物可能流出腐蚀用电器答案:C解析:由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件,相对活泼(指金属活动性强)的一极为负极,相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确;在外电路中,电子从负极流向正极,故选项C不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2而生成H2O,糊状物也越来越稀,故其很可能流出腐蚀用电器,选项D正确。5.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)发生反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液一般是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()。
4、A.负极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-B.负极反应式:CH4+8OH-8e-CO2+6H2OC.随着放电的进行,溶液的c(OH-)不变D.放电时溶液中的阴离子向负极移动答案:D解析:O2+2H2O+4e-4OH-应为正极反应式;燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出,它将进一步反应转化成碳酸根,所以负极反应式为CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O;由于部分碱液与二氧化碳反应,所以溶液中的c(OH-)将减小。6.据报道,锌电池可能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+O22ZnO,原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是(
5、)。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.电解液为强酸答案:B解析:Zn与O2反应的电子转移情况为2ZnO,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+O22ZnO,而是Zn+2H+Zn2+H2。7.下列说法正确的是()。电解是把电能转化成化学能电解是把化学能转化成电能电解池也是一种化学电源不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现电解可以用来冶炼活泼金属A.B.C.D.答案:D8.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
6、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+2H2O2LiOH+H2。(1)该电池的负极是,负极反应式是。(2)正极可观察到的现象是。(3)放电时OH-向(填“正极”或“负极”)移动。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。9.如图为原电池装置示意图。(1)若A为Pb,B为PbO2,电解
7、质为H2SO4溶液,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+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 mol电子。(2)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”)。(3)该装置可以改成电解装置。若用此装置电解饱和食盐水,其电解反应方程式为。答案:(1)PbO2+SO42-+4H+2e-PbSO4+2H2O增加0.1(2)H2+2OH-
8、2e-2H2O减弱(3)2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2解析:(1)B为PbO2,得到电子后结合溶液中的SO42-生成难溶的PbSO4:PbO2+SO42-+4H+2e-PbSO4+2H2O;同样A极也生成PbSO4,故质量会增大;由总反应可知消耗2molH2SO4时,转移2mol电子,故消耗0.1molH2SO4时转移0.1mol电子。(2)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。(3)电解饱和食盐水的产物为氢氧化钠、氯气和氢气。10.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)锌锰干电池
9、是应用最普遍的电池之一(如图所示),锌锰干电池的负极材料是,负极发生的电极反应式为。若反应消耗16.25 g负极材料,则电池中转移电子的物质的量为 mol。锌锰电池的构造(2)目前常用的镍镉(Ni-Cd)电池,其电池总反应可以表示为Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2。已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是(填序号)。以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能(3)氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光,并使海水在二氧化钛(TiO2)表面分解得到氢气的新技术:2H2O2H
10、2+O2,制得的氢气可用于制作燃料电池。试回答下列问题:分解海水时,实现了光能转化为能,生成的氢气用于制作燃料电池时,实现了化学能转化为能。分解海水的反应属于(填“放热”或“吸热”)反应。某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,A极上发生的电极反应为2H2+2O2-4e-2H2O,则A极是电池的极,电子从该极(填“流入”或“流出”)。B极电极反应式为。答案:(1)锌Zn-2e-Zn2+0.5(2)(3)化学电吸热负流出O2+4e-2O2-解析:(1)锌锰干电池中的负极是Zn,发生氧化反应,失去电子生成锌离子,电极反应式是Zn-2e-Zn2+;16.25gZn的物质的量是16.25g65
11、gmol-1=0.25mol,1molZn失去2mol电子,所以电池中转移电子的物质的量是0.5mol。(2)镍镉电池放电时,应用原电池原理,将化学能转化为电能,而充电时利用电解原理,将电能转化为化学能,转化条件不同,不是可逆反应。(3)燃料电池是将化学能转化为电能的装置,分解海水的反应属于吸热反应。燃料电池中,负极发生燃料失电子的氧化反应,即2H2+2O2-4e-2H2O,正极发生氧气得电子的还原反应,即O2+4e-2O2-,所以B极是正极,A极是负极,电子从负极流向正极,即从A极流出。选考奠基素养提升1.银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。
12、其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是()。A.Zn电极是负极B.Ag2O电极发生还原反应C.Zn电极的电极反应式:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液中c(OH-)保持不变答案:D解析:反应中锌失去电子,Zn电极是负极,A项正确;Ag2O得到电子,发生还原反应,B项正确;电解质溶液显碱性,Zn电极的电极反应式为Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,C项正确;根据反应的化学方程式可知消耗水,且产生氢氧化锌,氢氧根浓度增大,D项错误。2.一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bB.微生物所在电极区放电时发生还原反应C.放
13、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。3.某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下图所示,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.O2-移向电池的正极C.b极对应
14、的电极反应为2H2+2O2-4e-2H2OD.a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-答案:C解析:在燃料电池中,有O2放电的a极为原电池的正极,A项错误;在燃料电池中,O2-移向电池的负极,B项错误;在燃料电池中,有H2放电的b极为电池的负极,电极反应为2H2+2O2-4e-2H2O,C项正确;a极是正极,氧气在正极得电子,则对应的电极反应为O2+4e-2O2-,D项错误。4.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.
