1、化学电源时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题5分，共50分)1银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，则负极上发生反应的物质是(D)AAgBZn(OH)2CAg2O DZn解析：由题给总方程式得：Zn2OH2e=Zn(OH)2，故Zn为负极。2某固体酸燃料电池以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：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是(D)A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质
2、传递到b极解析：由电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H移向正极，正极即b极的电极反应式应为：O24H4e=2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C项没有指明标准状况，故C项错误。3燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点，如图为MgNaClO燃料电池的结构示意图。下列说法中正确的是(A)AY电极为镁电极B电池工作时Na向负极移动C废液的pH大于NaClO溶液的pHDX电极上发生的反应为ClO2H2O4e=ClO4H解析：根据原电池工作原理，阴离子向负极移动，由图中OH向Y电极移动，判断Y电极为负极
3、，故Y电极为镁电极，故A正确；电池工作时Na向正极移动，故B错误；Mg作负极，发生氧化反应生成Mg2，与OH结合生成Mg(OH)2，溶液中OH被消耗，故废液的pH小于NaClO溶液的pH，故C错误；X电极为正极，发生还原反应，电极反应方程式为ClO2eH2O=Cl2OH，故D错误。4以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制成能固氮的新型燃料电池，原理如图所示。下列说法不正确的是(D)Ab电极为负极，发生氧化反应Ba电极发生的反应为N28H6e=2NHCA溶液中所含溶质为NH4ClD当反应消耗1 mol N2时，消耗的H2为67.2 L解析：该电池的总反应方程式为N23H22NH
4、3，反应中氢元素的化合价升高，H2失去电子，因此b电极为负极，发生氧化反应，A项正确；a电极作正极，电解质溶液是酸性溶液，因此电极反应式为N28H6e=2NH，B项正确；根据B选项的分析可知，A溶液中的溶质为NH4Cl，C项正确；没有指明是在标准状况下，D项错误。5新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图。该电池总反应方程式为NaBH44H2O2=NaBO26H2O，下列有关说法中正确的是(D)A电池正极区的电极反应为BH8OH8e=BO6H2OB电极B为负极，纳米MnO2层的作用是提高原电池的工作效率C放电过程中，Na从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗1 L 6 mol
5、L1 H2O2溶液，理论上流过电路中的电子数为12NA解析：根据图示知，B电极上H2O2得电子生成OH，所以B电极是正极，发生的电极反应为H2O22e=2OH，故A、B错误；根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，放电时，阳离子向负电荷较多的正极移动，阴离子向正电荷较多的负极移动，所以Na从负极区向正极区迁移，故C错误；在电池反应中，每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液，消耗H2O2的物质的量为6 mol，根据H2O22e=2OH知，理论上流过电路中的电子数为6 mol2NA mol112NA，故D正确。6一种熔融碳酸盐燃料电池的原理示意如图所示。下列有关该电池的说法中正确的是(D
6、)A反应CH4H2O3H2CO中，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H22OH2e=2H2OC电池工作时，CO向电极B移动D电极B上发生的电极反应为O22CO24e=2CO解析：A项，每消耗1 mol CH4，转移6 mol电子，错误；B项，电解质为熔融的碳酸盐，不含OH，电极A上H2参与的电极反应为H2CO2e=H2OCO2，错误；C项，B极通入O2，B极为正极，CO向负极移动，即向A极移动，错误；D项，电极B上O2得到电子与CO2反应生成CO，D正确。7锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置(如图所示)，电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间
7、不断循环。下列说法不正确的是(A)A充电时电极a连接电源的负极B放电时负极的电极反应式为Zn2e=Zn2C放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大D阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应解析：由图可知，放电时锌作负极，充电时电极b应该与电源的负极相连，A项错误。放电时该电池为原电池，负极上锌失去电子转化为锌离子，B项正确。放电时Br2得到电子发生还原反应，有溴离子生成，同时有Zn2从右侧通过阳离子交换膜进入左侧，故左侧电解质储罐中的离子总浓度增大，C项正确。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止了Br2与Zn直接发生反应，使氧化反应和还原反应在不同的区域进行，D项正确。8锂空气充电电池有望成为电
8、动汽车的实用储能设备。工作原理示意图如下，下列叙述中正确的是(D)A该电池工作时Li向负极移动BLi2SO4溶液可作该电池电解质溶液C电池充电时间越长，电池中Li2O含量越多D电池工作时，正极可发生反应：2LiO22e=Li2O2解析：原电池中，阳离子应该向正极移动，A项错误；单质锂会与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以电解质溶液不能使用任何水溶液，B项错误；电池充电反应为放电反应的逆反应，所以电池充电时间越长，Li2O含量越少，C项错误；题目给出放电时的正极反应xLiO2xe=LixO2，所以当x2时反应为2LiO22e=Li2O2，D项正确。9.最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水
