2018-2019学年高中化学 专题2.11 原电池、化学电源、燃料电池练习 新人教版选修4.doc

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资源描述
专题11 原电池、化学电源、燃料电池一、可充电电池1“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电,夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。若电池总反应为2Ni(OH)22NiOOHH2。则下列说法正确的是()A放电时,NiOOH发生氧化反应B充电时,a电极的pH增大,K移向b电极C充电时,a电极的电极反应为2H2O2e=H22OHD放电时,负极反应为NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH【答案】C2全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池,该电池性能优良,其电池总反应为V3VO2H2OVO2HV2。下列叙述正确的是()A放电过程中电解质溶液中阴离子移向正极B放电时每转移0.5 mol电子,负极有0.5 mol V2被氧化C充电时阳极附近溶液的酸性减弱D充电时阳极反应式为VO2He=VO2H2O【答案】B【解析】放电时发生的反应为VO2HV2=V3VO2H2O,阴离子移向负极,A错误;负极V2被氧化成V3,每转移0.5 mol电子,负极有0.5 mol V2被氧化,B正确;充电时的总反应为V3VO2H2O=VO2HV2。阳极反应为VO2H2Oe=VO2H阳极附近溶液的酸性增强,C、D错误。3锂空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量。如图是锂空气电池放电和充电时的工作示意图。下列说法正确的是()Aa极为原电池的正极B电池充电时,b极发生的反应为O22H2O4e=4OHC放电时,a极锂的化合价未发生变化D充电时,溶液中Li由b极向a极迁移【答案】D4某充电宝锂离子电池的总反应为xLiLi1xMn2O4LiMn2O4,某手机镍氢电池总反应为NiOOHMHMNi(OH)2(M为储氢金属或合金),有关上述两种电池的说法不正确的是()A锂离子电池放电时Li向正极迁移B镍氢电池放电时,正极的电极反应式:NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OHC上图表示用锂离子电池给镍氢电池充电D锂离子电池充电时,阴极的电极反应式:LiMn2O4xe=Li1xMn2O4xLi【答案】D二、燃料电池5甲醇燃料电池体积小巧,洁净环保、比能量高,已在便携式通讯设备、汽车等领域应用。某甲醇燃料电池的总反应式为2CH4O3O2=2CO24H2O,如图是该燃料电池的示意图。下列说法错误的是()Aa是甲醇,b是氧气B燃料电池将化学能转化为电能C质子从M电极区穿过交换膜移向N电极区D负极反应:CH4O6eH2O=CO26H【答案】A【解析】由质子交换膜知,电解质溶液呈酸性,N极上生成水,则a为氧气,N为正极,M为负极,负极反应式为CH4O6eH2O=CO26H,正极反应式为O24H4e=2H2O,b是甲醇、c是二氧化碳,质子从M电极区通过质子交换膜到N电极区,通过以上分析知,B、C、D正确。6液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是()Ab极发生氧化反应Ba极的反应式:N2H44OH4e=N24H2OC放电时,电流从a极经过负载流向b极D其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜【答案】B7新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图所示,(已知硼氢化钠中氢为1价),有关该电池的说法正确的是()A电极B材料中含MnO2层,MnO2可增强导电性B电池负极区的电极反应:BH8OH8e=BO6H2OC放电过程中,Na从正极区向负极区迁移D在电池反应中,每消耗1 L 6 molL1 H2O2溶液,理论上流过电路中的电子为6NA个【答案】B三、新型化学电源8近几年科学家发明的一种新型可控电池锂水电池,工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是()A碳极发生的反应是2H2O2e=H22OHB有机电解质和水溶液不可以互换区域C标准状况下产生22.4 L的氢气时,正极消耗锂的质量为14 gD该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气【答案】C【解析】根据图示信息可知,碳电极上产生氢气,应该是正极,该电极上发生得电子的还原反应:2H2O2e=H22OH,A正确;由于金属Li可以和水反应生成氢氧化锂和氢气,但是和有机电解质不反应,所以有机电解质和水溶液不可以互换区域,B正确;金属Li和水发生反应2Li2H2O=2LiOHH2,标准状况下产生22.4 L的氢气时,金属锂是负极,负极消耗锂的质量为14 g,C错误;该装置是将化学能转化为电能的装置,装置不仅可提供电能,并且反应产物是氢气,能提供能源,D正确。9金属(M)空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4MnO22nH2O=4M(OH)n。已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是()A采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池,Al空气电池的理论比能量最高CM空气电池放电过程的正极反应式:4MnnO22nH2O4ne=4M(OH)nD在Mg空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜【答案】C10光电池是发展性能源。