化学必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第3课时课后练习题

　化学电源

　　　　　　　　　(40分钟　70分)

一、选择题(本题8小题,每小题5分,共40分)

1.(2020·浏阳高一检测)废电池处理不当不仅造成浪费,还会对环境造成严重污染,对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝,他的以下想法你认为不正确的是              (　　)

A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B.碳棒取下洗净用作电极

C.把铜帽取下洗净回收利用

D.电池内部填有氯化铵等化学物质,将废电池中的黑色糊状物直接作化肥用

【解析】选D。电池中含有重金属,不能作化肥用。

2.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是 (　　)

A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B.干电池在长时间使用后,会出现气鼓现象

C.铅蓄电池工作时,电能转化成化学能

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

【解析】选C。上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池,A正确;干电池在长时间使用后,会出现气鼓现象,B正确;铅蓄电池工作时化学能转化成电能,充电时电能转化成化学能,C错误;氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D正确。

【加固训练】

　　能量转化率大;氧化剂和还原剂可以不断从外部输入;电极产物可以不断输出;且能代替汽油作为汽车的动力;能持续使用的新型电池为              (　　)

A.锂电池　　　　　　　 B.燃料电池

C.干电池      D.铅蓄电池

【解析】选B。只有燃料电池符合上述要求,选B。

3.(2020·泰安高一检测)研究人员研制出一种锂水电池,可作为潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,使用时加入水即可放电。下列关于该电池的说法不正确的是              (　　)

A.水既是氧化剂又是溶剂

B.放电时正极上有氢气生成

C.放电时OH-向正极移动

D.总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑

【解析】选C。该电池的负极是锂,氧化剂水在正极上得到电子生成氢气,电解质是LiOH,A、B、D正确;原电池中OH-向负极移动,C错误。

4.(2020·成都高一检测)新型乙醇燃料电池用能传递质子(H+)的介质作溶剂,反应式为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,如图是该电池的示意图,下列说法正确的是              (　　)

A.a极为电池的正极

B.电池正极的电极反应为4H++O2+4e-2H2O

C.电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极

D.电池工作时,1 mol乙醇被氧化成CO2时就有6 mol电子转移

【解析】选B。a极通乙醇为电池的负极,A错误,B正确;电池工作时电流由正极b极沿导线经灯泡再到a极,C错误;1 mol乙醇被氧化成CO2时就有12 mol电子转移,D错误。

【加固训练】

　　(2020·长沙高一检测)伏打电堆由几组锌和银的圆板堆积而成,所有的圆板之间夹放着几张盐水泡过的布。

如图所示为最初的伏打电堆模型,由八组锌和银串联组成的圆板堆积而成,总反应式为2Zn+O2+2H2O2Zn(OH)2。下列说法正确的是              (　　)

A.该电池发生反应时锌是正极

B.电池长时间工作后,中间的布上会有白色固体颗粒生成,该固体颗粒为Ag2O

C.当电路中转移0.1 mol电子时,消耗锌板的总质量为26 g

D.该伏打电堆工作时,在银板附近会有Cl2放出

【解析】选C。锌和银组成原电池,锌是负极,A错误;根据电池总反应式2Zn+O2+

2H2O2Zn(OH)2可知电池长时间工作后,中间的布上出现白色固体颗粒应是Zn(OH)2,B错误;负极反应式为Zn-2e-Zn2+,转移电子0.1 mol时,一组锌消耗的质量为0.05 mol×65 g·mol-1=3.25 g,八组锌消耗的总质量为3.25 g×8=26 g,C正确;银作正极,正极上氧气得电子发生还原反应,不会有氯气放出,D错误。

5.最近,科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是              (　　)

A.右边吸附层中发生了还原反应

B.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O

C.电池的总反应是2H2+O22H2O

D.电解质溶液中Na+向右移动,Cl向左移动

【解析】选C。右边吸附层中H+生成H2是正极,发生了还原反应,A正确;左边吸附层是负极,发生H2-2e-+2OH-2H2O,B正确;电池放电的过程中,没有氧气参与反应,C错误;电解质溶液中Na+向右(正极)移动,Cl向左(负极)移动,D正确。