9、中的有机物转化为H2O和CO2，同时产生电能，其原理示意如图。下列有关该电池的说法中正确的是(D)A氧化银电极上的反应为Ag2O2e=2AgO2B石墨电极上的反应为C6H12O66H2O24e=6CO224HC每转移4 mol电子，氧化银电极产生22.4 L CO2气体(标准状况)D每30 g C6H12O6参与反应，有4 mol H经质子交换膜进入正极区解析：C6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨电极为负极，氧化银电极为正极，Ag2O发生得电子的还原反应，电极反应式为Ag2O2H2e=2AgH2O，故A错误；石墨电极为负极，C6H12O6在负极发生失电
10、子的氧化反应：C6H12O66H2O24e=6CO224H，故B错误；根据负极的电极反应式可知，每转移4 mol电子，石墨电极产生22.4 L CO2(标准状况)，故C错误；30 g C6H12O6的物质的量为 mol，根据B项负极的电极反应式可知，有4 mol H经质子交换膜进入正极区，故D正确。10.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl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PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是(D)A正极反应：Ca2Cl2e=CaCl2B放电过程中，L
11、i向负极移动C每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转解析：正极上发生还原反应，A项错误；放电过程中Li向正极移动，B项错误；由电池总反应可知，每转移0.1 mol电子，理论上生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此连接电流表或检流计，指针不偏转，D项正确。二、非选择题(50分)11(15分)甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。试回答下列问题：(1)配平电池放电时发生反应的化学方程式
12、：2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)在稀硫酸电解质溶液中，CH3OH失去电子，此时电池的正极反应是O24H4e=2H2O，负极反应是CH3OHH2O6e=CO26H。(3)电解质溶液中的H向正极移动，向外电路释放电子的电极是负极。(4)与直接燃烧燃料产生电力相比，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先燃料电池的能量转换效率高，其次是对空气无污染。(5)甲醇燃料电池与氢氧燃料电池相比，其主要缺点是甲醇燃料电池的输出功率较低，但其主要优点是甲醇比H2廉价。解析：(1)根据得失电子守恒配平反应的化学方程式。(2)电极反应的书写应结合电解质溶液的性质，本题给出的是酸性溶液。(3)由电极
13、反应可知，H在正极被消耗，在负极生成，所以H向正极移动。12(15分)科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下图：请回答下列问题：(1)Pt(a)电极是电池的负极，电极反应式为2CH3OH2H2O12e=2CO212H；Pt(b)电极发生还原(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为3O212H12e=6H2O。(2)该电池的总反应方程式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH有 mol。解析：Pt(a)端的原料为
14、CH3OH和H2O，产物为CO2、H，根据C化合价由2价升到4价，失去6个电子，Pt(a)为负极；Pt(b)端的原料为O2和H，产物为H2O，O化合价由0价降为2价，发生还原反应，为正极。13(20分)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为该电池的工作原理示意图，该电池的电极表面镀了一层细小的铂粉，吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池放电时能量转化形式主要是由化学能转变为电能，在导线中电子的流动方向为由a到b(表达形式合理均可)(用a、b表示)。(2)负极反应式为2H24OH4e=4H2O(或H22OH2e=2H2O)。(3)电极表面镀铂粉的目的为增大电极单位面
15、积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是Li，反应中的氧化剂是H2O。已知LiH固体的密度为0.82 gcm3。用锂吸收224 L(标准状况下)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为8.711041。将由生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为32 mol。解析：(1)原电池是把化学能转化成电能的装置。电池总反应式
16、为2H2O2=2H2O，其中H元素从0价升至1价，失去电子，即电子在导线中从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H，由于溶液是呈碱性的，故负极反应式为H22OH2e=2H2O。(3)电极表面镀铂粉可增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，可以加快反应速率。(4)反应中Li元素从0价升至1价，故Li作还原剂。反应中H2O中的H元素从1价降至H2中的0价，故H2O作氧化剂。由反应可知，当锂吸收10 mol H2时，则生成20 mol LiH，V(LiH)103 L1.951101 L，则8.71104。20 mol LiH可生成20 mol H2，则实际参加反应的H2为20 mol80%16 mol，因1 mol H2转化成1 mol H2O的过程中转移2 mol电子，所以16 mol H2在反应中可转移32 mol电子。