1、课时训练11发展中的化学电源一、干电池和充电电池1.下列关于充电电池的叙述,不正确的是() A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应B.充电电池可以无限制的充电放电C.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行D.较长时间不使用电池时,最好将电池取出并妥善存放解析:充电电池理论上是可以永久重复利用的,但在实际应用中总会因为性能等原因而使电解质溶液或者电极变质而失效。所以实际情况下充电电池是不能无限制重复使用的。答案:B2.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解液为硫酸溶液,工作时的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,下列有关电池工作时的说法正确的是()A.Pb为正极,被氧化B
2、.溶液的pH不断减小C.S只向PbO2处移动D.电解液密度不断减小解析:分析化学反应可知,反应中Pb失去电子,作负极;PbO2得电子,作正极,反应不断消耗硫酸,溶液的pH不断增大;无论Pb还是PbO2最终都生成PbSO4,所以S既向Pb也向PbO2处移动;PbSO4在电解液中的溶解度很小,所以电解液的密度不断减小,选D。答案:D3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH,下列说法错误的是()A.电池工作时,锌失去电子B.电池正极的电极反应式为2MnO2+2H2O+2e-2M
3、nOOH+2OH-C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g解析:从电池总反应式Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnOOH可以确定Zn为负极,电子从负极流出经外电路流向正极。当外电路中通过0.2 mol电子时,参加反应的锌理论上为0.1 mol,即质量减少6.5 g。答案:C4.爱迪生蓄电池在充电和放电时发生的反应为Fe+NiO2+2H2OFe(OH)2+Ni(OH)2,下列对该蓄电池的推断错误的是()放电时,Fe参与负极反应,NiO2参与正极反应放电时,电解质溶液中的阴离子向正极方向移动放电时,Fe在负极上反应生
4、成Fe(OH)2和H+该蓄电池的电极必须浸入某种碱性电解质溶液中A.B.C.D.解析:根据电池总反应方程式可知,放电时Fe失去电子化合价升高,Ni由+4价降到+2价,正确;放电时,电解质溶液中的阴离子向负极移动,错误;放电时的生成物是氢氧化物,溶液不可能显酸性,故负极上的电极反应式为Fe+2OH-2e-Fe(OH)2,错误;因为该电池中含有氢氧化物,故电解质溶液是碱性溶液,正确。答案:B5.Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是。电池工作时,电子流向(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,
5、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解析:(1)负极是失电子的一极,Zn失电子,电子由负极经外电路流向正极。(2)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。答案:(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B二、燃料电池6.燃料电池能有效提高能源利用率,具有广泛的应用前景。下列物质均可用作燃料电池的燃料,其中最环保的是()A.甲醇B.天然气C.液化石油气D.氢气解析:H2燃烧的产物为H2O,所以H2作燃
6、料最环保。答案:D7.如将两个铂电极插入KOH溶液中,向两极分别通入CH4和O2,即构成甲烷燃料电池。已知通入甲烷的一极的电极反应式为CH4+10OH-8e-C+7H2O,下列叙述正确的是()A.通入甲烷的一极为正极B.通入氧气的一极发生氧化反应C.该电池总反应为CH4+2O2+2OH-C+3H2OD.该电池在工作时,溶液中的阴离子向正极移动解析:在电池中甲烷为可燃性气体,被氧化,通入甲烷的一极为负极。氧气被还原,通氧气一极为正极,发生还原反应。电池总反应式为CH4+2O2+2OH-C+3H2O。电池工作时,阴离子向负极移动。故选C。答案:C8.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上
7、的反应为CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是()A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2OD.正极上发生的反应为O2+4e-+2H2O4OH-解析:电解质溶液中阳离子应向正极移动,A项错误;酸性溶液中,正极电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,D项错误;结合正极反应式,转移0.4 mol电子时,消耗O2 0.1 mol,其在标准状况下的体积为2.24 L,B项错误;C项符合题目要求,正确。答案:C9.某固体酸燃料电池以
8、CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为2H2+O22H2O,下列有关说法正确的是()A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极解析:由电极反应式可知,氢气通入的一极为负极,氧气通入的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A项错误;b极上的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,B项错误;没有注明此时是否处于标准状况下,故无法计算气体的体积,C项错误。答案:D10.锂电池具有能量密度大、电压高等特
9、性而成为新一代实用化的蓄电池。锂离子电池放电时负极反应式为C6Li-xe-C6Li1-x+xLi+(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料),正极反应式为Li1-xMO2+xLi+xe-LiMO2(LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物)。(1)锂电池充电时电池反应方程式为。(2)该电池工作时,Li+向(填“正极”或“负极”)迁移。(3)假设放电过程中消耗负极材料56 g,利用太阳能电池充电,则可把消耗的56 g材料还原出来,则该电极充电的电极反应式为,转移电子的物质的量为 mol。.科学家设想利用太阳能电池电解水产生的气体制成燃料电池。(1)生成的氢气用于制成燃料电池时,实现了能转变为能,水分
