【名师一号】2020-2021学年高二化学(人教版)选修4双基限时练16化学电源.docx

双基限时练(十六)　化学电源
1．随着人们生活质量的不断提高，各种电池的使用量明显增加。废电池必需进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要缘由是(　　)
A．回收电池外壳的金属材料
B．防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．防止电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
答案　B
解析　电池中含有的重金属能够严峻污染土壤，据争辩表明一节干电池能够污染1m2的土地。
2．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．氢氧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
答案　B
解析　在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，B项错。
3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是(　　)
A．Pb为正极，发生氧化反应
B．SO只向正极移动
C．电解质溶液密度不断减小
D．溶液的pH不断减小
答案　C
解析　由Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O可知，Pb为负极，PbO2为正极(原电池中失电子的物质为负极)，故A项错；由电极反应式：负极Pb＋SO－2e－===PbSO4，正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O可知：SO既结合负极Pb失电子后的Pb2＋，又结合正极PbO2得电子后的Pb2＋，故SO可向正负两极移动，B项错；由于H2SO4溶液中SO不断被Pb2＋沉淀，故H2SO4的量不断减小，使电解质溶液密度不断减小，C项对；由总反应(或电极反应)可知，H2SO4不断消耗，c(H＋)不断减小，溶液pH不断增大，D项错。
4．科学家近年来研制出一种新型的细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为H2，H2进入以H3PO4为电解质的燃料电池发电。该电池负极反应为(　　)
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案　C
解析　该燃料电池中，H2为负极反应物，失电子发生氧化反应，由于电解质是H3PO4，呈酸性，故H2失电子后直接生成H＋。
5．锂电池是新一代高能电池，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是(　　)
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极的反应式为Li－e－===Li＋
C．放电时正极的反应式为MnO－e－===MnO2
D．电池放电时，产生高锰酸根离子
答案　B
解析　A项Li是负极，MnO2为正极；C项放电时，正极的反应是MnO2＋e－===MnO；D项电池放电时，产生的是MnO，不是MnO。
6．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．通入氧气的电极发生氧化反应
B．通入氢气的电极为正极
C．电池的总反应为O2＋2H22H2O
D．正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
答案　D
解析　原电池的负极是还原剂失去电子发生氧化反应的电极，正极是氧化剂得到电子发生还原反应的电极，质子交换膜燃料电池中氢气是还原剂，氧气是氧化剂，A、B项均不正确；燃料电池是将化学能转化为电能的装置，电池总反应式不能写“点燃”，C项不正确；正极发生的反应是O2得电子生成O2－，进一步结合传导至正极的H＋生成H2O。
7．LiFePO4电池具有稳定性高、平安、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4＋LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是(　　)
A．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B．放电时电池内部Li＋向负极移动
C．充电过程中，电池正极材料的质量削减
D．放电时电池正极反应为：FePO4＋Li＋＋e－===
LiFePO4
答案　CD
解析　加入H2SO4消耗金属Li，A项不正确；放电时电池内部Li＋向正极移动，B项不正确；充电时正极发生反应LiFePO4－e－===Li＋FePO4，会消耗正极材料LiFePO4，C项正确；放电时电池正极发生还原反应，电极反应为：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，D项正确。
8．设想通过原电池反应以H2和Cl2为原料生产盐酸。关于这种原电池的设想正确的是(　　)
A．正极反应为H2－2e－===2H＋
B．在电池工作时，H＋移向负极
C．电池正极发生氧化反应
D．以盐酸作为电解质，并不断补充蒸馏水，以维持溶液肯定的pH
答案　D
解析　正极发生还原反应，电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，A、C两项错；电解质溶液中阳离子移向正极，B项错；只有D项正确。
9．如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是(　　)

A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
答案　C
解析　该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能，电能转变为机械能，太阳能转变为机械能等多种能量转化形式，A项错误；装置Y为原电池，负极通H2发生氧化反应：H2－2e－===2H＋，B项错误；装置X为电解池，其作用是把水转化为燃料(H2)和氧化剂(O2)，C项正确；化学能与电能间不行能实现完全转化，D项错误。
10．已知下列原电池的总反应式，请写出电极反应式。
(1)Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
____________________________________________________。
(2)CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
____________________________________________________。
(3)2CO＋O2＋4KOH===2K2CO3＋2H2O