【加固训练】

　　(2020·武汉高一检测)LED产品的使用为城市增添色彩。如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)

A.电路中的电子从负极经外电路到正极,再经过KOH溶液回到负极,形成闭合回路

B.a处通入氢气,b处通入氧气,该装置将化学能最终转化为电能

C.电池放电后,OH-的物质的量浓度减小

D.通入O2的电极发生反应:O2+4e-2O2-

【解析】选C。电子不经过KOH溶液,A错误;由外电路中电子的运动方向可知,a是负极、b是正极,a处通入氢气、b处通入氧气,该装置将化学能最终转化为光能,B错误;电池放电后,电池反应产物是水,故OH-的物质的量浓度减小,C正确;通入O2的电极发生反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。

6.汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4

2PbSO4+2H2O,根据此反应判断下列叙述中正确的是 (　　)

A.PbO2是电池的负极

B.放电时,溶液中的H+向正极区移动,正极区域的溶液的酸性增强

C.放电时,电子由Pb电极通过导线流向PbO2

D.正极的电极反应式为Pb-2e-Pb2+

【解析】选C。由PbO2→PbSO4发生的是还原反应,PbO2应是电池的正极,A错误;放电时,溶液中的H+向正极区移动,发生反应PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O,溶液的酸性不会增强,B、D错误。

7.酸性干电池装置示意图如图所示,电池总反应式为Zn+2NZn2++2NH3↑+

H2↑,下列说法正确的是 (　　)

A.碳为电池的负极

B.氨气在碳棒上生成

C.电流由锌极流向碳极

D.H2在Zn片上生成

【解析】选B。放电时,Zn是负极、碳是正极,A错误;碳是正极,正极上得电子发生还原反应,电极反应式为2N+2e-2NH3↑+H2↑,所以氨气、氢气在碳棒上生成,B正确,D错误;电流从正极流向负极,即由碳棒流向锌极,C错误。

8.(2020·三明高一检测)镍氢电池是新型的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镍镉电池,镍氢电池的总反应式:H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根据此反应式判断,下列叙述不正确的是              (　　)

A.电池放电时,电池负极周围溶液的碱性增强

B.电池放电时,镍元素被还原

C.电池充电时,是电能转化为化学能

D.电池放电时,H2是负极

【解析】选A。电池放电时,负极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O,电极周围OH-离子减少,碱性减弱,A错误;电池放电时,镍元素由+3价降到+2价,被还原,B正确;电池充电时,电能转化成化学能,C正确;电池放电时,负极反应为H2-2e-+2OH-2H2O,H2是负极,D正确。

二、非选择题(本题包括2小题,共30分)

9.(14分)氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题:

(1)通入Cl2(g)的电极是　　　   　(填“正”或“负”)极。 

(2)投入Al(s)的电极是　　　   　(填“正”或“负”)极。 

(3)电子从　　　   　(填“Al”或“Cl”)极流向　　　　极(填“正”或“负”)。 

(4)每消耗8.1 g Al(s),电路中通过的电子数目为　　　　NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。 

【解析】判断原电池的正负极首先要分析题中所给信息,此题所给信息是具体反应物,根据具体反应物间的相互反应式为2Al+3Cl22AlCl3,可知Cl2得电子在正极反应,Al失电子在负极反应,所以通入Cl2(g)的电极是正极,投入Al(s)的电极是负极,电子由负极(Al)经外电路流向正极。8.1 g Al(s)的物质的量为=0.3 mol,每摩尔Al反应转移3 mol电子,0.3 mol Al反应,电路中通过的电子数为3NA×0.3=0.9NA。