10、解时,断裂的化学键为键,分解水的反应属于反应(填“放热”或“吸热”)。(2)若该氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液,电池总反应为2H2+O22H2O。该电池的负极反应式为。工作一段时间后,电解液中的KOH的物质的量(填“发生”或“不发生”)变化。解析:.(1)将电池放电时的正、负极反应相加得到电池的总反应为C6Li+Li1-xMO2LiMO2+C6Li1-x,充电反应是放电反应的逆过程,所以该电池充电时电池反应方程式为LiMO2+C6Li1-xC6Li+Li1-xMO2。(2)根据正、负极的电极反应可知,正极消耗Li+,所以Li+向正极迁移。(3)负极材料为C6Li,放电过程中石墨的价态并没
11、有发生变化,它只是作为一种载体,实际消耗的为Li,消耗56 g (8 mol)Li时,转移8 mol电子,电池充电实际上就是将消耗的负极材料还原,电池工作时负极失去的电子与电池充电时该电极得到的电子相等,所以电池充电时该电极得到的电子也为8 mol,其电极反应为C6Li1-x+xLi+xe-C6Li。.(1)氢氧燃料电池属于化学电源,该装置将化学能转变为电能。已知反应2H2O2H2+O2,H2O分子中的OH键断裂,该反应为吸热反应。(2)根据电池反应可知,H2失去电子,在电池负极发生氧化反应,H2-2e-2H+,由于电解液显碱性,生成的H+与OH-反应生成H2O,故负极反应式为H2-2e-+2
12、OH-2H2O。由电池总反应可知,KOH没有被消耗,所以其物质的量不变。答案:.(1)LiMO2+C6Li1-xC6Li+Li1-xMO2(2)正极(3)C6Li1-x+xLi+xe-C6Li8.(1)化学电OH吸热(2)H2-2e-+2OH-2H2O不发生三、新型电源11.(2015江苏化学,10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是()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
13、析:CH4中的C为-4价,反应后生成的CO中C为+2价,1 mol CH4转移6 mol e-,A项错误;由示意图可看出,电解质离子中没有OH-,B项错误;该燃料电池中,O2在正极反应,CO和H2在负极反应,原电池中C移向负极,C项错误;由示意图可看出,电极B处CO2和O2结合,转化为C,D项正确。答案:D12.如图装置可用来监测空气中NO的含量。下列说法不正确的是()A.电子由Pt电极流出,经外电路流向NiO电极B.Pt电极上发生的是还原反应C.NiO电极的电极反应式为NO+O2-2e-NO2D.每转移2 mol电子,有1 mol O2-迁移到负极解析:NO在负极(NiO)发生失电子反应,O
14、2在正极(Pt)发生得电子的还原反应,电子由NiO电极经外电路流向Pt电极,A项错误,B项正确;每转移2 mol电子,生成1 mol O2-,迁移到负极,D项正确。答案:A13.一种光化学电池的结构如图所示,当光照在表面涂有氯化银的银片上时发生反应AgCl(s)Ag(s)+Cl(AgCl),Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面接着Cl(AgCl)+e-Cl-(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。下列说法正确的是()A.光照时,电流由Y流向XB.光照时,Pt电极发生的反应为2Cl-+2e-Cl2C.光照时,Cl-向Ag电极移动D.光照时,电池总反应为AgCl(s)+Cu+
15、(aq)Ag(s)+Cu2+(aq)+Cl-(aq)解析:由题意,光照时,Cl原子在Ag电极得到电子形成Cl-,Cl-由Ag电极向Pt电极迁移,Pt电极上的Cu+失去的电子经导线流入Ag电极,光照时电流的方向与电子的流向相反,综上分析知,A、B、C三项错误,只有D项正确。答案:D(建议用时:30分钟)1.下列有关电池的叙述不正确的是() A.水果电池是方便实用的家用电池B.铅蓄电池是一种常用的二次电池C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D.锌锰干电池工作一段时间后,锌外壳逐渐变薄解析:水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电,不能作为家用电池;铅蓄电池是一种常用的二次电池,氢氧燃
16、料电池产物为水,无污染;锌锰干电池工作时,Zn放电被消耗,故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄,B、C、D三项正确,A项错误。答案:A2.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:A3.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。某同学想变废为宝,他的以下想法你认为不正确的是()A.把锌皮取下洗净用于实验室制氢气B.石墨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解析:电池内部的黑色糊状物中含有重金属离子,能污染水和土壤。答案:D4.关于化学电
17、源的叙述,错误的是()A.化学电源均是根据原电池的工作原理设计的B.在干电池中,石墨棒只起导电作用,并不参加化学反应C.镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限,价格昂贵D.燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源解析:镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉属于重金属,会对环境造成严重的污染。答案:C5.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,下列说法不正确的是()A.正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极C.以网状的铂为正极,可增大与
18、氧气的接触面积D.该电池通常只需要换铝板就可以继续使用解析:从电池反应式可知,Al失电子作为负极,O2为正极上反应的物质;电池工作时电子从铝电极沿导线流向铂电极,而电流方向则相反。答案:B6.下列有关电池的说法不正确的是()A.手机上用的锂离子电池属于二次电池B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D.锌锰干电池中,锌电极是负极解析:手机用的电池是可充电电池,A项对。在铜锌原电池中,Cu为正极,Zn为负极,外电路中电子由负极流向正极,B项错。燃料电池将化学能转化为电能,C项对。锌锰干电池,Zn为负极,D项对。答案:B7.肼(N2H4)空气燃料电池
19、是一种环保型碱性燃料电池,电解质溶液为20%30%的KOH溶液,电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O。下列关于该电池工作时的说法中正确的是()A.正极的电极反应式:O2+4H+4e-2H2OB.溶液中的阴离子向正极移动C.负极的电极反应式:N2H4+4OH-4e-4H2O+N2D.溶液的pH保持不变解析:碱性条件下,燃料电池正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A项错误;原电池电解质溶液中阴离子向负极移动,B项错误;由总反应式减去正极的电极反应式可得负极的电极反应式为N2H4+4OH-4e-4H2O+N2,C项正确;反应过程中生成水,故c(OH-)减小,溶液的pH减小,D项错误。答案
