2022年高二化学4-2化学电源(苏教版)选修4.docx

4-2化学电源
一、选择题
1．以下有关电池的说法不正确的选项是(　　)
A． 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
答案：B
点拨：二次电池，即可充电电池，所以A项对。B中，在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反响，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，B项错。

A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
答案：C
点拨：因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，A错；原电池是将化学能直接转变为电能，B错；氢氧燃料电池负极反响为H2－2e－===2H＋，C正确；太阳能电池采用硅材料制作，D错。
3．利用生活中常见的材料可以制作出一些有实际应用价值的装置来，如废铝罐和碳棒、食盐水等材料制作用于驱动玩具的电池。上述电池工作时，有关说法正确的选项是(　　)
A．铝罐将逐渐被腐蚀
B．碳棒上发生的反响为：O2＋4e－===2O2－
C．碳棒应与玩具电机的负极相连
D．该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻
答案：A
点拨：该电池的负极是Al，工作时铝将被腐蚀，A对；正极上O2得电子，但不会形成O2－，B错；碳棒是该电池的正极，与玩具电机正极相连，C错；碳棒不参与反响，质量不会减轻，D错。
4．(2022·三明一中高二检测)氢镍电池的总反响式是H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2。根据此反响判断，以下表达中不正确的选项是(　　)
A．电池放电时，镍元素被氧化
B．电池充电时，氢元素被复原
C．电池放电时，镍元素被复原
D．电池放电时，H2在负极放电
答案：A
点拨：电池放电时，Ni元素化合价降低被复原，A错，C对；充电时，H元素化合价从＋1→0，化合价降低，被复原，B对；放电时，H元素化合价升高，在负极被氧化，D对。
5．微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I－。以下有关说法正确的选项是(　　)
A．正极反响：2Li－2e－===2Li＋
B．负极反响：I2＋2e－===2I－
C．总反响是：2Li＋I2===2LiI
D．金属锂作正极
答案：C
点拨：该电池中Li的活泼性强，作负极，其反响为：2Li－2e－===2Li＋，B、D均错。正极反响为：I2＋2e－===2I－，A错。总反响为2Li＋I2===2LiI，C正确。
6．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。以下对该燃料电池说法不正确的选项是(　　)
A．在熔融电解质中，O2－移向正极
B．电池的总反响是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反响为：O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反响为：C4H10＋13O2－－26e－===4CO2↑＋5H2O
答案：BC
点拨：该燃料电池中，O2在正极得到电子变成O2－，所以O2－应由正极移向负极，A项错；丁烷是复原剂，所以通入丁烷的一极应是负极，D项错。
7．阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反响为：2H2＋O2===2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反响保持在较高温度，使水蒸发，那么以下表达中正确的选项是(　　)
A．此电池能发出蓝色火焰
B．H2为正极，O2为负极
C．工作时，电解质溶液的pH不断减小
D．电极反响为：负极2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案：D
点拨：氢氧燃料电池在放电时，氢气和氧气在铂的催化下反响，并不燃烧；根据氢气和氧气在反响中化合价的变化，可以确定氢气在负极上反响，而氧气在正极上反响；电极反响式为：负极2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反响2H2＋O2===2H2O；因为反响生成的水蒸发，所以KOH溶液的浓度保持不变，故整个溶液的pH保持不变。
8．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为H2SO4溶液，工作时的反响为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，以下结论正确的选项是(　　)
A．Pb为正极，被氧化
B．溶液的pH不断减小
C．SO离子浓度不变
D．电解质溶液密度不断减小
答案：D
点拨：蓄电池工作时相当于原电池，Pb作负极，被氧化，A错。H2SO4不断被消耗，pH增大，B错。SO在正、负极上生成PbSO4，SO离子浓度减小，C错。消耗H2SO4，密度不断减小，D正确。
9．将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即可构成CH4燃料电池。通入CH4一极的电极反响式是：CH4＋10OH－===CO＋7H2O＋8e－；通入O2一极的电极反响式是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。以下有关表达中，不正确的选项是(　　)
A．通入CH4的电极为负极
B．正极发生氧化反响
C．溶液中的OH－向负极移动
D．工作一段时间后应补充KOH
答案：B
点拨：该燃料电池正极发生复原反响，B不正确。根据题中电极反响式知CH4发生氧化反响，通入CH4的电极为负极，A正确；原电池工作时，电解质溶液中阴离子移向负极，C正确；该电池总反响为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，工作时消耗KOH，D正确。
10．(2022·经典习题选萃)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，越来越成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁充电电池的反响。为：MgxMo3S4xMg＋Mo3S4
以下关于镁充电电池的说法错误的选项是(　　)
A．放电时，Mg2＋向正极迁移
B．放电时的正极反响为：Mo3S－2xe－===Mo3S4
C．充电时，电池的负极接外电源的负极
D．放电时，负极反响为：Mg－2e－===Mg2＋
答案：B
点拨：放电时正极得电子，发生复原反响，电极反响式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S，B项错。原电池工作时，电池内部阳离子移向正极，A正确。负极放电时失电子被氧化，D正确。充电时得电子被复原，应与外接电源负极相连，C正确。
