【名師一號】2020-2021學(xué)年高二化學(xué)(人教版)選修4雙基限時練16化學(xué)電源

雙基限時練(十六)化學(xué)電源1．隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，各種電池的使用量明顯增加。廢電池必需進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程，其首要緣由是()A．回收電池外殼的金屬材料B．防止電池中的汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C．防止電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品D．回收其中的石墨電極答案B解析電池中含有的重金屬能夠嚴(yán)峻污染土壤，據(jù)爭辯表明一節(jié)干電池能夠污染1m2．下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C．氫氧燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極答案B解析在原電池中，活潑金屬Zn是負(fù)極，負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，因此電子的流向是由負(fù)極(鋅電極)流向正極(銅電極)，B項(xiàng)錯。3．鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是()A．Pb為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．SOeq\o\al(2－,4)只向正極移動C．電解質(zhì)溶液密度不斷減小D．溶液的pH不斷減小答案C解析由Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O可知，Pb為負(fù)極，PbO2為正極(原電池中失電子的物質(zhì)為負(fù)極)，故A項(xiàng)錯；由電極反應(yīng)式：負(fù)極Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，正極：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O可知：SOeq\o\al(2－,4)既結(jié)合負(fù)極Pb失電子后的Pb2＋，又結(jié)合正極PbO2得電子后的Pb2＋，故SOeq\o\al(2－,4)可向正負(fù)兩極移動，B項(xiàng)錯；由于H2SO4溶液中SOeq\o\al(2－,4)不斷被Pb2＋沉淀，故H2SO4的量不斷減小，使電解質(zhì)溶液密度不斷減小，C項(xiàng)對；由總反應(yīng)(或電極反應(yīng))可知，H2SO4不斷消耗，c(H＋)不斷減小，溶液pH不斷增大，D項(xiàng)錯。4．科學(xué)家近年來研制出一種新型的細(xì)菌燃料電池，利用細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為H2，H2進(jìn)入以H3PO4為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電。該電池負(fù)極反應(yīng)為()A．H2＋2OH－－2e－=2H2OB．O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．H2－2e－=2H＋D．O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案C解析該燃料電池中，H2為負(fù)極反應(yīng)物，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，由于電解質(zhì)是H3PO4，呈酸性，故H2失電子后直接生成H＋。5．鋰電池是新一代高能電池，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為Li＋MnO2=LiMnO2。下列說法中正確的是()A．Li是正極，MnO2是負(fù)極B．放電時負(fù)極的反應(yīng)式為Li－e－=Li＋C．放電時正極的反應(yīng)式為MnOeq\o\al(－,2)－e－=MnO2D．電池放電時，產(chǎn)生高錳酸根離子答案B解析A項(xiàng)Li是負(fù)極，MnO2為正極；C項(xiàng)放電時，正極的反應(yīng)是MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)；D項(xiàng)電池放電時，產(chǎn)生的是MnOeq\o\al(－,2)，不是MnOeq\o\al(－,4)。6．質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理如圖所示，下列敘述正確的是()A．通入氧氣的電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．通入氫氣的電極為正極C．電池的總反應(yīng)為O2＋2H2eq\o(=,\s\up15(點(diǎn)燃))2H2OD．正極的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2O答案D解析原電池的負(fù)極是還原劑失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，正極是氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng)的電極，質(zhì)子交換膜燃料電池中氫氣是還原劑，氧氣是氧化劑，A、B項(xiàng)均不正確；燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電池總反應(yīng)式不能寫“點(diǎn)燃”，C項(xiàng)不正確；正極發(fā)生的反應(yīng)是O2得電子生成O2－，進(jìn)一步結(jié)合傳導(dǎo)至正極的H＋生成H2O。7．LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、平安、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可用于電動汽車。電池反應(yīng)為：FePO4＋Lieq\o(,\s\up15(放電),\s\do5(充電))LiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負(fù)極材料是石墨，含Li＋導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正確的是()A．可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性B．放電時電池內(nèi)部Li＋向負(fù)極移動C．充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量削減D．放電時電池正極反應(yīng)為：FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4答案CD解析加入H2SO4消耗金屬Li，A項(xiàng)不正確；放電時電池內(nèi)部Li＋向正極移動，B項(xiàng)不正確；充電時正極發(fā)生反應(yīng)LiFePO4－e－=Li＋FePO4，會消耗正極材料LiFePO4，C項(xiàng)正確；放電時電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：FePO4＋Li＋＋e－=LiFePO4，D項(xiàng)正確。8．設(shè)想通過原電池反應(yīng)以H2和Cl2為原料生產(chǎn)鹽酸。關(guān)于這種原電池的設(shè)想正確的是()A．正極反應(yīng)為H2－2e－=2H＋B．在電池工作時，H＋移向負(fù)極C．電池正極發(fā)生氧化反應(yīng)D．以鹽酸作為電解質(zhì)，并不斷補(bǔ)充蒸餾水，以維持溶液肯定的pH答案D解析正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cl2＋2e－=2Cl－，A、C兩項(xiàng)錯；電解質(zhì)溶液中陽離子移向正極，B項(xiàng)錯；只有D項(xiàng)正確。9．如圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是()A．該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化B．裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．裝置X能實(shí)現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生D．裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化答案C解析該系統(tǒng)有太陽能轉(zhuǎn)化為電能、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能等多種能量轉(zhuǎn)化形式，A項(xiàng)錯誤；裝置Y為原電池，負(fù)極通H2發(fā)生氧化反應(yīng)：H2－2e－=2H＋，B項(xiàng)錯誤；裝置X為電解池，其作用是把水轉(zhuǎn)化為燃料(H2)和氧化劑(O2)，C項(xiàng)正確；化學(xué)能與電能間不行能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，D項(xiàng)錯誤。10．已知下列原電池的總反應(yīng)式，請寫出電極反應(yīng)式。(1)Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2____________________________________________________。(2)CH4＋2O2＋2KOH=K2CO3＋3H2O____________________________________________________。(3)2CO＋O2＋4KOH=2K2CO3＋2H2O____________________________________________________。答案(1)負(fù)極：Cu－2e－=Cu2＋正極：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋(2)負(fù)極：CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O正極：2O2＋4H2O＋8e－=8OH－(3)負(fù)極：2CO－4e－＋8OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋4H2O正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析依據(jù)原電池的總反應(yīng)式，先分析總反應(yīng)式中得電子和失電子的物質(zhì)，把總反應(yīng)式寫成兩個半反應(yīng)式。(1)中銅失去電子，作負(fù)極，＋3價鐵離子得到電子，做正極。留意得失電子數(shù)應(yīng)相等，寫完后兩極反應(yīng)式相加即是總反應(yīng)式。(2)中負(fù)極：CH4失去電子，正極：O2得到電子，并留意電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng)。(3)中負(fù)極：CO失去電子，正極：O2得到電子，KOH參與電極反應(yīng)。11．Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛，其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。(1)該電池的負(fù)極材料是________。電池工作時，電子流向________(填“正極”或“負(fù)極”)。(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，會加速某電極的腐蝕，其主要緣由是_____________________________________。欲除去Cu2＋，最好選用下列試劑中的__________(填代號)。a．NaOHb．Znc．Fed．NH3·H2O答案(1)Zn正極(2)鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕b解析(1)由干電池的組成材料Zn-MnO2可知Zn作負(fù)極，電池工作時，電子由Zn極流向正極。(2)在ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，首先發(fā)生Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池，使電極的腐蝕加快。若除去Cu2＋，加入NaOH、NH3·H2O均能消耗溶液中的Zn2＋，加入Fe會引入雜質(zhì)Fe2＋，故應(yīng)選擇Zn。12．化學(xué)電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。(1)目前常用的鎘鎳電池，其電池總反應(yīng)可以表示為：2Ni(OH)2＋Cd(OH)2eq\o(,\s\up15(充電),\s\do5(放電))Cd＋2NiOOH＋2H2O已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均難溶于水但能溶于酸，以下說法正確的是()①以上反應(yīng)是可逆反應(yīng)②以上反應(yīng)不是可逆反應(yīng)③充電時化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堍芊烹姇r化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹵．①③ B．②④C．①④ D．②③(2)廢棄的鎘鎳電池已成為重要的環(huán)境污染物，有資料表明一節(jié)廢鎘鎳電池可以使一平方米面積的耕地失去使用價值。在酸性土壤中這種污染尤為嚴(yán)峻，這是由于_____________________________。(3)另一種常用鋰電池(鋰是一種堿金屬元素，其相對原子質(zhì)量為7)，由于它的比容量(單位質(zhì)量電極材料所能轉(zhuǎn)換的電能)特殊大，而廣泛應(yīng)用于心臟起搏器，一般使用時間可長達(dá)十年，它的負(fù)極用金屬鋰制成，電池總反應(yīng)可表示為：Li＋MnO2=LiMnO2。試回答：鋰電池比容量特殊大的緣由是___________________。鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶劑配制，為什么這種電池不能使用電解質(zhì)的水溶液？請用化學(xué)方程式表示其緣由_______________。答案(1)B(2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液，生成有毒的重金屬離子(3)鋰的摩爾質(zhì)量小2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑解析(1)該電池兩個方向的反應(yīng)雖然是互逆的，但不能稱為可逆反應(yīng)，由于它們是在不同條件下進(jìn)行的，充電過程為外加電源條件下進(jìn)行的，該過程中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而放電過程中是依靠自發(fā)的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)由于Ni(OH)2和Cd(OH)2溶于酸，產(chǎn)生大量的Ni2＋、Cd2＋金屬離子，對土壤污染嚴(yán)峻。(3)鋰的摩爾質(zhì)量為7g·mol－1，較小，單位質(zhì)量轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量大，放電量大。鋰是活潑金屬，可與水反應(yīng)放出氫氣，其方程式為：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑。因此鋰電池中的電解質(zhì)溶液需用非水溶液配制。13．某原電池中，電解質(zhì)溶液為KOH(aq)，向負(fù)極通入C2H4或Al(g)，向正極通入O2或Cl2。試完成下列問題：(1)當(dāng)分別通入C2H4和O2時①正極反應(yīng)：_________________________________________；②負(fù)極反應(yīng)：________________________________________；③電池總反應(yīng)：_______________________________________。(2)當(dāng)分別通入Al(g)和Cl2時①正極反應(yīng)：_________________________________________；②負(fù)極反應(yīng)：________________________________________；③電池總反應(yīng)：_____________________________________。答案(1)①3O2＋12e－＋6H2O=12OH－②C2H4－12e－＋16OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋10H2O③C2H4＋3O2＋4OH－=2COeq\o\al(2－,3)＋4H2O(2)①3Cl2＋6e－=6Cl－②2Al－6e－＋6OH－=2Al(OH)3↓(或2Al－6e－＋8OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O)③3Cl2＋2Al＋6OH－=2Al(OH)3↓＋6