20、:C8.(2015课标全国,11)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,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O解析:C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电
21、池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。答案:A9.(2015天津理综,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡解析:原电池反应为Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两半池中的阴离子S不能透过半透膜,故c(S)都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2+2e-Cu,则乙池中的CuSO
22、4部分变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。答案:C10.(2015北京理综,12)在通风橱中进行下列实验:步骤现象Fe表面产生大量无色气泡,液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡下列说法不正确的是()A.中气体由无色变红棕色的化学方程式:2NO+O22NO2B.中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应C.对比、中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸D.针对中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化解析:A项,铁与稀硝酸反应生成无色气体NO,NO遇空气被氧化为红棕
23、色气体NO2,A正确;B项,常温下铁在浓硝酸中发生钝化,在铁的表面形成一层致密的氧化膜,从而阻止铁继续与浓硝酸反应,B正确;C项,由于钝化后反应停止,因此不能利用钝化比较氧化性,事实上浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,C错误;D项,由于在原电池中可以通过电流方向判断正负极,所以在铁和铜之间加电流计,可以判断出电子的流向,从而判断出铁是否被氧化,D正确。答案:C11.科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径,美国已计划将甲醇燃料电池用于军事上。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。回答下列问题:(1)这种电池放电时发生反应
24、的化学方程式是。(2)此电池的正极发生的电极反应式是。(3)电解液中的H+向极移动;向外电路释放电子的电极是极。(4)比起直接燃烧燃料产生电力,使用燃料电池有许多优点,其中主要有两点:首先是燃料电池的能量转化效率高,其次是。解析:甲醇燃料电池中加入甲醇的电极为负极,通入空气的电极为正极,同时要考虑稀硫酸电解液,来解决问题。答案:(1)2CH3OH+3O22CO2+4H2O(2)O2+4H+4e-2H2O(3)正负(4)燃料电池减少了对空气的污染12.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)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)+2H2O2
25、Ni(OH)2+Cd(OH)2已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法正确的是(填字母序号)。放电时Cd作正极放电时Ni元素被还原充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能A.B.C.D.(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物,有资料表明,一节废镍镉电池可以使1 m2的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重,这是因为。(3)另一种常用的电池锂电池(锂是一种碱金属元素,其相对原子质量为7),由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电能)特别大而广泛应用于心脏起搏器,一般使用时间可长达十年,它的负极由金属锂制成,电池总反应可表示为Li+MnO2LiMnO2。
26、试回答:锂电池比容量特别大的原因是。锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制,为什么这种电池不能使用电解质的水溶液?请用化学方程式表示其原因:。解析:(1)根据电池总反应式可分析哪种元素发生氧化反应,哪种元素发生还原反应。(2)因为Ni(OH)2和Cd(OH)2溶于酸,产生大量的重金属离子,对土壤污染更严重。(3)锂的摩尔质量为7 gmol-1,较小,单位质量转移电子的物质的量多,放电量大。答案:(1)B(2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液生成有毒的重金属离子等(3)锂的摩尔质量小2Li+2H2O2LiOH+H213.镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应为Cd+
27、2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。请回答下列问题:(1)放电时,还原反应在(填“a”或“b”)极进行,负极的电极反应式为,在放电过程中,正极附近的电解质溶液碱性会(填“增强”或“减弱”)。(2)镍镉废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是。解析:(1)由题给示意图知,镍镉电池中,电流方向是由b极流向a极,故a极为负极,b极为正极;放电时,正极发生反应NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,是还原反应;镉在负极发生氧化反应,分两步:Cd-2e-Cd2+,Cd2+2OH-Cd(OH)2,负极反应式为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2;正极附近电解质溶液的碱性增强,负极附近电解质溶液的碱性减弱。(2)镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染。答案:(1)bCd-2e-+2OH-Cd(OH)2增强(2)镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染
