1、第 2 课时 发展中的化学电源(时间:40 分钟)基础过关1.电子计算器所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质溶液为KOH 溶液,其电极反应是 Zn+2OH-2e- Zn(OH)2、Ag 2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,下列判断正确的是( B )A.锌为正极,Ag 2O 为负极B.锌为负极,Ag 2O 为正极C.原电池工作时,溶液中 OH-移向正极D.原电池工作时,溶液中电子由负极流向正极解析:根据化合价变化可知 Zn 被氧化,应为原电池的负极,则正极为Ag2O,A 错误,B 正确;原电池工作时,溶液中的阴离子向负极移动,C 错误;原电池工作时,电子从负极流出经导线流向正极,不能进入
2、溶液,D错误。2.如图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是( B )A.a 极是负极B.正极的电极反应是 O2+2H2O+4e- 4OH- C.电流由 b 通过灯泡流向 aD.氢氧燃料电池是环保电池解析:氢氧燃料电池中,H 2在负极 a 上被氧化,O 2在正极 b 上被还原,电流由正极通过灯泡流向 a,故 A、C 正确;由于电解质溶液为酸性,故正极的电极反应为 O2+4H+4e- 2H2O,B 不正确;该电池的总反应为2H2+ O2 2H2O,属于环保电池,D 正确。3.2016 年 10 月 17 日“神舟十一号”飞船发射成功,宇宙飞船的能量部分来自太阳能电池,另外内部还配有
3、高效的燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,所用燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾,已知该电池的总反应为 2H2+O2 2H2O,负极反应为 H2+C -2e- CO2+H2O,则下列推断中,正确的是( A )A.电池工作时,C 向负极移动B.电池放电时,外电路电子由通氧气的正极流向通氢气的负极C.正极的电极反应:4OH -4e- O2+2H 2OD.通氧气的电极为阳极,发生氧化反应解析:电池放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以 C 向负极移动,A 正确;原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,即电子从通入氢气的负极沿导线流向通入氧气的正极,B 错误;正极上氧气得电子和二氧化
4、碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C ,C 错误;通入氧气的电极是正极,正极上得电子发生还原反应,D 错误。4.燃料电池是一种新型电池,它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能,当以 30%KOH 溶液为电解质溶液,电极反应如下:2H2+4OH-4e- 4H2O,O2+2H2O+4e- 4OH-。据此作出判断,下列说法中不正确的是( A )A.反应时负极附近 pH 增大B.电池总反应为 2H2+O2 2H2OC.O2在正极发生还原反应D.工作时 OH-向负极移动解析:根据负极反应:2H 2+4OH-4e- 4H2O,消耗氢氧根离子,所以反应时负极附近 pH 减小
5、,A 不正确;电池总反应为 2H2+O2 2H2O,B 正确;由电极反应式可知,通入氧气的一极为电池的正极,发生还原反应,C正确;原电池中阴离子向负极移动,所以工作时 OH-向负极移动,D 正确。5.Mg H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器,该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。该电池工作时,下列说法正确的是( C )A.Mg 电极是该电池的正极B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应C.石墨电极附近溶液的 pH 增大D.溶液中 Cl-向正极移动解析:原电池的负极被氧化,Mg 为负极,A 错误;H 2O2作为氧化剂,在石墨上被还原为 OH-,发生还原反应,石墨电极附近溶液碱性增强,pH 增大,
6、B 错误,C 正确;溶液中 Cl-应向负极移动,D 错误。6.为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池,该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( A )A.电子从 b 极经导线流向 a 极B.正极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH-C.还可以选用 NaOH 固体作固态电解质D.若反应中转移 1 mol 电子,则生成 22.4 L(标准状况)CO 2解析:根据电池的工作原理可知 b 极为负极,a 极为正极,故电子应从b 极经导线流向 a 极,故 A 正确;该电池中没有 H2O、OH -,故 B、C 错误;由CO+O2-2e- CO2知,转移 1 mol 电子,生成