11．关于以下列图所示的原电池，以下说法正确的选项是(　　)
A．电子从锌电极通过电流计流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生复原反响，铜电极发生氧化反响
D．铜电极上发生的电极反响是2H＋＋2e－===H2↑
答案：A
点拨：图示原电池中，Zn为负极发生氧化反响，Cu为正极发生复原反响，故A项正确，C项错；原电池工作时，ZnSO4溶液中的Zn2＋浓度增大，所以盐桥中的阴离子向ZnSO4溶液中迁移，B项错；铜电极上发生的反响是Cu2＋＋2e－===Cu，D项错。
12．电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池。反响原理为：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
根据此反响判断以下表达错误的选项是(　　)
A．放电时负极反响为：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
B．充电时与电源的正极相连的电极发生氧化反响
C．放电时，电解液的密度增大
D．充电时，电解液的pH减小
答案：C
点拨：铅蓄电池放电时负极发生氧化反响，且铅失去电子后生成的铅离子与溶液中的硫酸根离子结合成硫酸铅，A正确；正极放电时发生复原反响，充电时那么发生氧化反响，B正确；放电时，消耗硫酸，电解质溶液密度减小，C不正确；充电时又生成硫酸，电解液的pH减小，D正确。
13．美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同成功研制了用于潜航器的镁－过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如下列图。以下说法中错误的选项是(　　)
A．电池的负极反响为：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pH增大
D．电池总反响是：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
答案：B
点拨：该电池中镁为复原剂，作为负极，A对；电池工作时，阳离子移向正极，B错；电池工作过程为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，该过程中不断消耗氢离子，溶液的pH增大，C、D对。
二、非选择题
14．氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液，试答复以下问题：
(1)通入氯气的电极是________极(填“正〞或“负〞)，电极反响式为：_________________________________________________。
(2)参加铝的电极是________极(填“正〞或“负〞)，电极反响式为：_________________________________________________。
(3)电子从________极流向________极(填“Al〞或“Cl2”)。
答案：(1)正　3Cl2＋6e－===6Cl－
(2)负　2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
(3)Al　Cl2
点拨：根据Cl2和Al的反响方程式：3Cl2＋2Al===2AlCl3可知，铝易失电子被氧化，为负极，但电解液为KOH溶液，故负极反响为：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O，Cl2易得电子被复原，为正极，电极反响为3Cl2＋6e－===6Cl－。在外电路中电子从负极(铝极)流出沿导线流向正极(Cl2极)。
15．燃料电池是利用燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气反响，将反响产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成以下关于甲烷(CH4)燃料电池的填空：
(1)甲烷与氧气反响的化学方程式为：_____________________
____________________________________________________________________________________________________________________。
(2)燃料电池的总反响式为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，电池中有一极的电极反响式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，这个电极是燃料电池的________(填“正极〞或“负极〞)，另一个电极上的电极反响式为：______________________
_________________________________________________。
(3)随着电池不断放电，电解质溶液的碱性________(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)。
(4)通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率________(填“大于〞、“小于〞或“等于〞)甲烷燃烧的能量利用率。
答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)负极　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)减小　(4)大于
点拨：燃料电池和原电池一样，氧化复原反响中的复原剂作为负极，反响为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；氧化剂作为正极，电极反响式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；由电池反响式可知反响过程中消耗氢氧化钾，因此，随着电池不断放电，电解质溶液的碱性将减弱；燃料电池的能量利用率(80%)比燃料燃烧的能量利用率(30%)高。
16．(2022·试题调研)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反响为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
根据上述反响式，做以下题目。
(1)判断以下表达中正确的选项是________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生复原反响，Ag2O电极发生氧化反响
(2)写出电池的总反响式：________________________________
