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2019-2020年高中化學(xué) 第4章 電化學(xué)基礎(chǔ) 第2節(jié) 化學(xué)電源習(xí)題 新人教版選修4 一、選擇題 1．廢電池必須進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程。其首要原因是(　　) A．為了利用電池外殼的金屬材料 B．防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染 C．不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D．回收其中的石墨電極 解析：廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對(duì)土壤和水源造成污染，必須進(jìn)行集中處理。 答案：B 2．下列有關(guān)電池的敘述正確的是(　　) A．鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì) B．氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化 C．太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅 D．氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 解析： 選項(xiàng) 原因分析 結(jié)論 A 鋅錳干電池工作后碳棒不變 B 氫氧燃料電池工作時(shí)都是負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，H2－2e－===2H＋ √ C 太陽能電池的主要材料是高純度的硅 D 氫氧燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 3．燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣起反應(yīng)，將此反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)溶液通常是KOH溶液。下列關(guān)于甲烷燃燒電池的說法不正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)式為CH4＋10OH－＋8e－===CO＋7H2O B．正極反應(yīng)式為2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ C．隨著不斷放電，電解質(zhì)溶液堿性不變 D．甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大 解析：A、B兩項(xiàng)是正確的；綜合A、B兩項(xiàng)知C項(xiàng)不正確；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能是不可能全部轉(zhuǎn)化為功的，能量利用率不高，而電能轉(zhuǎn)化為功的效率要大得多，D項(xiàng)正確。 答案：C 4．(xx北京東城期末)如圖是一種應(yīng)用廣泛的鋰電池，LiPF6是電解質(zhì)，SO(CH3)2是溶劑，反應(yīng)原理是4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列說法不正確的是(　　) A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B．電子移動(dòng)方向是由a極流向b極 C．可以用水代替SO(CH3)2作溶劑 D．b極反應(yīng)式是FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S 解析：Li作負(fù)極發(fā)生Li－e－===Li＋，正極FeS2中鐵的化合價(jià)由＋2價(jià)降低到0價(jià)、硫由－1價(jià)降低到－2價(jià)，電極反應(yīng)式為FeS2＋4e－＋4Li＋===Fe＋2Li2S；水與Li發(fā)生反應(yīng)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C 5．高效能電池的研發(fā)制約電動(dòng)汽車的推廣。有一種新型的燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應(yīng)為：2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O，有關(guān)此電池的推斷中正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)為：14H2O＋7O2＋28e－===28OH－ B．放電過程中KOH的物質(zhì)的量濃度不變 C．每消耗1 mol C2H6，則電路上轉(zhuǎn)移的電子為14 mol D．放電一段時(shí)間后，負(fù)極周圍的pH升高 解析：燃料作負(fù)極，氧氣作正極，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由總反應(yīng)可知放電過程中消耗KOH，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；分析總反應(yīng)，7個(gè)O2參加反應(yīng)轉(zhuǎn)移28個(gè)電子，C選項(xiàng)正確；負(fù)極電極反應(yīng)式為C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C 6．將兩個(gè)鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，即可構(gòu)成CH4燃料電池。已知通入CH4一極的電極反應(yīng)式是：CH4＋10OH－===CO＋7H2O＋8e－；通入O2一極的電極反應(yīng)式是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。下列有關(guān)敘述中，不正確的是(　　) A．通入CH4的電極為負(fù)極 B．正極發(fā)生氧化反應(yīng) C．溶液中的OH－向負(fù)極移動(dòng) D．工作一段時(shí)間后應(yīng)補(bǔ)充KOH 解析：該燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，B不正確。根據(jù)題中電極反應(yīng)式知CH4發(fā)生氧化反應(yīng)，通入CH4的電極為負(fù)極，A正確；原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子移向負(fù)極，C正確；該電池總反應(yīng)為CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，工作時(shí)消耗KOH，D正確。 答案：B 7．(xx課標(biāo)Ⅰ)微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是 (　　) A．正極反應(yīng)中有CO2生成 B．微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移 C．