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

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。