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、PbO 2,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
2、 为正极,被氧化B.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;PbO 2 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+2H2O Zn(OH)2+2MnOOH,下列说法错误的是( )A.电池工作
3、时,锌失去电子B.电池正极的电极反应式为 2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+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+2H2O Zn(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.最早使用的化学电源(chemical power source)是锌锰电池,即大家所熟悉的干电池,其结构如图所示。尽管这种电池的历史悠久,
4、但人们对它的电化学过程尚未完全了解。一般认为,放电时,电池中的反应如下:E 极:2MnO 2+2H2O+2e- 2MnO(OH)+2OH-F 极:Zn+2NH 4Cl-2e- Zn(NH3)2Cl2+2H+总反应式:2MnO 2+Zn+2NH4Cl 2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2下列说法正确的是( )A.E 极是电池的正极,发生的是氧化反应B.F 极是电池的负极,发生的是氧化反应C.从结构上分析,锌锰电池应属于可充电电池D.锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的解析:E 极发生还原反应,应为原电池的正极;F 极发生氧化反应,为原电池的负极。干电池中反应不可逆,故也不能作充电电池用。答
5、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+,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.NaOH B.ZnC.Fe D.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)
6、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:H 2 燃烧的产物为 H2O,所以 H2 作燃料最环保。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+3H
7、2OD.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,负极上的反应为 CH3CH2OH-4e-+H2O CH3COOH+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+O2 CH3COOH+H2OD.
8、正极上发生的反应为 O2+4e-+2H2O 4OH-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 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+O2 2H2O,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
9、 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 L
10、i1-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
11、液,电池总反应为 2H2+O2 2H2O。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-xMO2 LiMO2+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-x C6Li+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)
12、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2H2O 2H2+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,H 2 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-+2OH- 2H2O。由电池总反应可知,KOH
13、没有被消耗,所以其物质的量不变。答案:.(1)LiMO 2+C6Li1-x C6Li+Li1-xMO2(2)正极(3)C6Li1-x+xLi+xe- C6Li 8.(1)化学 电 OH 吸热(2)H 2-2e-+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+H2O 3H2+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:H 2+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:O 2+2
14、CO2+4e- 2C解析:CH 4 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,O 2 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-
15、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 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,
16、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+(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.对化学电源的叙述正确的是( )A.化学电源比火力发电对化学能的利用率高B.化学电源所提供的电
17、能居于人类社会现阶段总耗电量的首位C.化学电源均是安全、无污染的D.化学电源即为可充电电池解析:目前人类生活、生产的主要耗电仍然是火力发电 ;化学电源中常含有 Cd、Hg、Pb、Ni等重金属,如果废旧电池随意丢弃会造成环境污染;化学电源包括可充电电池,也包括不能进行充电循环使用的一次性电池。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.随着人们生活质量的不断提高,废电池进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( )A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液
18、腐蚀其他的物品D.回收其中的石墨电极解析:废电池中的汞、镉和铅等重金属离子对环境污染严重,因而必须回收。答案:B4.关于化学电源的叙述,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+6H2O 4Al(OH)3,下列说法
19、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,
20、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(N 2H4)空气燃料电池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+O2 N2+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:O 2+4H+4e- 2H2OB.溶液中的阴离子向正极移动C.负极的电极反应式:N 2H4+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
21、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: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+6O2 6CO2+6H2O解析:C 6H12O6 中 C 的平均化合价为 0 价,二氧化碳中 C
22、 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
23、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+CuSO4 ZnSO4+Cu。Cu 电极作正极,Cu 2+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 CuSO4 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
24、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+O2 2NO2B.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,
25、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
26、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)2CH 3OH+3O2 2CO2+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)+2H2O 2Ni(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
27、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+MnO2 LiMnO2。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
28、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+2H 2O 2LiOH+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+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2。请回答下列问题:(1)放电时,还原反应在
29、 ( 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+、Ni 2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染。答案:(1)b Cd-2e -+2OH- Cd(OH)2 增强(2)镍镉废旧电池中残留的 Cd2+、Ni 2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染
