1、化学电源(30分钟50分)一、选择题(本题3小题,每小题5分,共15分)1.(2020浙江1月选考)2019年诺贝尔化学奖授予三位对锂电池研究作出杰出贡献的科学家。一种锂-空气电池如图所示。当电池工作时,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.锂电极发生氧化反应B.多孔碳材料电极为负极C.电池工作时外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极D.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-【解析】选A。电池放电时,Li转化为Li+,锂电极发生氧化反应,A正确;放电时,多孔碳材料电极为正极,B错误;放电时,Li转化为Li+,电子经外电路从锂电极流向多孔
2、碳材料电极,C错误;因为该电池是非水介质,正极的电极反应式为O2+4e-2O2-,D错误。【加固训练】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()【解析】选A。Zn较Cu活泼,作负极,Zn失电子变为Zn2+,电子经导线转移到铜电极,铜电极负电荷变多,吸引了溶液中的阳离子,因而Zn2+和H+迁移至铜电极,H+氧化性较强,得电子变为H2,因而c(H+)减小,A错误;Ag2O作正极,得到来自Zn失去的电子,被还原成Ag,结合KOH作电解液,故电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,B正确;Zn为较活泼电极,作负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,
3、锌溶解,因而锌筒会变薄,C正确;铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O,可知放电一段时间后,H2SO4不断被消耗,因而电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降,D正确。2.(双选)(2019海南高考改编)微型银-锌电池可用作电子仪器的电源,其电极分别是Ag/Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液,电池总反应为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2,下列说法正确的是()A.电池工作过程中,KOH溶液浓度降低B.电池工作过程中,电解液中OH-向正极迁移C.Zn作电池的负极,发生氧化反应D.电池工作时,电子从锌电极流向Ag/Ag2O电极【解析】选C、D。根据电池
4、工作原理可知,在电池工作过程中,KOH的物质的量不变,但反应消耗水,使c(KOH)增大,A错误;电池工作过程中,电解液中OH-向负极迁移,B错误;负极上锌失电子发生氧化反应,C正确;电池工作时,电子从负极流向正极,D正确。3.金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是()A.金属M作电池负极B.电解质是熔融的MOC.正极的电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-D.电池反应:2M+O2+2H2O2M(OH)2【解析】选B。金属(M)-空气电池中M失电子作负极,A正确;根据传递M2+和OH-,可知电解质是熔融的M(OH)2,B错误;空气中的氧气得电子作正极,电极反应O2+2H2O
5、+4e-4OH-,C正确;电池总反应为2M+O2+2H2O2M(OH)2,D正确。【加固训练】LiSO2电池具有输出功率高且低温性能好的特点,其电解质为LiBr,溶剂是碳酸丙烯酯和乙腈,Li+可在其中移动。电池放电时的总反应式为2Li+2SO2Li2S2O4。下列有关该电池的说法正确的是()A.放电时Li+向正极移动B.该电池溶剂可用水替代C.该电池放电时,1 mol SO2参与反应,转移2 mol e-D.放电时,负极发生还原反应【解析】选A。在原电池内部的电解质溶液中,阳离子向正极移动,A正确;Li能与水反应,不能用水作溶剂,B错误;根据化合价变化分析可知,该电池放电时,1 mol SO2
6、参与反应转移1 mol e-,C错误;放电时,负极发生氧化反应,D错误。二、非选择题(本题包括1小题,共15分)4.(1)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是_。电池工作时,电子流向_(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速其电极的腐蚀,其主要原因是_。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的_(填代号)。A.NaOHB.ZnC.FeD.NH3H2O(2)目前已经使用的乙醇(CH3CH2OH)燃料电池X极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,则X是_(填“正极”或“负极”),发生_(填“氧化”
7、或“还原”)反应。该电池的电解质显_(填“酸性”“碱性”或“中性”)。若将电解质换成酸性介质,则正极反应为_,通入乙醇的一极是_(填“正”或“负”)极。标准状况下,有44.8 L O2完全反应,则电路中转移_mol电子。【解析】(1)Zn-MnO2干电池,Zn失电子由负极经外电路流向正极。锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。除杂的基本要求是不能引入新杂质,所以应选Zn将Cu2+置换为单质而除去。(2)X极是O2得电子,是正极,发生还原反应,根据X极的电极反应式确定电解质显碱性;在标准状况下,有44.8 L(2 mol)O2完全反应,1 mol O2得4 mol电子,则电路上转移电子
8、为8 mol。答案:(1)Zn(或锌)正极锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B(2)正极还原碱性O2+4H+4e-2H2O负8一、选择题(本题2小题,每小题5分,共10分)5.下列金属单质一般不用电解的方法制取的是()A.钠B.铝C.钙D.铁【解析】选D。铁一般不用电解的方法制取。6.汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示,放电时的电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,根据此反应判断下列叙述中正确的是()A.PbO2是电池的负极B.放电时,溶液中的H+向正极区移动,正极区域的溶液的酸性增强C.放电时,电子由Pb电极通过导线流向PbO2D.正极的电极反应式
9、为Pb-2e-Pb2+【解析】选C。由PbO2PbSO4发生的是还原反应,PbO2应是电池的正极,A错误;放电时,溶液中的H+向正极区移动,发生反应PbO2+4H+S+2e-PbSO4+2H2O,溶液的酸性不会增强,B、D错误。【加固训练】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+O22ZnO,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【解析】选B。Zn与O2反应的电子转移情况为,Zn作负极,负极发生氧化反应,Zn-2e-Zn
10、2+。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。二、非选择题(本题包括1小题,共10分)7.(2020温州高一检测)化学电源又称电池,是一种能将化学能直接转变成电能的装置,它通过化学反应,消耗某种化学物质,输出电能。(1)氯铝电池是一种新型的燃料电池。通入Cl2(g)的电极是_(填“正”或“负”)极。投入Al(s)的电极发生_(填“氧化”或“还原”)反应,每消耗8.1 g Al(s),电路中通过的电子数目为_NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。(2)氨气在纯氧中燃烧,生成一种单质和水,试写出该反应的化学方程式_,科学家
11、利用此原理,设计成氨气、氧气燃料电池,则通入氨气的电极是_(填“正极”或“负极”),碱性条件下,该电池的正极的电极反应式为_,从理论上分析,该电池工作过程中_(填“需要”或“不需要”)补充碱。【解析】(1)根据2Al+3Cl22AlCl3,可知Cl2得电子在正极反应,Al失电子是负极,发生氧化反应。8.1 g Al(s)是0.3 mol,1 mol Al反应转移3 mol电子,0.3 mol Al反应电路中通过的电子数为0.9NA。(2)根据反应4NH3+3O22N2+6H2O分析,负极为NH3失电子,正极O2得电子,在碱性条件下,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-。由于在放电过程中,正极上O2不断放电生成OH-,从理论上分析,该电池工作过程中不需要补充碱。答案:(1)正氧化0.9(2)4NH3+3O22N2+6H2O负极O2+2H2O+4e-4OH-不需要