7、 0.5 mol CO2,其体积为11.2 L(标准状况),D 错误。7.下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是( D )A.电池中锌是正极B.电池是一次电池C.电池工作时,氢气发生还原反应D.电池工作时,电子由锌通过导线流向碳棒解析:A 项,电池中锌的活泼性大于铜,所以锌作负极;B 项,铅蓄电池是可充、放电电池,所以为二次电池;C 项,在氢氧燃料电池中,H 2失去电子发生氧化反应。8.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的甲烷燃料电池,如图所示,a、b 均为惰性电极。下列叙述不正确的是( B )A.a 极是负极,该电极上发生氧化反应B.b 极反应是 O2+4OH-4
8、e- 2H2OC.总反应方程式为 CH4+2O2+2KOH K2CO3+3H2OD.甲烷燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析:a 极通 CH4为负极,电极反应为 CH4+10OH-8e- C +7H2O,发生氧化反应,A 正确;B 项,b 极通 O2为正极,电极反应为 2O2+4H2O+8e- 8OH-,B 不正确;正、负极电极反应式相加得总反应为 CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O,C 正确;D 项,甲烷燃料电池的能量高,且产物为水和盐,对环境无污染,故是具有应用前景的绿色电源。9.Mg AgCl 电池是一种用海水激活的一次电池,在军事上用作电动鱼雷的电源。电池的总反应可表示为
9、 Mg+2AgCl MgCl2+2Ag。下列关于该电池的说法错误的是( C )A.该电池工作时,正极反应为 2AgCl+2e- 2Cl-+2AgB.镁电极作该电池负极,负极反应为 Mg-2e- Mg2+C.有 24 g Mg 被氧化时,可还原得到 108 g AgD.装备该电池的鱼雷在水中行进时,海水作为电解质溶液解析:由电池反应方程式看出,Mg 是还原剂、AgCl 是氧化剂,故金属Mg 作负极,正极反应为 2AgCl+2e- 2Cl-+2Ag,故 A 正确;金属 Mg 作负极,其电极反应式为 Mg-2e- Mg2+,故 B 正确;电极反应式 Mg-2e-Mg2+,24 g Mg 即 1 mo
10、l 被氧化时,转移电子是 2 mol,正极反应为2AgCl+2e- 2Cl-+2Ag,可还原得到 216 g Ag,故 C 错误;因为该电池能被海水激活,海水可以作为电解质溶液,故 D 正确。10.英国一家公司正在研发全球首款“充一次电,用七天”的碱性氢氧燃料手机电池。如图为碱性氢氧燃料电池结构示意图。请回答下列问题。(1)电池是将化学能直接转化为 能的装置。 (2)氢氧燃料电池中发生反应的化学方程式是 。 作为碱性氢氧燃料电池,该电池的电解质溶液可以是 。 (3)b 电极上的反应为 , 则该电极为电池的 极,从氧化还原角度分析,该反应属于 反应。 (4)氢氧燃料电池与普通电池相比,其优点是
11、(答出一点即可)。但作为手机电池,长时间使用时,会感觉手机发烫,这是因为有一部分能量转化为 能,所以它还需要解决一些问题,如:手机壳必须多开一个排气孔,可能的原因是 。 解析:(1)燃料电池是将化学能转化成电能的装置。(2)碱性氢氧燃料电池中的电解质溶液一般是 KOH 溶液,电池总反应是氢气与氧气反应生成水,反应方程式为 2H2+O2 2H2O。(3)正极充入氧气,则 b 电极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式:2H2O+O2+4e- 4OH-。(4)氢氧燃料电池的产物是水,与普通电池相比,无污染,还能循环再利用;手机电池长时间使用时会感觉手机发烫,是因为有一部分能量转化为热能,因此手机壳必
12、须多开一个排气孔,可能的原因是有利于水蒸气的散发。答案:(1)电(2)2H2+O2 2H2O KOH 溶液(3)2H2O+O2+4e- 4OH- 正 还原(4)无污染 热 有利于水蒸气的散发能力提升11.微生物燃料电池因具有原料广泛、操作条件温和、清洁高效和资源利用率高、无污染等特点而被人们所重视。以用葡萄糖作底物的燃料电池为例,其正、负极反应式如下:正极反应:6O 2+24H+24e- 12H2O负极反应:C 6H12O6+6H2O-24e- 6CO2+24H +则有关该电池的下列说法正确的是( D )A.该电池的工作环境是高温条件B.作为负极的葡萄糖(C 6H12O6)在变化中失去电子,被
13、还原C.该电池的电解质溶液是强酸性溶液,如浓硫酸或硝酸等D.该电池的总反应为 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O解析:该电池是微生物燃料电池,反应条件温和,所以不需高温条件,A错误;C 元素的化合价升高,则葡萄糖在反应中失去电子被氧化,B 错误;浓硫酸能和有机物发生脱水反应,电池的电解质溶液不能是浓硫酸,C 错误;将正、负极反应式相加即可得总反应方程式:C 6H12O6+ 6O26CO2+6H2O,D 正确。12.由 NO2、O 2,熔融盐组成的燃料电池如图所示,在使用过程中石墨电极反应生成一种氧化物 Y,下列有关说法正确的是( C )A.石墨极为正极,石墨极为负极B.Y 的化学式为
