【創(chuàng)新設計】2020-2021學年高中化學課堂講義(人教版選修四)配套試題：第四章-第二節(jié)-化學電源

其次節(jié)化學電源[經典基礎題]題組1化學電池及處理1．下列說法正確的是 ()A．堿性鋅錳電池是二次電池B．鉛蓄電池是一次電池C．二次電池又叫蓄電池，它放電后可以再充電使活性物質獲得再生D．燃料電池的活性物質大量儲存在電池內部答案C解析堿性鋅錳電池是一次電池，鉛蓄電池是二次電池。2．隨著人們生活質量的不斷提高，廢電池必需進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要緣由是 ()A．利用電池外殼的金屬材料B．防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C．不使電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品D．回收其中石墨電極答案B解析汞、鎘、鉛等重金屬離子會對土壤和水源造成污染。題組2一次電池3．鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為：Zn(s)＋2MnO2＋2NH4＋=Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O，在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是 ()A．Zn B．碳C．MnO2和NH4＋ D．Zn2＋和NH3答案C解析依據方程式可知：Zn為負極，碳棒為正極，負極：Zn－2e－=Zn2＋，正極：2MnO2＋2NH4＋＋2e－=Mn2O3＋2NH3↑＋H2O，所以正極上參與反應的物質是MnO2和NH4＋。4．人造衛(wèi)星用到的一種高能電池——銀鋅電池，其電極反應為：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。依據反應式推斷氧化銀是 ()A．負極被氧化 B．正極被還原C．負極被還原 D．正極被氧化答案B解析Ag2O→2Ag得電子，化合價降低，被還原。題組3可充電電池5．目前人們正爭辯開發(fā)一種高能電池——鈉硫電池，它以熔融的鈉、硫為兩極，以Na＋導電的β″－Al2O3陶瓷作固體電解質，反應為2Na＋xSeq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))Na2Sx，以下說法正確的是 ()A．放電時，鈉作正極，硫作負極B．放電時，Na＋向負極移動C．充電時，鈉極與外電源正極相連，硫極與外電源的負極相連D．放電時，負極發(fā)生的反應是：2Na－2e－=2Na＋答案D解析放電時，負極失去電子發(fā)生氧化反應，正極得電子發(fā)生還原反應，故鈉作負極，硫作正極，A錯誤；放電時，陽離子向正極移動，B錯誤；充電時，鈉極(負極)與外電源的負極相連，硫極(正極)與外電源的正極相連，C錯誤；放電時，負極發(fā)生氧化反應，D正確。6．鎳(Ni)鎘(Cd)可充電的電池，放電時，電極材料是Cd和NiO(OH)，電解質是KOH，電極反應分別是：Cd＋2OH－－2e－=Cd(OH)2；2NiO(OH)＋2H2O＋2e－=2Ni(OH)2＋2OH－。下列說法不正確的是 ()A．電池放電時，負極四周溶液的pH不斷減小B．電池放電時總反應是Cd＋2NiO(OH)＋2H2O=Cd(OH)2＋2Ni(OH)2C．電池充電時，鎘(Cd)元素被氧化D．電池充電時，電池的正極和電源的正極相連接答案C解析C項，充電時，Cd(OH)2＋2e－=Cd＋2OH－，所以鎘元素應被還原。7．鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰(LiCoO2)，導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發(fā)生的反應為6C＋xLi＋＋xe－=LixC6，充放電過程中，正極發(fā)生LiCoO2與Li1－xCoO2之間的轉化。下列有關說法不正確的是 ()A．放電時的負極反應式為：LixC6－xe－=6C＋xLi＋B．鈷酸鋰(LiCoO2)中鈷元素的化合價為＋3C．放電時正極發(fā)生LiCoO2轉化為Li1－xCoO2的反應D．放電時鋰離子向正極移動答案C解析放電時，電極反應式為負極：LixC6－xe－=6C＋xLi＋正極：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2所以放電時，Li1－xCoO2轉化為LiCoO2。題組4燃料電池8．美國《時代周刊》將氫燃料電池評為21世紀對人類生活具有重大影響的技術之一。培根電池是一種堿性的氫氧燃料電池，已經應用在“阿波羅六號”太空船上。將多個培根電池組合為電池組，向外供電，電池組工作穩(wěn)定后，它的電動勢和內阻基本保持不變。電池所產生的水可以作為飲用水，今欲得常溫下水1L，則電池內電子轉移的物質的量約為 ()A．8.9×10－3mol B．4.5×10－2molC．1.1×102mol D．5.6×10mol答案C解析負極：2H2－4e－＋4OH－=4H2O正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－所以產生2mol水，轉移4mol電子。制得1L水轉移電子數為eq\f(1000mL·1g/mL,18g·mol－1)×2＝1.1×102mol。9.右圖是甲醇燃料電池的結構示意圖，甲醇在催化劑作用下供應質子(H＋)和電子，電子經外電路、質子經內電路到達另一極與氧氣反應，電池總反應為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。下列說法不正確的是 ()A．左電極為電池的負極，a處通入的物質是甲醇B．正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．負極反應式為：CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋D．該電池供應1mole－，消耗氧氣0.25mol答案B解析電極反應式為：負極：2CH3OH－12e－＋2H2O=2CO2↑＋12H＋正極：3O2＋12e－＋12H＋=6H2O。B錯誤；依據電子流向，可以推斷a處通甲醇，b處通O2。當電池供應1mol電子時，消耗O2為eq\f(3mol,12)＝0.25mol。10.美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工高校共同研制成功了用于潛航器的鎂—過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示。以下說法中錯誤的是()A．電池的負極反應為Mg－2e－=Mg2＋B．電池工作時，H＋向負極移動C．電池工作一段時間后，溶液的pH增大D．