高中化学第1章化学反应与能量转化13化学能转化为电能电池第2课时化学电源课时练.docx

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高中化学第1章化学反应与能量转化13化学能转化为电能电池第2课时化学电源课时练

高中化学第1章化学反应与能量转化1-3化学能转化为电能——电池第2课时化学电源课时练

1．下列说法正确的是（　　）

A．碱性锌锰电池是二次电池

B．铅蓄电池是一次电池

C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生

D．燃料电池的活性物质大量储存在电池内部

【答案】C

【解析】碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。

2．下列有关电池的说法不正确的是（　　）

A．手机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

【解析】原电池中，电子从负极锌沿外电路流向正极铜。

3．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4

下列对铅蓄电池的说法错误的是（　　）

A．需要定期补充硫酸

B．工作时铅是负极，PbO2是正极

C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4

D．工作时电解质溶液的密度减小

【答案】A

【解析】铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成

Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。

4．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它以铂作电极，KOH溶液作电解质，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4

OH－，负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，下列叙述不正确的是（　　）

A．H2在负极发生氧化反应

B．燃料电池的能量转化率可达100%

C．是一种高效、环保的发电装置

D．供电时的总反应为2H2＋O2===2H2O

【答案】B

【解析】该燃料电池中，通H2的电极作负极，发生氧化反应；通O2的电极为正极，发生还原反应，总反应式为2H2＋O2===2H2O，是一种高效、环保的发电装置，燃料电池的能量转化率虽然比燃料直接燃烧时高，但也达不到100%。

5．市场上经常见到的标记为Liion的电池称为“锂离子电池”。

它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。

这种锂离子电池的电池反应式为Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2，下列说法不正确的是（　　）

A．放电时，负极的电极反应式：

Li－e－===Li＋

B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应

C．该电池不能用水溶液作为电解质溶液

D．放电过程中Li＋向负极移动

【答案】D

【解析】A项，Li从零价升至正价，失去电子，作负极，正确；B项，反应逆向进行，反应物只有一种，化合价既有升，又有降，所以既发生氧化反应又发生还原反应，正确；C项，由于Li可以与水反应，故不能用水溶液作为电解质溶液，正确；D项，原电池中阳离子应迁移至正极得电子，故错。

6．甲醇燃料电池（DMFC）可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子（H＋）。

电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。

下列叙述中不正确的是（　　）

A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋

B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

C．电池工作时，H＋由正极移向负极

D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入

【答案】C

【解析】首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作正极。

根据所学相关知识可知，B项电池的总反应式是正确的；电池总反应式减去氧气在正极的电极反应式，就得到了负极反应式，A项也正确；电池工作时，H＋移向正极而不是移向负极，所以C项错误。

7．LiAl/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2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe

有关该电池的下列说法中，正确的是（　　）

A．LiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价

B．该电池的电池反应式为2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋

D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

【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2Li－2e－===2Li＋，故C项错误；该电池的电池反应式为正、负极的电极反应式之和：

2Li＋FeS===Li2S＋Fe，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2Li＋＋2e－===2Li，故D项错误。

8．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C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O

C．电路中每通过5mol电子，约有5.6L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

C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O

【答案】A

【解析】该燃料电池的化学原理是C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：

C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，D正确；通入O2的电极为正极：

O2＋4e－===2O2－，产生的O2－将向负极移动，A项错。

9．美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功了用于潜航器的镁过氧化氢燃料电池系统。

其工作原理如图所示。

以下说法中错误的是（　　）

A．电池的负极反应为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．电池总反应式是Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

【答案】B

【解析】MgH2O2燃料电池中Mg作负极：

Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正极：

H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，总反应式为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使[H＋]减小，pH增大，且H＋移向正极。

10．如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。

下列说法正确的是（　　）

A．该系统中只存在3种形式的能量转化

B．装置Y中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

【答案】C

【解析】A项，该系统有太阳能转化为电能，电能转化为化学能，化学能转化为电能，电能转化为机械能，太阳能转化为机械能多种能量转化形式，A项错；B项，装置Y为原电池，负极发生氧化反应，应是H2反应，B项错；C项，装置X为电解池，其作用是将水转化为燃料（氢气）和氧化剂（氧气），C项正确；D项，化学能与电能间不可能完全转化，D项错。

