高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池测试题

1.2化学能转化为电能——电池同步练习-鲁科版高中化学选择性必修1

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．《Nature》期刊曾报道一例CH3OH-O2在聚合物催化下的原电池，其工作示意图如下图所示。下列说法正确的是

A．电极A是负极，发生还原反应

B．电解质溶液中H+由电极B流向电极A

C．电极B的电极反应式：

D．外电路中通过0.3 mol电子，A电极生成CO2的质量为6.6 g

2．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe+Ni2O3+3H2O = Fe(OH)2+Ni(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是

A．Fe为负极 B．Ni2O3发生还原反应

C．不能使用酸溶液作电解液 D．该电池放电时化学能全部转换为电能

3．关于下列图示的说法中正确的是

A．用图①所示实验可比较硫、碳、硅三种元素的非金属性强弱

B．用图②所示实验装置排空气法收集CO2气体

C．图③表示CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)为吸热反应

D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量也相同

4．2020年11月28日，第四届锂电池技术与产业发展论坛在江苏昆山举行，必将助力固态锂电池得到快速规模化应用。某可充电固态锂电池工作原理如图所示，反应原理为：，下列说法错误的是

A．a极采用石墨烯材料吸附锂，充电时a极发生还原反应

B．充电时，b极反应为：

C．放电时，电子从a极通过导线流向b极

D．当电池工作时，每转移1mol电子，两极的质量变化都是7g

5．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是

A．两烧杯中铜片表面均有气泡产生

B．甲烧杯中的电流与正离子流向均为Zn→Cu

C．两烧杯中溶液的酸性均减弱

D．两烧杯在相同时间内转移电子数相等

6．一种镁盐水电池的结构如图所示。下列说法正确的是

A．钢丝绒为负极

B．镁极上产生大量H2

C．电子由镁极沿导线流向钢丝绒极

D．反应片刻后溶液中产生大量红褐色沉淀Fe(OH)3

7．下列有关电池的说法不正确的是

A．电脑、手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．氢氧燃料电池可把化学能转化为电能

C．碱性锌锰干电池中，锌电极是负极

D．锌铜原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

8．液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是

A．充电时A电极连电源负极

B．放电时正极电极反应为：

C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小

D．充电时阴极电极反应：

9．如图是最近研发的Ca–LiFePO4可充电电池的工作示意图，锂离子导体膜只允许Li+通过，电池反应为：xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+xCa2++2LiFePO4。下列说法错误的是

A．左室电解质LiPF6–LiAsF6为非水电解质

B．放电时，负极反应为：LiFePO4-xe−=Li1-xFePO4+xLi+

C．充电时，Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌，放电时发生Li+嵌入

D．充电时，左室中钙电极的质量增加4.0g，理论上导线中有0.2mol电子通过

10．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是

A．a电极为正极

B．电池工作时将电能转化为化学能

C．放电时由右室通过质子交换膜进入左室

D．b电极反应式为

二、填空题

11．电池是人类生产和生活中重要的能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。请根据下列几种电池的工作原理示意图，回答问题。

(1)世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达兆瓦，是历届世博会之最。光伏电池能将       直接转变为电能填：“化学能”“太阳能”“热能”等，在外电路中电流方向为       。填：“从流向”或“从流向”

(2)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图所示。电极是电池的       极， 电极反应式为       。如果该电池工作时电路中通过电子，则消耗的的物质的量为       。

(3)全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池，工作原理如图所示，、均为惰性电极。放电时左槽溶液颜色由黄色变为蓝色，则 向       槽移动填：“左”或“右”。充电时，       极连接直流电源正极填：“”或“”，其电极反应式为       。

12．I.有下列各组微粒或物质，请按要求填空(填字母)：

A．富勒烯和石墨烯    B．D和T    C．CH3CH2CH2CH3和    D．和    E.CH3CH2CH2CH3和

(1)      组中两种物质互为同素异形体；      组中两种物质属于同系物；      组中两种物质互为同分异构体；      组中两种物质互为同位素；      组中是同种物质。