質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū) D．電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 解析：根據(jù)微生物電池工作原理示意圖可知：C6H12O6在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋；O2在正極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為6O2＋24e－＋24H＋===12H2O。負(fù)極有CO2生成，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，正確；C項(xiàng)，質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)，正確；D項(xiàng)，電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，正確。 答案：A 8．(xx新課標(biāo)沖刺卷)如圖裝置為某新型燃料電池的工作示意圖，以HCl－NH4Cl溶液為電解質(zhì)溶液。下列有關(guān)說法中正確的是(　　) A．通入H2的電極為正極 B．該電池的負(fù)極反應(yīng)式為：N2＋6e－＋8H＋===2NH C．圖中分離出的A物質(zhì)為NH4Cl D．該電池工作一段時(shí)間后，溶液的pH減小 解析：分析題目中示意圖可得，正極反應(yīng)式為：N2＋6e－＋8H＋===2NH，負(fù)極反應(yīng)式為：3H2－6e－===6H＋，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；電池工作的總反應(yīng)式為：N2＋3H2＋2H＋===2NH，消耗H＋，故電池工作一段時(shí)間后，溶液的pH增大，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；從電池的總反應(yīng)式可知最終生成的物質(zhì)為NH4Cl，則圖中分離出的A物質(zhì)為NH4Cl，故C項(xiàng)正確。 答案：C 9．(xx南充高二檢測(cè))市場(chǎng)上經(jīng)常見到的標(biāo)記為Li－ion的電池稱為“鋰離子電池”。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料(碳作為金屬鋰的載體)，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式為：Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列說法不正確的是(　　) A．放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li－e－===Li＋ B．充電時(shí)，Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng) C．該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)溶液 D．放電過程中Li＋向負(fù)極移動(dòng) 解析：A項(xiàng)，Li從零價(jià)升至正價(jià)，失去電子，作負(fù)極，正確；B項(xiàng)，反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物只有一種，化合價(jià)既有升，又有降，所以既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)，正確；C項(xiàng)，由于Li可以與水反應(yīng)，故不能用水溶液作為電解質(zhì)溶液，正確；D項(xiàng)，原電池中陽離子應(yīng)遷移至正極得電子，故錯(cuò)。 答案：D 10．科學(xué)家成功開發(fā)出便攜式固體氧化物燃料電池，它以丙烷氣體為燃料。電池中的一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體，電解質(zhì)是固態(tài)氧化物，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2－。下列對(duì)該燃料電池的說法不正確的是(　　) A．在熔融電解質(zhì)中，O2－由負(fù)極移向正極 B．該電池的總反應(yīng)是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O C．電路中每通過5 mol電子，約有5.6 L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的丙烷被完全氧化 D．通入丙烷的電極為電池負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O 解析：該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)原理是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正確；放電過程中通入丙烷的電極為負(fù)極：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，C正確；通入O2的電極為正極：O2＋4e－===2O2－，產(chǎn)生的O2－將向負(fù)極移動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)。 答案：A 二、非選擇題 11．氯鋁電池是一種新型的燃料電池，電解質(zhì)溶液是KOH溶液，試回答下列問題： (1)通入氯氣的電極是________極(填“正”或“負(fù)”)，電極反應(yīng)式為：________________________________________________________________________。 (2)加入鋁的電極是________極(填“正”或“負(fù)”)，電極反應(yīng)式為：________________________________________________________________________。 (3)電子從________極流向________極(填“Al”或“Cl2”)。 解析：根據(jù)Cl2和Al的反應(yīng)方程式：3Cl2＋2Al===2AlCl3可知，鋁易失電子被氧化，為負(fù)極，但電解液為KOH溶液，故負(fù)極反應(yīng)為：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O，Cl2易得電子被還原，為正極，電極反應(yīng)為3Cl2＋6e－===6Cl－。在外電路中電子從負(fù)極(鋁極)流出沿導(dǎo)線流向正極(Cl2極)。 答案：(1)正　3Cl2＋6e－===6Cl－ (2)負(fù)　2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O (3)Al　Cl2 12．Zn－MnO2干電池應(yīng)用廣泛，其電解質(zhì)溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。 (1)該電池的負(fù)極材料是________。電池工作時(shí)，電子流向________(填“正極”或“負(fù)極”)。 (2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，會(huì)加速某電極的腐蝕，其主要原因是________________________________________________________________________。 欲除去Cu2＋，最好選用下列試劑中的________(填字母)。 A．NaOH 　 B．Zn　 C．Fe 　 D． NH3H2O 解析：(1)負(fù)極是失電子的一極，Zn失去電子，電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極。(2)鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕；除雜的基本要求是不能引入新雜質(zhì)，所以應(yīng)選Zn將Cu2＋置換為單質(zhì)而除去。 答案：(1)Zn(或鋅)　正極 (2)Zn與Cu2＋反應(yīng)生成Cu，Zn與Cu構(gòu)成原電池，加快反應(yīng)速率　B 13．(xx經(jīng)典習(xí)題選萃)鉛蓄電池是化學(xué)電源，它工作時(shí)的電池總反應(yīng)為：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。試回答： (1)蓄電池負(fù)極的電極材料是_________________________________。 (2)工作時(shí)該蓄電池正極的電極反應(yīng)式是_____________________________。 (3)鉛蓄電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的密度________，pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (4)如果用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取Cl2，當(dāng)制得0.05 mol Cl2時(shí)，在理論上電池內(nèi)部消耗的H2SO4的物質(zhì)的量是________。 解析：(1)由電池總反應(yīng)可知，Pb發(fā)生氧化反應(yīng)，所以Pb是負(fù)極。 (2)正極上的反應(yīng)是PbO2→PbSO4，則必然有H2SO4參加：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(負(fù)極反應(yīng)為Pb－2e－＋SO===PbSO4，將正、負(fù)極反應(yīng)合并，與題給總反應(yīng)相符)。 (3)在蓄電池的工作過程中，Pb被氧化，H2SO4被消耗，所以溶液的密度減小，pH增大。 (4)用鉛蓄電池作電源，電解飽和食鹽水制0.05 mol Cl2，需提供0.10 mol e－(2Cl－－2e－===Cl2↑)，每消耗2 mol H2SO4時(shí)轉(zhuǎn)移2 mol e－，故至少消耗0.10 mol H2SO4。 答案：(1)Pb　(2)PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　(3)減小　增大　(4)0.10 mol 點(diǎn)評(píng)：將蓄電池與電解槽相連接時(shí)，前者將化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化為電能提供給后者，使其發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在電路中流過的電子的物質(zhì)的量相等。 14．鋅銀電池比能量大、電壓平穩(wěn)，廣泛用于電子手表、照相機(jī)、計(jì)算器和其他微型電子儀器。電解質(zhì)溶液是KOH溶液，電池總反應(yīng)為Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。請(qǐng)回答下列問題： (1)該電池的正極材料是________；電池工作時(shí)，陽離子向________(填“正極”或“負(fù)極”)移動(dòng)；負(fù)極的反應(yīng)式為________。 (2)①電極材料鋅可由閃鋅礦在空氣中煅燒成氧化鋅，然后用碳還原來制取，化學(xué)反應(yīng)方程式為ZnO＋CZn＋CO，此法為________。 A．電解法 　 B．熱還原法 　 C．熱分解法 ②電極材料氧化銀可回收利用得到銀，其化學(xué)方程式為________________。 答案：(1)Ag2O　正極　Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O (2)①B　②2Ag2O4Ag＋O2↑ 15．氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。 請(qǐng)回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是________________，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開_______________(用a、b表示)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為__________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)椋篲___________________________________________。 (4)該電池工作時(shí)，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是________，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是________。 ②已知LiH固體密度為0.82 gcm－3，用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________________________。 ③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為____________mol。 解析：(1)氫氧燃料電池中，負(fù)極通H2，正極通O2，所以導(dǎo)線中電子由a到b。 (2)負(fù)極H2被氧化，寫電極反應(yīng)式時(shí)要注意電解質(zhì)溶液的組成。 (3)本題考查讀題能力，鉑粉作用在題設(shè)中有說明。 (4)②2Li＋H22LiH 22.4 L 16 g 吸收224 L H2時(shí)，生成的LiH的質(zhì)量為160 g，LiH體積與被吸收的H2體積比為： ∶224 L＝1∶1 148 ③LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ 8 g 1 mol 160 g LiH與H2O作用生成20 mol H2，H2完全被氧化失40 mol電子，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過的電子的物質(zhì)的量為40 mol80%＝32 mol。 答案：(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O (或H2＋2OH－－2e－===2H2O) (3)增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率 (4)①Li　H2O?、?或8.7110－4)　③32