________________________________________________________________________________________________________________。
(3)使用时，负极区的pH________(填“增大〞、“减小〞或“不变〞，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。
答案：(1)C　(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(3)减小　增大　不变
点拨：(1)由两电极反响相加得电池总反响式：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，由总反响式知，在使用过程中KOH不被消耗，A错；由电极反响式，可知Zn是负极，发生氧化反响，Ag2O是正极，发生复原反响，电子由Zn极流向Ag2O极。C对，B、D均错。
(3)电解质溶液为KOH溶液，使用时，负极区消耗OH－，pH减小；正极区产生OH－，pH增大，消耗和产生的量相等，H2O的量不变，电解质溶液的pH不变。
17．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已方案将甲醇燃料电池用于军事目的。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参加纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。
答复以下问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反响方程式是：
_____________________________________________________。
(2)此电池的正极发生的电极反响式是______________________
__________________________________________________；
负极发生的电极反响式是___________、_________________。
(3)电解液中的H＋向________极移动；向外电路释放电子的电极是________。
(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：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是______
________________________________________________________。
答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正　负极　(4)对环境无污染
点拨：甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反响来提供电能。CH3OH在负极发生氧化反响，电极反响式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧气在正极反响：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，两反响式相加即得总反响式。在电池中，负极释放出电子移动到正极上，故向外电路释放电子的电极为负极。在原电池的内电路中，阳离子向正极移动，故H＋向正极移动。甲醇反响产物为CO2和H2O，对环境无污染。
18．(2022·经典习题选萃)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图，该电池电极外表镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
请答复：
(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)负极反响式为_____________________________________。
(3)电极外表镀铂粉的原因为____________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此，大量平安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＋H22LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反响Ⅰ中的复原剂是________，反响Ⅱ中的氧化剂是_____。
②LiH固体密度为0.82 g·cm－3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为_______________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2用作电池燃料，假设能量转化率为80%，那么导线中通过电子的物质的量为_________mol。
答案：(1)由化学能转变为电能　由a到b
(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O
(或H2＋2OH－－2e－===2H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反响速率
(4)①Li　H2O　②(或8.71×10－4)　③32
点拨：(1)氢氧燃料电池中，负极通H2，正极通O2，所以导线中电子由a到b。
(2)负极H2被氧化，写电极反响式时要注意电解质溶液的组成。
(3)此题考查读题能力，铂粉作用在题设中有说明。
(4)②2Li＋H22LiH
22.4 L16 g
吸收224 L H2时，生成的LiH的质量为160 g，LiH体积与被吸收的H2体积比为：
224 L＝11 148
③LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
8 g1mol
160 g LiH与H2O作用生成20mol H2，H2完全被氧化失40mol电子，假设能量转化率为80%，那么导线中通过的电子的物质的量为40mol×80%＝32mol。
氢氧燃料电池中的电极反响
氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H＋的反响，如果该反响是在碱性条件下进行的，生成的H＋瞬即与溶液中大量存在的OH－结合生成水。因此，实际发生的电极反响为：
H2＋2OH－―→2H2O＋2e－
如果在酸性条件或中性条件下，电极反响为：
H2―→2H＋＋2e－
类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被复原为－2价。通常情况下，－2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，－2价的氧原子那么只能存在于水分子和OH－中。如果是酸性条件，复原产生的－2价的氧原子与周围的H＋结合生成水，电极反响为：
O2＋4H＋＋4e－―→2H2O
如果反响条件为中性或碱性，－2价的氧原子主要存在于OH－中，因此电极反响为：
O2＋2H2O＋4e－―→4OH－
由此可见，书写电极反响式时，除了应该考虑反响前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。