II.现有A、B、C三种烃，其球棍模型如图：

(2)等质量的以上物质完全燃烧时耗去O2的量最多的是      。(填字母)

(3)将1molA和适量的Cl2混合后光照，充分反应后生成的CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4四种有机产物的物质的量之比为1：2：3：4，则参加反应的Cl2的物质的量为      mol。

(4)用上述烃C设计成碱性条件下的燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极：

①使用时，氧气从       口通入(填“A”或“B”)。

②电池工作时，OH-移向       电极(填“a”或“b”)。

③当电池转移8mol电子时，至少消耗氧气       g。

④a极的电极反应方程式为：      。

13．铅蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为；放电时，正极的电极反应是     ，电解质溶液中硫酸的浓度     (填“增大”“减小”或“不变”)，当外电路中通过电子时，理论上负极板的质量增加     g。

14．铝-空气电池是正在探索的车用新型电池。电池工作时，金属铝被氧化为并形成。空气中的氧气发生还原而生成。

(1)写出铝-空气电池中的正、负极反应和总反应        。

(2)广泛采用铝-空气电池的好处有哪些？不足有哪些？就你的发现写出简要的报告，并预测其未来的应用前景        。

15．如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物。放电时，由              (填“M”或“N”)电极向            (填“M”或“N”)电极移动，M电极反应为              ；充电时，M电极的质量             (填“增大”“减小”或“不变”)，N电极反应为                。

16．I．在化学反应中，只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子被称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ·mol−1表示。

请认真观察如图，然后回答问题。

(1)下列变化中满足如图图示的是           (填选项字母)；

A．镁和稀盐酸的反应

B．Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl的反应

C．NaOH固体加入水中

D．乙醇燃烧

Ⅱ．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。

(2)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为           (填选项字母)；

A．铝片、铜片    B．铜片、铝片    C．铝片、铝片

(3)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，若将此反应设计成原电池，当线路中转移0.2 mol电子时，则被腐蚀铜的质量为           g；

(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是电解质为稀硫酸溶液的氢氧燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①氢氧燃料电池的正极反应化学方程式是：           ；

②电池工作一段时间后硫酸溶液的pH           (填“增大”“减小”或“不变”)。

17．原电池将     能转化为     能。其中，电子流出的一极是原电池的     极，该极发生    反应；电子流入的一极是电池的    极，该极发生      反应。

18．将设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示、为多孔碳棒。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷的体积为。

(1)时，电池负极电极反应为       ；正极电极反应为       ；总反应离子方程式：        。

(2)当消耗甲烷的体积为标况下时，转移电子的物质的量为       ；此时溶液中的物质的量浓度为       。假设溶液体积不变

19．设计燃料电池使汽油氧化直接产生电流，是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-。回答下列问题：

(1)以辛烷(C8H18)为汽油的代表物，则这个电池放电时必发生反应的化学方程式是                         。

(2)这个电池负极的电极反应式为C8H18+25O2-=8CO2+9H2O+50e-，正极的电极反应式为                        ，固体电解质里O2-的移动方向是                     。

(3)用此电池分别电解以下两种溶液，假如电路中转移了0.02 mol e-，且电解池的电极均为惰性电极，试回答下列问题。

①电解M(NO3)x溶液时某一电极增加了ag M，则金属M的相对原子质量        

（用含“a、x”的表达式表示）。

②电解含有0.01 mol CuSO4和0.01 mol NaCl的混合溶液100mL，阳极产生的气体在标准状况下的体积是                         ；将电解后的溶液加水稀释至1L，此时溶液的c(H+)=             。

20．回答下列问题：

(1)丙烷热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题。

①如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1mol液态H2O过程中的能量变化图，写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：   。

(2)氢气是一种热值高、环境友好型燃料。等物质的量的氢气完全燃烧生成液态水与生成气态水相比，生成液态水时放出热量    (填“多”“少”或“相等”)。

(3)通过氢气的燃烧反应，也可以设计成电池，被称为氢氧燃料电池。如图就是能够实现该转化的装置(其中电解质溶液为H2SO4溶液)，该电池的a极是    (填“正”或“负”)，对应的电极反应式为    ；该电池的b极是   (填“正”或“负”)，对应的电极反应式为    。

