2018-2019学年高中化学 第四章 电化学基础 第二节《化学电源》习题专训 新人教版选修4

第二节化学电源

[随堂基础巩固]

1．下列有关化学电池的说法中正确的是( )

A．化学电池只能将化学能转化为电能

B．燃料电池能将全部化学能转化为电能

C．锌银电池比能量大，电压稳定，储存时间长

D．一次电池包括干电池和蓄电池

解析：蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)；燃料电池的能量转换率超过80%，但不可能100%转换。蓄电池可重复使用，属于二次电池。

答案：C

2．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为：2Ag＋

Zn(OH)2充电

放电Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是( )

A．Ag B．Zn(OH)2

C．Ag2O D．Zn

解析：电池放电时发生原电池原理，其负极发生氧化反应，元素的化合价升高，即负极材料为Zn。

答案：D

3．一种充电电池放电时的电极反应为

H2＋2OH－－2e－===2H2O；

NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是( )

A．H2O的还原 B．NiO(OH)的还原

C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化

解析：放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。

答案：D

4．判断正误(正确打“√”号，错误打“×”号)。

(1)化学电源是把电能转化为化学能的装置。( )

(2)干电池中碳棒为正极。( )

(3)铅蓄电池属于二次电池。( )

(4)氢氧燃料电池工作时，发出淡蓝色火焰。( )

(5)废旧电池应集中回收，并填埋处理。( )

答案：(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×

5．(1)根据氧化还原反应2H2＋O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是________，正极通的气体应是________。

(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：

(3)若把H2改为4。

解析：(1)氢、氧燃料电池中通可燃性气体(H2)的一极为负极，通O2的一极为正极。

(2)若以H2SO4作电解质溶液，其电极反应式为：

负极：2H2－4e－===4H＋；

正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。

反应过程中生成水，溶液中c(H＋)减小，pH增大，若以KOH溶液作电解质溶液，其电极反应式为：

负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；

正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

反应过程中生成水、溶液中c(OH－)减小，pH减小。

(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质溶液时其正极反应式不变。

答案：(1)H2O2

(2)

(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－

[课时跟踪训练]

(时间45分钟满分60分)

一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)

1．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢

镍电池的总反应式是H 2＋2NiO(OH)放电

充电2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )

A ．电池放电时，电池负极周围溶液的pH 不断增大

B ．电池放电时，镍元素被氧化

C ．电池充电时，氢元素被氧化

D ．电池放电时，H 2在负极放电

解析：根据电池反应可首先看出放电时，H 2在负极被氧化，NiO(OH)在正极被还原，而充电时则是氢元素被还原，镍元素被氧化。

答案：D

2．[双选题]燃料电池是一种新型电池，它利用燃料在氧化过程中把化学能直接转化为电能。氢氧燃料电池的基本反应如下：X 极，12O 2(g)＋H 2O(l)＋2e －===2OH －

；Y 极，H 2(g)＋

2OH －

－2e －

===2H 2O(l)。下列判断中，正确的是( )

A ．X 是正极

B ．Y 是正极

C ．Y 极发生还原反应

D ．Y 极发生氧化反应

解析：本题考查的是燃料电池的电极反应。从电极反应式中可以看出，X 极得电子发生还原反应，作正极，Y 极失去电子发生氧化反应，作负极。

答案：AD

3．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，使镁电池越来越成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁电池的反应为：x Mg ＋Mo 3S 4放电

充电Mg x Mo 3S 4。在镁电池放电时，下列说法错误的是( )

A ．Mg 2＋

向正极迁移

B ．正极反应式为：Mo 3S 4＋2x e －

===Mo 3S 2x －

4 C ．Mo 3S 4发生氧化反应

D ．负极反应式为：x Mg －2x e －

===x Mg 2＋

解析：镁在反应中失电子，则Mo 3S 4在反应中得电子，故放电时Mo 3S 4发生还原反应，不正确。

答案：C

4．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH 为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不．正确的是( )

A ．水既是氧化剂又是溶剂

B ．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动

D．总反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

解析：由于Li属于碱金属，化学性质活泼，金属性大于铁，所以，该电池的总电极反应为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，负极：Li，正极：钢板。负极反应为Li－e－＋OH－===LiOH，放电时，OH－向负极移动，故C选项不正确。

答案：C

5．纽扣电池可用于计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和

Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag

＋ZnO。关于该电流的叙述不．正确的是( )

A．使用时电子由Zn极经外电流流向Ag2O极，Zn是负极

B．使用时电子由Ag2O极经外电路流向Zn极，Ag2O是负极

C．正极的电极反应为

Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

D．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应

解析：由总方程式可以看出，负极为Zn，正极为Ag2O，使用时电子由负极流向正极，A 项正确，B项错误，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，C项正确，D项也正确。