答案:(1)正　(2)负　(3)Al　正　(4)0.9

10.(16分)我国首创的以铝、空气、海水为能源的新型海水标志灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断地产生电流。使用时只要把灯放入海水中,数分钟后就会发出耀眼的闪光,其能量比干电池高20～50倍。试推测此种新型电池可能的基本结构:

负极材料为　　　　电极反应:　             

正极材料为　　　　电极反应:　                

总反应为                          

【解析】因海水标志灯是以铝、空气、海水为能源,以海水为电解质溶液,靠空气中的氧气使铝不断氧化而源源不断地产生电流,所以铝、空气形成了原电池,其中铝为负极材料,空气中的氧气在正极材料上得电子,可以用石墨作正极材料。

答案:铝　4Al-12e-+12OH-4Al(OH)3

石墨　3O2+12e-+6H2O12OH-

4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3

　　　　　　　　　(20分钟　30分)

一、选择题(本题1小题,共10分)

11.(2020·上饶高一检测)研究人员最近发现了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电,在海水中电池总反应式可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,下列关于“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是              (　　)

A.正极反应式:Ag+Cl--e-AgCl

B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子

C.Na+不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

【解析】选B。Ag为负极,电极反应式为Ag+Cl--e-AgCl,A错误;AgCl为氧化产物,D错误;根据方程式中5MnO2生成1Na2Mn5O10,化合价共降低了2价,所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,B正确;在原电池中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,C错误。

【加固训练】

　　(2020·贵阳高一检测)如图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下,电子由价带跃迁到导带后,然后流向对电极。下列说法不正确的是              (　　)

A.对电极的电极反应式为2H++2e-H2↑

B.半导体电极发生还原反应

C.电解质溶液中阳离子向对电极移动

D.整个过程中实现了太阳能→电能→化学能的转化

【解析】选B。由图示分析知在对电极上发生的反应式为2H++2e-H2↑,A正确;半导体电极是负极,发生氧化反应,B错误;电解质溶液中阳离子向正极即对电极移动,C正确;根据过程分析,整个过程实现了太阳能向电能、化学能的转化,D正确。

二、非选择题(本题包括1小题,共20分)

12.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

(2)废弃的镍镉电池已成为严重的环境污染物,有资料表明一节废镍锡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　。 

(3)锂是一种碱金属元素,其相对原子质量为7,而锂电池是新一代高能电池,它以质量轻、能量高而受到普遍重视。一种常用锂电池的总反应式可表示为Li+MnO2LiMnO2,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十年。它的负极用金属锂制成;

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 　              。 

③若锂电池提供了5.3×10-5 mol的电子(其他损耗忽略不计),则消耗正极的材料的质量约为　　　             g。 

(4)铅蓄电池是典型的可充电型电池,它的正、负极都是惰性材料,电池总反应式为Pb+PbO2+4H++2S2PbSO4+2H2O

放电时正极的电极反应式是 　                       , 

电解液中H2SO4的浓度将变　　　　,当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加　　　　g。 

【解析】(1)镍(Ni)镉(Cd)充电电池,放电、充电的条件不同,不是可逆反应,放电时化学能转化为电能,充电时电能转化为化学能。(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,所以在酸性土壤中这种污染尤为严重。(3)①锂电池比容量特别大的原因是锂的摩尔质量小。②锂电池不能使用电解质的水溶液,因为锂与水反应。

③根据MnO2　　+　　e-Mn

    87 g·mol-1      1 mol

n(MnO2)=5.3×10-5mol

m(MnO2)=4.61×10-3 g

(4)铅蓄电池放电时正极的电极反应式是PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O;放电时消耗硫酸,电解质溶液中H2SO4的浓度将变小,根据放电时负极Pb-2e-+SPbSO4,当外电路通过1 mol电子时,理论上负极板的质量增加48 g。

答案:(1)②④

(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液。

(3)①锂的摩尔质量小

②2Li+2H2O2LiOH+H2↑

③4.61×10-3

(4)PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O　小　48