高中化学 4_2 化学电源同步测试 新人教版选修4

第四章 第二节 化学电源一、 选择题1电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A原电池反应均是自发的氧化还原反应B氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化C氢氧燃料电池是将热能转变为电能的装置D铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加2甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入甲烷，电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2。以下判断错误的是()A电池正极发生的反应：O24e=2O2B电池负极发生的反应：CH44O28e=CO22H2OC固体电解质里的O2的移动方向：由正极流向负极D向外电路释放电子的电极：正极(即电子由正极流向负极)3废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是()A为了利用电池外壳的金属材料B防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使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4高效能电池的研发制约电动汽车的推广。有一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H67O28KOH=4K2CO310H2O，有关此电池的推断中正确的是()A负极反应为：14H2O7O228e=28OHB放电过程中KOH的物质的量浓度不变C每消耗1 mol C2H6，则电路上转移的电子为14 molD放电一段时间后，负极周围的pH升高5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。已知通入CH4一极的电极反应式是：CH410OH=CO327H2O8e；通入O2一极的电极反应式是：O22H2O4e=4OH。下列有关叙述中，不正确的是()A通入CH4的电极为负极B正极发生氧化反应C溶液中的OH向负极移动D工作一段时间后应补充KOH6如图装置为某新型燃料电池的工作示意图，以HClNH4Cl溶液为电解质溶液。下列有关说法中正确的是()A通入H2的电极为正极B该电池的负极反应式为：N26e8H=2NHC图中分离出的A物质为NH4ClD该电池工作一段时间后，溶液的pH减小7科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池的说法不正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B该电池的总反应是：C3H85O2=3CO24H2OC电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下的丙烷被完全氧化D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：C3H820e10O2=3CO24H2O8在碱性锌锰干电池中，已知氢氧化钾为电解质，发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列该电池的电极反应，正确的是()A负极反应为Zn-2eZn2+B负极反应为Zn+2H2O-2eZn(OH)2+2H+C正极反应为2MnO2+2H+2e2MnOOHD正极反应为2MnO2+2H2O+2e2MnOOH+2OH-9一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH-4e+H2OCH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H+向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2OD正极上发生的反应为O2+4e+2H2O4OH-10如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有关该电池的说法错误的是()A右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气B左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇C电池负极的反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+D电池正极的反应式为3O2+12H+12e-6H2O11如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。该电池负极发生的反应是 ()ACH3OH(g)O2(g)=H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)6e=CO2(g)6H(aq)DO2(g)2H2O(l)4e=4OH(aq)12下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是()A电池中锌是正极B电池是一次性电池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13LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2eLi2SFe，有关该电池的下列说法中，正确的是()ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为1B该电池的总反应式为2LiFeS=Li2SFeC负极的电极反应式为Al3eAl3D充电时，阴极发生的电极反应式为Li2SFe2e=2LiFeS14有一种新颖的固体氧化物型燃料电池(SOFC)，该电池工作时，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，在高温熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是：2C4H1013O28CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e=2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H1026e13O2=4CO25H2O二、 非选择题15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，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，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：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 gcm3，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_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2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。16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，电极反应为：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。根据上述反应式，完成下列题目。(1)判断下列叙述中正确的是_。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CZn是负极，Ag2O是正极DZn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应(2)写出电池的总反应式：_。(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_。17铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池总反应为：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O。试回答：(1)蓄电池负极的电极材料是_。(2)工作时该蓄电池正极的电极反应式是_。(3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度_，pH_(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)如果用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2，当制得0.05 mol Cl2时，在理论上电池内部消耗的H2SO4的物质的量是_。人教版选修四第四章第二节化学电源参考答案与解析1.【答案】A【解析】原电池反应中的能量变化是将化学能转化为电能，必须是自发的氧化还原反应，A项正确，C项错误；氢氧燃料电池中，H2发生氧化反应，在负极被氧化，B项错误；铅蓄电池放电过程中总反应为Pb(s)+PbO2 (s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)，生成物PbSO4附着在两电极上使正、负极质量增加，D项错误。【题型】选择题【难度】容易2.【答案】D【解析】因为放电时，电池正极发生还原反应(元素化合价降低)，负极发生氧化反应(元素化合价升高)。所以正极反应式是O24e=2O2，负极反应式是CH44O28e=CO22H2O。由上述电池的正、负极反应式可以看出：正极反应“源源不断”地产生O2，负极反应要持续进行，则需要“持续不断”的O2供应，故电池内O2的移动方向是由正极流向负极。电池的负极发生氧化反应，失去电子，故外电路电子从负极流出，所以D错误。【题型】选择题【难度】一般3.【答案】B【解析】废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。【题型】选择题【难度】容易4.【答案】C【解析】燃料作负极，氧气作正极，A项错误；由总反应可知放电过程中消耗KOH，B项错误；分析总反应，7个O2参加反应转移28个电子，C项正确；负极电极反应式为C2H618OH14e=2CO3212H2O，负极周围的pH降低，D项错误。【题型】选择题【难度】一般5.【答案】B【解析】根据题中电极反应式知CH4发生氧化反应，通入CH4的电极为负极，A项正确；燃料电池正极发生还原反应，B项错误；原电池工作时，电解质溶液中阴离子移向负极，C项正确；该电池总反应为CH42O22OH=CO323H2O，工作时消耗KOH，D项正确。【题型】选择题【难度】一般6.【答案】C【解析】分析题目中示意图可得，正极反应式为：N26e8H=2NH，负极反应式为：3H26e=6H，故A、B项错误；电池工作的总反应式为：N23H22H=2NH，消耗H，故电池工作一段时间后，溶液的pH增大，故D项错误；从电池的总反应式可知最终生成的物质为NH4Cl，则图中分离出的A物质为NH4Cl，故C项正确。【题型】选择题【难度】一般7.【答案】A【解析】通入O2的电极为正极：O24e=2O2，产生的O2将向负极移动，A项错误；该燃料电池的化学反应原理是：C3H85O2=3CO24H2O，B项正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H820e10O2=3CO24H2O，C项正确；负极反应：C3H820e10O2=3CO24H2O，D项正确。【题型】选择题【难度】一般8.【答案】D【解析】在书写碱性电池的电极反应式时，电极反应式中不能出现H+。在碱性电池中，负极Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合生成Zn(OH)2。只有D项正确。【题型】选择题【难度】容易9.【答案】C【解析】A项，检测时，电解质溶液中的H+移向正极；B项，若反应中有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗的O2体积为2.24 L；D项，电解质溶液呈酸性，正极上发生的反应为O2+4H+4e2H2O。【题型】选择题【难度】一般10.【答案】A【解析】在电解质溶液中，阳离子从负极移向正极。从质子通过的方向可知，a处通入的为甲醇，为原电池的负极；b处通入的为空气，为原电池的正极。【题型】选择题【难度】一般11.【答案】C【解析】该燃料电池的总反应为2CH3OH3O2=4H2O2CO2正极反应为O24H4e=2H2O3得：2CH3OH2H2O=2CO212H12e，即CH3OHH2O=CO26H6e，C项正确。【题型】选择题【难度】一般12.【答案】D【解析】电池中锌是负极，铜是正极，A项错误；电池为铅蓄电池，属于二次电池，B项错误；电池为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C项错误；电池为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极流向正极，D项正确。【题型】选择题【难度】一般13.【答案】B【解析】由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以LiAl在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li2e=2Li，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2LiFeS=Li2SFe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li2e=2Li，故D项错误。【题型】选择题【难度】一般14.【答案】B【解析】在原电池中，阴离子向负极移动，所以O2由正极移向负极，A项错误；正极发生还原反应，电极反应为：O24e=2O2；燃料电池中，燃料在负极，电极反应为：C4H1026e13O2=4CO25H2O。【题型】选择题【难度】一般15.【答案】(1)化学能转变为电能a到b(2)2H24OH4e4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O1/1 148或8.7110432【解析】(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H24OH4e4H2O。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。(4)LiH中Li为1价，H为1价，故反应中还原剂是Li，反应中氧化剂是H2O。由反应可知吸收标准状况下224 L H2时生成160 g LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为。由生成的20 mol LiH与H2O反应，由反应可知生成20 mol H2，H22e，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20 mol280%32 mol。【题型】填空题【难度】一般16.【答案】(1)C(2)ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag(3)减小增大不变【解析】(1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。【题型】填空题【难度】容易17.【答案】(1)Pb(2)PbO24HSO422ePbSO42H2O(3)减小增大(4)0.10 mol【解析】(1)由电池总反应可知，Pb发生氧化反应，所以Pb是负极。(2)正极上的反应是PbO2PbSO4，则必然有H2SO4参加：PbO24HSO422e=PbSO42H2O(负极反应为Pb2eSO42=PbSO4，将正、负极反应合并，与题给总反应相符)。(3)在蓄电池的工作过程中，Pb被氧化，H2SO4被消耗，所以溶液的密度减小，pH增大。(4)用铅蓄电池作电源，电解饱和食盐水制0.05 mol Cl2，需提供0.10 mol e(2Cl2e=Cl2)，每消耗2 mol H2SO4时转移2 mol e，故至少消耗0.10 mol H2SO4。【题型】填空题【难度】容易