11．某原电池中，电解质溶液为KOH（aq），向负极通入C2H4或Al（g），向正极通入O2或Cl2。

试完成下列问题：

（1）当分别通入C2H4和O2时：

①正极反应：

________________________________________________；

②负极反应：

________________________________________________；

③电池总反应：

______________________________________________。

（2）当分别通入少量Al（g）和Cl2时：

①正极反应：

____________________________________________________；

②负极反应：

____________________________________________________；

③电池总反应：

_________________________________________________。

【答案】

（1）①3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

②C2H4＋16OH－－12e－===2CO＋10H2O

③C2H4＋3O2＋4OH－===2CO＋4H2O

（2）①3Cl2＋6e－===6Cl－

②2Al（g）－6e－＋8OH－===2[Al（OH）4]－

③2Al（g）＋3Cl2＋8OH－===2[Al（OH）4]－＋6Cl－

12．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。

一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。

回答下列问题：

（1）这种电池放电时发生的化学反应方程式是__________________________________

________________________________________________________________________。

（2）此电池正极发生的电极反应式是_________________________________________，

负极发生的电极反应式是______________________________________。

（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

【解析】甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。

CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧气在正极的电极反应为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，两反应相加得总反应式。

在电池中，负极释放电子传到正极上，故H＋向正极移动。

甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。

13．常用的锂电池（锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7）。

由于它的比容量（单位质量电板材料所能转换的电量）特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达10年。

它的负极用金属锂制成；电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。

试回答：

（1）锂电池比容量特别大的原因是

________________________________________________________________________。

（2）锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？

请用化学方程式表示其原因：

____________________________。

【答案】

（1）锂的摩尔质量小

（2）2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

【解析】Li的相对原子质量小，因此单位质量的Li比其他金属转换的电量大，即Li电池的比容量大；Li是一种非常活泼的金属，用水配制该锂电池的电解质溶液时，Li能与H2O发生反应：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。

14．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

（1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应可以表示为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O2Ni（OH）2＋Cd（OH）2。

已知Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是（　　）

①以上反应是可逆反应

②以上反应不是可逆反应

③充电时化学能转变为电能

④放电时化学能转变为电能

A．①③B．②④

C．①④D．②③

（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去

使用价值，在酸性土壤中这种污染尤为严重。

这是因为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

【答案】

（1）B

（2）Ni（OH）2和Cd（OH）2能溶于酸性溶液

【解析】

（1）NiCd电池的充、放电条件不相同，因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。

（2）Ni（OH）2和Cd（OH）2在酸性土壤中溶解，生成重金属离子Ni2＋和Cd2＋，污染土壤。

15．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。

如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉。

铂吸附气体的能力强，性质稳定。

请回答：

（1）氢氧燃料电池能量转化的主要形式是________，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是

________________________________________________________________________。

（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：

Ⅰ.2Li＋H22LiH

Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。

②已知LiH固体密度为0.82g·cm－3，用锂吸收224L（标准状况）H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为________________________________________________________________________。

③由②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。

【答案】　

（1）化学能转变为电能　a流向b

（2）H2－2e－＋2OH－===2H2O

（3）增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快反应速率

（4）①Li　H2O　②8.71×10－4或　③32

【解析】

（1）原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为2H2＋O2===2H2O，其中H2在负极失电子，即电子从a流向b。

（2）负极为H2失电子生成H＋，但溶液为KOH溶液，故负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。

（3）铂粉的接触面积大，可以增大电极单位面积吸附的H2、O2分子数，可以加快反应速率。

（4）反应Ⅰ中Li从0价升至＋1价，作还原剂；反应Ⅱ中H2O中的H从＋1价降至0价，作氧化剂。

在反应Ⅰ中当吸收10molH2时，生成20molLiH，V＝＝×10－3L≈195.12×10－3L，则＝≈8.71×10－4。

反应Ⅱ中20molLiH可生成20molH2，实际参加反应的H2为20mol×80%＝16mol，每1molH2生成H2O时，转移2mol电子，故导线中通过电子的物质的量为16mol×2＝32mol。