答案：B

6．[双选题]据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确的是( )

A．锌为正极，空气进入负极反应

B．负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋

C．正极发生氧化反应

D．电解质肯定不是强酸

解析：在原电池中，负极是还原性物质，失去电子，发生氧化反应，正极是氧化性物质，得到电子，发生还原反应，从原电池的电池反应为：2Zn＋O2===2ZnO知产物与强酸反应，所以电解质溶液肯定不是强酸。

答案：B

7．美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁-过氧化氢燃

料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )

A．电池的负极反应为：Mg－2e－===Mg2＋

B．电池工作时，H＋向负极移动

C．电池工作一段时间后，溶液的的pH增大

D．电池总反应式是：

Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

解析：Mg-H2O2燃料电池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总式为：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)减小，pH增大，且H＋移向正极。

答案：B

二、非选择题(本题包括4小题，共39分)

8．(6分)某学校设计了一节实验活动课，让学生从废旧干电池回收碳棒、锌皮、MnO2、NH4Cl、ZnCl2等物质，请回答有关问题：

如图所示为干电池的基本构造图。干电池工作时负极上的电极反应式是______________________________，MnO2的作用是除去正极上产生的H2，本身生成Mn2O3，该反应的化学方程式是______________________________________________。

解析：根据提供的电极材料，综合原电池原理可判断出Zn作负极，碳棒作正极。

答案：Zn－2e－===Zn2＋

2MnO2＋H2===Mn2O3＋H2O

9．(9分)镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的充、放电反应如下：

Cd＋2NiOOH＋2H2O 放电

充电Cd(OH)2＋2Ni(OH)2

请回答下列问题：

(1)上述反应式中左边物质的总能量________ (填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。

(2)放电时负极发生反应的物质是________，放电时正极的反应式为________________________________________________________________________。

(3)镉镍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)原电池放电过程中能将化学能转化为电能，即反应物的总能量大于生成物的总能量。

(2)根据总反应式可知放电时：

负极(Cd)反应式：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，

正极(NiOOH)反应式：

2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。

(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子对环境造成污染。

答案：(1)大于

(2)Cd NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－

(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染

10．(10分)如图为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na＋x S===Na2S x，正极的电极反应式为______________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是____________________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的________倍。

解析：首先标化合价，由2个Na失2个电子，可写出正极为x S＋2e－===S2－x；此电池提供2 mol电子，消耗2 mol Na为46 g，铅蓄电池负极为Pb，提供2 mol电子，消耗1 mol Pb为207 g，所以当消耗相同质量的负极物质时，钠硫电池放电是铅蓄电池的207/46＝4.5倍；在该装置中，M有两个作用，其一是导电，起电解质作用，其二是隔离Na与S，防止Na与S发生反应。

答案：x S＋2e－===S2－x

(或2Na＋＋x S＋2e－===Na2S x)

离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5

11．(14分)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：

(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是____________________________________，在导线中电子流动方向为______________(用a、b表示)。

(2)负极反应式为___________________________________________________________。

(3)电极表面镀铂粉的原因为_________________________________________________。

(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。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： Ⅰ.2Li＋H 2===== △

2LiH Ⅱ.LiH＋H 2O===LiOH ＋H 2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。

②已知LiH 固体密度为0.82 g/cm 3

，用锂吸收224 L(标准状况)H 2，生成的LiH 的体积与被吸收的H 2的体积比为________。

③由②生成的LiH 与H 2O 作用，放出的H 2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________ mol 。

解析：(1)电池是把化学能转变为电能的装置。在电池中电子是从负极经导线流向正极的，氢氧燃料电池中通入H 2的一极是负极，故电子由a 流动到b 。

(2)H 2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH 溶液，故负极反应式为2H 2＋4OH －

－4e －

===4H 2O 。

(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H 2、O 2的分子数，从而增大反应速率。 (4)LiH 中Li 为＋1价，H 为－1价，故反应Ⅰ中还原剂是Li ，反应Ⅱ中氧化剂是H 2O 。由反应Ⅰ可知吸收标准状况下的224 L H 2时生成160 g LiH ，则生成的LiH 的体积是160 g 0.82 g/cm 3，则生成的LiH 的体积与被吸收的H 2的体积比为：1600.82×224×103＝

1

1148。由反应Ⅱ可知，由②生成的20 mol LiH 与H 2O 反应生成20 mol H 2，H 2～2e －

，能量转化率为80%，则通过电子的物质的量为20 mol×2×80%＝32 mol 。

答案：(1)由化学能转变为电能 由a 到b (2)2H 2＋4OH －

－4e －

===4H 2O (或H 2＋2OH －

－2e －

===2H 2O)

(3)增大电极单位面积吸附H 2、O 2的分子数，加快电极反应速率 (4)①Li H 2O ②11148

或8.71×10－4

③32