一种光化学电池的结构如图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时AgCl(s)Ag(s)Cl(AgCl),Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面,接着Cl(AgCl)e=Cl(aq),若将光源移除,电池会立即恢复至初始状态。下列说法不正确的是()A光照时,电流由X流向YB光照时,Pt电极发生的反应为:2Cl2e=Cl2C光照时,Cl向Pt电极移动D光照时,电池总反应为:AgCl(s)Cu(aq)Ag(s)Cu2(aq)Cl(aq)【答案】B11将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为()A4103 molL1B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1【答案】A【解析】阴极反应:Cu22e=Cu,增重0.064 g应是Cu的质量,设生成H的物质的量为x,根据总反应方程式:2Cu22H2O2CuO24H 264 g4 mol 0.064 gxx0.002 molc(H)4103 molL1。12两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极上析出银的质量最大为()A27 mg B54 mgC106 mg D216 mg【答案】B【解析】首先结合离子放电顺序,弄清楚两极的反应:阳极:4OH4e=O22H2O;阴极:4Ag4e=4Ag,电解的总反应式为4AgNO32H2O4AgO24HNO3。由电解的总反应式可知,电解过程中生成的n(Ag)n(HNO3)n(H)(103 molL1106 molL1)0.5 L5104 mol,m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。13500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.3 molL1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体1.12 L(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()A原混合溶液中c(Na)0.2 molL1B电解后溶液中c(H)0.2 molL1C上述电解过程中共转移0.4 mol电子D电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol【答案】B14用惰性电极电解一定浓度CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是()A电解过程中阴极没有气体生成B电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 molC原CuSO4溶液的浓度为0.1 molL1D电解过程中阳极收集气体体积为1.12 L(标准状况下)【答案】B【解析】加入0.1 mol Cu(OH)2相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O,故CuSO4电解完后还电解了部分水,阴极析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2,A错误;析出0.1 mol Cu转移电子0.2 mol,析出0.1 mol H2转移电子0.2 mol,故转移的电子的总物质的量为0.4 mol,B正确;原CuSO4溶液的物质的量为0.1 mol,不知溶液体积,无法求浓度,C错误;电解过程中阳极始终产生O2,根据转移的电子的总物质的量为0.4 mol,产生O2体积为2.24 L(标准状况下),D错误。15如图所示,通电5 min后,电极5的质量增加2.16 g,请回答下列问题:(1)a为电源的_(填“正”或“负”)极,C池是_池。A池阳极的电极反应为_,C池阴极的电极反应为_。(2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变),则通电前溶液中Cu2的物质的量浓度为_。(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变),则通电后,溶液的pH为_。【答案】(1)负电解2Cl2e=Cl2Age=Ag(2)0.025 molL1(3)13(2)B池中电解总反应为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4,若转移0.02 mol电子时只收集到O2(只电解溶质),则根据关系式2CuSO4O24e可得n(O2)0.005 mol,体积为112 mL(标准状况)224 mL,说明溶质CuSO4已耗完,然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol,H2O y mol,则有2x2y0.02,xy0.01,解得xy0.005 mol,则c(CuSO4)0.025 molL1。(3)由于A池中电解液足量,A池中只发生反应2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2,根据关系式NaOHe,生成的n(NaOH)0.02 mol,则c(NaOH)0.1 molL1,即溶液的pH13。
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