15、放电时负极反应:Zn+2OH-2e-Zn(OH)2B.放电时正极反应:FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-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答案:C解析:高铁电池放电时为原电池,依据原电池工作原理,放电时负极反应式为Zn+2OH-2e-Zn(OH)2,用总式减去负极反应式即得正极反应式:FeO42-+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被还原。5.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示
16、意图如下图所示。下列说法错误的是()。A.电极a为电池的负极B.电极b上发生的电极反应:O2+4H+4e-2H2OC.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2SD.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区答案:C解析:根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子生成水,B项正确;从装置图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4mol电子,正极应该消耗1molO2,负极应该有2molH2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以不一定是44
17、.8L,C项错误;17gH2S即0.5molH2S,每0.5molH2S参与反应会消耗0.25molO2,根据正极反应式O2+4H+4e-2H2O,可知有1molH+经质子膜进入正极区,D项正确。6.写出下列化学电源(原电池)的电极反应式。(1)镍镉电池的反应方程式:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2,氢氧化钾溶液为电解质溶液。负极:;正极:。(2)镍氢电池的反应方程式:MH+NiO(OH)M+NiO+H2O,MH表示储氢合金M中吸收结合的氢(最常用储氢合金为LaNi5),氢氧化钾溶液为电解质溶液。负极:;正极:。(3)锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料
18、,使用非水电解质溶液的电池。某种锂离子电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2。负极:;正极:。(4)已知甲烷(CH4)燃料电池的电解质溶液为氢氧化钾溶液。负极:;正极:。(5)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。负极:;正极:。答案:(1)Cd+2OH-2e-Cd(OH)22NiO(OH) +2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-(2)MH+OH-e-M+H2O NiO(OH)+e-NiO+OH-(3)Li-e-Li+MnO2+e-MnO2-(4)CH4+10OH-8e-CO32-+7H2OO2+4e-+2H2O4OH-(5)
19、CH4+4CO32-8e-5CO2+2H2O2O2+4CO2+8e-4CO32-解析:(1)由总反应式中元素化合价的变化可确定镉为负极(镉元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Cd+2OH-2e-Cd(OH)2;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:2NiO(OH)+2H2O+2e-Ni(OH)2+2OH-。(2)由总反应式中元素化合价的变化可确定MH为负极(氢元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:MH+OH-e-M+H2O;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:NiO(OH)+e-NiO+OH-。(3)由总反应式中元素化合价的变化可确定锂为负极(锂元素化合价升高);写出相对简单的负极反应式:Li-e-Li+;总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:MnO2+e-MnO2-。(4)燃料电池的两极都是惰性电极,通入燃料的一极为负极,通入氧气或空气的一极为正极;两电极上的产物与电解质溶液的酸碱性有关:碱性条件下正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;负极反应式为CH4+10OH-8e-CO32-+7H2O。(5)根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气。负极反应式为CH4+4CO32-8e-5CO2+2H2O,正极反应式为2O2+4CO2+8e-4CO32-。