三、实验题

21．某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果：

分析上述实验，回答下列问题：

（1）实验2中电流由        极流向        极(填“A”或“B”)。A电极反应式        ，

（2）实验6中电子由B极流向A极，表明负极是        (填“镁”或“铝”)电极，发生        （氧化反应，还原反应）

（3）实验5表明        。

A．铜在潮湿空气中不会被腐蚀B．铜的腐蚀是自发进行的

（4）分析上表有关信息，下列说法不正确的是        。

A．相对活泼的金属一定作负极

B．失去电子的电极是负极

C．烧杯中的液体必须是电解质溶液

D．原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属)

22．为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。

回答下列问题：

(1)电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据表中数据，盐桥中应选择    作为电解质。

(2)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入   电极溶液中。

(3)电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02mol·L-1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c(Fe2+)=   。

(4)根据(2)、(3)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为   ，铁电极的电极反应式为    。因此，验证了Fe2+氧化性小于   、还原性小于   。

(5)实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO4溶液中加入几滴Fe2(SO4)3溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是   。

23．I.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中，如图所示。

(1)写出甲中正极的电极反应式：      

(2)乙中负极为       ， 总反应的离子方程式：      

(3)由此实验得出的下列结论中，正确的有_______

A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质

B．镁的金属性不一定比铝的金属性强

C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了

D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析

II.利用反应Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示原电池，回答下列问题：

(4)写出电极反应式：正极        ；负极       。

(5)图中X溶液是       ，Y溶液是       。

参考答案：

1．C

2．D

3．A

4．B

5．C

6．C

7．D

8．C

9．B

10．D

11．(1)     太阳能     从流向

(2)     负极         

(3)     左         

12．(1)     A     C     E     B     D

(2)A

(3)3

(4)     B     a     64     CH3CH3-14e-+18OH-=2CO+12H2O

13．          减小     24

14．(1)正极反应：3O2+12e-+6H2O=12OH-；负极反应：4Al-12e-=4Al3+；总反应：4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3↓

(2)好处有：（1）比能量大；（2）质量轻；（3）无毒危险（副产物氢氧化铝可回收使用）；（4）铝原材料丰富；（5）生产成本低；（6）使用方便；（7）安全、环保等；

不足有：（1）虽然铝—空气电池比能量高，但比功率低；（2）放电速率比较缓慢，电压滞后；（3）不能反复充电，需要更换铝电极或更换电池才能继续工作；（4）自放电率较大，需要采用热管理系统来防止铝—空气电池工作时的过热；

未来的应用前景：（1）电动车电源的有力竞争者；（2）潜艇AIP系统的优秀能源；（3）水下机器人的最佳动力电源；（4）价廉物美的高能电源等。

15．     M     N          增大    

16．     AD     B     6.4     O2+4H++4e－=2H2O     不变

17．     化学     电     负     氧化     正     还原

18．(1)     CH4＋9CO-8e-＋3H2O =10HCO     O2 +4e-＋4CO＋8H+ =4HCO＋2H2O     CH4＋2 O2＋CO =2HCO＋H2O

(2)     4mol    

19．(1)2C8H18+25O2=16CO2+18H2O

(2)     O2+ 4e- =2O2-     由正极流向负极

(3)          0.168L     0.01mol/L

20．(1)C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l)    △H=-2215kJ/mol

(2)多

(3)     负     2H2-4e-=4H+     正     O2+4H++4e-=2H2O

21．     B     A     Zn-2e-=Zn2+     铝     氧化反应     B     A

22．(1)KCl

(2)石墨

(3)0.09mol·L-1

(4)     Fe3++e-=Fe2+     Fe-2e-=Fe2+     Fe3+     Fe

(5)取少量溶液，滴入KSCN溶液，不出现血红色

23．(1)2H++2e-=H2↑

(2)     Al     2Al+2OH-+2H2O=2+3H2↑

(3)AD

(4)     2Fe 3＋+2e- = 2Fe 2+     Cu-2e- =Cu2＋

(5)     FeCl3     CuCl2