電池總反應式是Mg＋H2O2＋2H＋=Mg2＋＋2H2O答案B解析Mg－H2O2燃料電池中Mg作負極：Mg－2e－=Mg2＋，Pt作正極：H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O，總反應式為Mg＋H2O2＋2H＋=Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)減小，pH增大，且H＋移向正極。[力量提升題]11．“神舟九號”飛船的電源系統(tǒng)共有3種，分別是太陽能電池帆板、鎘鎳蓄電池和應急電池。(1)飛船在光照區(qū)運行時，太陽能電池帆板將________能轉化為________能，除供應飛船使用外，多余部分用鎘鎳蓄電池儲存起來。其工作原理為Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2充電時，陽極的電極反應式為______________________；當飛船運行到地影區(qū)時，鎘鎳蓄電池開頭為飛船供電，此時負極四周溶液的堿性________(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)緊急狀況下，應急電池會自動啟動，工作原理為Zn＋Ag2O＋H2Oeq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))2Ag＋Zn(OH)2，其負極的電極反應式為________________________。答案(1)太陽電Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O減小(2)Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2解析(1)陽極是失電子發(fā)生氧化反應的一極，Ni(OH)2為陽極；放電時負極反應為Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，故溶液堿性減小。12．原電池是化學對人類的一項重大貢獻。(1)某愛好小組為爭辯原電池原理，設計如圖裝置。①a和b不連接時，燒杯中發(fā)生反應的離子方程式是________________________。②a和b用導線連接，Cu極為原電池________極(填“正”或“負”)，電極反應式是________________________，Zn極發(fā)生________(填“氧化”或“還原”)反應，溶液中的H＋移向________(填“Cu”或“Zn”)極。③無論a和b是否連接，Zn片均被腐蝕，若轉移了0.2mol電子，則理論上Zn片質量減輕________g。(2)如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：①電池的負極是________(填“a”或“b”)電極，該極的電極反應式為：________________________________________________________________________。②電池工作一段時間后電解質溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。答案(1)①Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑②正2H＋＋2e－=H2↑氧化Cu③6.5(2)①aCH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O②減小解析分析本題裝置，若a和b不連接，不能構成原電池；若a和b連接，則符合構成原電池的條件。(1)①若a、b不連接則發(fā)生的是Zn與H2SO4的置換反應；②a、b連接后，構成原電池，Cu的活潑性弱于Zn，Cu為正極，Zn為負極，Zn極發(fā)生氧化反應；③若轉移0.2mol電子，則消耗0.1molZn，其質量為6.5g。(2)CH4在反應時失去電子，故a電極是電池的負極。電極反應式可由總反應式CH4＋2OH－＋2O2=CO32－＋3H2O減去正極反應式O2＋2H2O＋4e－=4OH－，求得。由于電池工作過程中會消耗OH－，故一段時間后，電解質溶液的pH會減小。13．某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓，該電池的總反應3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up17(放電),\s\do15(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。(1)放電時負極反應為_______________________________________________；(2)充電時Fe(OH)3發(fā)生________反應；(3)放電時電子由________極流向________極；(4)放電時1molK2FeO4發(fā)生反應，轉移電子數是________。答案(1)Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2(2)氧化(3)負正(4)1.806×1024解析放電時鋅在負極發(fā)生氧化反應，由于電解質是堿，故負極反應是Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，電子由負極流出，通過外電路流向正極，每1molK2FeO4發(fā)生反應，轉移電子是3mol，數目是1.806×1024，充電時Fe(OH)3失去電子發(fā)生氧化反應。14．化學電池在通訊、交通及日常生活中有著廣泛的應用。(1)下列相關說法正確的是________(填序號)。A．通過某種電池單位質量或單位體積所能輸出能量的多少，可以推斷該電池的優(yōu)劣B．二次電池又稱充電電池或蓄電池，這類電池可無限次重復使用C．除氫氣外，甲醇、汽油、氧氣等都可用作燃料電池的燃料D．近年來，廢電池必需進行集中處理的問題被提上日程，其首要緣由是電池外殼的金屬材料需要回收(2)目前常用的鎳(Ni)鎘(Cd)電池，其電池總反應式可表示為2Ni(OH)2＋Cd(OH)2eq\o(,\s\up7(充電),\s\do5(放電))Cd＋2NiO(OH)＋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________(填序號)。A．以上反應是可逆反應B．反應環(huán)境為堿性C．電池放電時Cd作負極D．該電池是一種二次電池(3)在宇宙飛船和其他航天器上經常使用的氫氧燃料電池是一種新型電源，其構造如圖所示：a、b兩個電極均由多孔的碳塊組成，通入的氫氣和氧氣由孔隙中逸入，并在電極表面發(fā)生反應而放電。①a電極是電源的________極；②若該電池為飛行員供應了360kg的水，則電路中通過了________mol電子。(4)請運用原電池原理設計試驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱，請畫出試驗裝置圖并寫出電極反應式。答案(1)A(2)BCD(3)負40