14、NOC.石墨极的电极反应式为 NO2+N -e- N2O5D.石墨极上发生氧化反应解析:燃料电池中通氧气的为正极,通燃料的为负极,则石墨极为负极,石墨极为正极,A 错误;NO 2中氮元素的化合价为+4 价,反应后化合价升高,所以 Y 的化学式为 N2O5,B 错误;负极上 NO2失电子生成N2O5,则石墨极的电极反应式为 NO2+N -e- N2O5,C 正确;石墨极为氧气得电子发生还原反应,D 错误。13.有 X、Y、Z、W 四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大。只有Z 是金属元素,X 最外层只有一个电子,Y 和 W 元素原子的最外层电子数相同,且 Y 元素原子 L 层电子数是 K 层电子
15、数的 3 倍,Z 元素原子的最外层电子数是 W 元素原子最外层电子数的一半。请回答:(1)Z 是 (填元素符号),W 的原子结构示意图为 。 (2)写出两种仅由 X、Y 两种元素的原子形成的 10 电子微粒的符号: 。 (3)将 X 的单质气体与 Y 的单质气体间的反应设计成原电池反应,简易装置如图所示。A 处通入的气体为 ,B 处气体发生反应的电极反应式为 。 解析:(1)有 X、Y、Z、W 四种短周期元素,它们的核电荷数依次增大,X 最外层只有一个电子,X 不是金属元素,X 为 H,Y 元素原子 L 层电子数是 K 层电子数的 3 倍,则 Y 为 O 元素;W 和 Y 元素原子的最外层电子
16、数相同,则 W 为 S;Z 元素原子的最外层电子数是 W 元素原子最外层电子数的一半,则 Z 为 B 或 Al,又 Z 是金属元素且核电荷数大于 O,则 Z 只能为 Al,W 为 S,核外电子分三层排布,分别为 2、8、6,原子结构示意图为 。(2)X、Y 分别为 H、O,形成的氢化物 H2O 含有 10 个电子,形成的 OH-含有 10 个电子。(3)根据电子的流向,A 处电子流出,为负极,发生氧化反应,所以 A 处通入的气体为 H2,氧气具有氧化性,通入氧气的一极为原电池的正极,正极发生还原反应,电极方程式为 O2+4e-+4H+ 2H2O。答案:(1)Al (2)H 2O、OH -(3)
17、H2 O 2+4e-+4H+ 2H2O14.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。.(1)锌锰干电池的基本构造如图。锌锰干电池工作时,电路中每通过 0.2 mol e-,负极质量减少 g;工作时 N 在正极放电产生两种气体,其中一种气体分子是含 10e-的微粒,正极的电极反应式是 。 (2)关于该电池的使用和性能,说法正确的是 。 A.该电池可充电后反复使用B.该电池可用于闹钟、收音机、照相机等C.该电池使用后能投入火中,也可投入池塘中D.该电池长时间连续工作后,糊状物可能流出,腐蚀用电器.(3)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应可表示为Cd+2NiO(OH)+2H2O
18、 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 。 A.以上反应是可逆反应B.反应环境为碱性C.电池放电时 Cd 作负极D.是一种二次电池.(4)锂电池锂的摩尔质量小而比容量特别大,但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)锌锰干电池的负极是锌,正极为石墨棒,电解质为氯化铵,负极发生氧化反应,电极反应式为 Zn-2e- Zn2+,根据电极反应式可知,电路中每通过 0.2 mol e-,消耗 0.1 mol Zn,质量为 0.1 mol65 g/ m
19、ol=6.5 g。正极发生还原反应,工作时 N 在正极放电,产生两种气体,其中一种气体分子是含 10e-的微粒,应为 NH3,电极反应式为2N + 2e- 2NH3+H2。(2)该电池是一次性电池,不能反复使用,故 A 错误;该电池可将化学能转化为电能,能用于闹钟、收音机、照相机等,故 B 正确;该电池使用后不能投入火中、池塘中,因为电池中的重金属会污染环境,故 C错误;该电池长时间连续工作后,糊状物可能流出,腐蚀用电器,故 D 正确。(3)可逆反应的正、逆反应条件是相同的,但充电和放电的条件是不一样的,即以上反应不是可逆反应,故 A 错误;根据电池产物是氢氧化物,知道反应环境为碱性,故 B 正确;电池放电时是原电池的工作原理,失电子的一极是负极,即 Cd 作负极,故 C 正确;该电池是能连续充放电使用的电池,是一种二次电池,故 D 正确。(4)金属锂可以和水之间发生化学反应生成氢氧化锂和氢气:2Li+ 2H2O 2LiOH+H2,所以不能用含有水的电解质溶液。答案:(1)6.5 2N +2e- 2NH3+H2(2)BD (3)BCD (4)2Li+2H 2O 2LiOH+H2