____________________________________________________。
答案　(1)负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(2)负极：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
(3)负极：2CO－4e－＋8OH－===2CO＋4H2O
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析　依据原电池的总反应式，先分析总反应式中得电子和失电子的物质，把总反应式写成两个半反应式。
(1)中铜失去电子，作负极，＋3价铁离子得到电子，做正极。留意得失电子数应相等，写完后两极反应式相加即是总反应式。
(2)中负极：CH4失去电子，正极：O2得到电子，并留意电解质溶液参与电极反应。
(3)中负极：CO失去电子，正极：O2得到电子，KOH参与电极反应。
11．Zn­MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2­NH4Cl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ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要缘由是_____________________________________。
欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的__________(填代号)。
a．NaOH　b．Zn　c．Fe　d．NH3·H2O
答案　(1)Zn　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　b
解析　(1)由干电池的组成材料Zn­MnO2可知Zn作负极，电池工作时，电子由Zn极流向正极。
(2)在ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，首先发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池，使电极的腐蚀加快。若除去Cu2＋，加入NaOH、NH3·H2O均能消耗溶液中的Zn2＋，加入Fe会引入杂质Fe2＋，故应选择Zn。
12．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镉镍电池，其电池总反应可以表示为：
2Ni(OH)2＋Cd(OH)2Cd＋2NiOOH＋2H2O
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(　　)
①以上反应是可逆反应　②以上反应不是可逆反应　③充电时化学能转变为电能　④放电时化学能转变为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镉镍电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镉镍电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严峻，这是由于_____________________________。
(3)另一种常用锂电池(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)特殊大，而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极用金属锂制成，电池总反应可表示为：Li＋MnO2===LiMnO2。
试回答：锂电池比容量特殊大的缘由是___________________。
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缘由_______________。
答案　(1)B
(2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液，生成有毒的重金属离子
(3)锂的摩尔质量小　2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析　(1)该电池两个方向的反应虽然是互逆的，但不能称为可逆反应，由于它们是在不同条件下进行的，充电过程为外加电源条件下进行的，该过程中电能转化为化学能，而放电过程中是依靠自发的氧化还原反应将化学能转化为电能。
(2)由于Ni(OH)2和Cd(OH)2溶于酸，产生大量的Ni2＋、Cd2＋金属离子，对土壤污染严峻。
(3)锂的摩尔质量为7 g·mol－1，较小，单位质量转移电子的物质的量大，放电量大。锂是活泼金属，可与水反应放出氢气，其方程式为：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。因此锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制。
13．某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，向负极通入C2H4或Al(g)，向正极通入O2或Cl2。试完成下列问题：
(1)当分别通入C2H4和O2时
①正极反应：_________________________________________；
②负极反应：________________________________________；
③电池总反应：_______________________________________。
(2)当分别通入Al(g)和Cl2时
①正极反应：_________________________________________；
②负极反应：________________________________________；
③电池总反应：_____________________________________。
答案　(1)①3O2＋12e－＋6H2O===12OH－
②C2H4－12e－＋16OH－===2CO＋10H2O
③C2H4＋3O2＋4OH－===2CO＋4H2O
(2)①3Cl2＋6e－===6Cl－　②2Al－6e－＋6OH－===2Al(OH)3↓(或2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O)　③3Cl2＋2Al＋6OH－===2Al(OH)3↓＋6Cl－(或3Cl2＋2Al＋8OH－===6Cl－＋2AlO＋4H2O)
解析　(1)是燃料电池，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为C2H4＋3O2===2CO2＋2H2O，CO2＋2OH－===CO＋H2O(加合得：C2H4＋3O2＋4OH－===2CO＋4H2O)，总反应减去正极反应就是负极反应。
(2)正极Cl2得电子：Cl2＋2e－===2Cl－，负极Al失电子，在碱性环境下以Al(OH)3或AlO形式存在。