2022年高三化学寒假学业分层测评：15化学电源+Word版含解析

这是一份2022年高三化学寒假学业分层测评：15化学电源+Word版含解析，共10页。

1．下列电池工作时，O2在正极放电的是( )
【解析】 锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋
4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。
【答案】 B
2．Mg­AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是( )
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl 溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
【解析】 Mg失去电子发生氧化反应，是电池的负极，电极反应为：Mg－2e－===Mg2＋，A、B项错误；Mg­AgCl电池能够被海水激活，改用KCl作电解质溶液也能够激活该电池，C项错误；Mg­AgCl电池可将化学能转化为电能用于海上应急照明供电，D项正确。
【答案】 D
3．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法中正确的是( )
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极的反应：Li－e－===Li＋
C．放电时正极的反应：MnOeq \\al(－,2)＋e－===MnO2
D．电池放电时，产生高锰酸根离子
【解析】 Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===MnOeq \\al(－,2)。
【答案】 B
4．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋
2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 ml电子，锌的质量理论上减小6.5 g
【解析】 由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 ml锌参加反应，失去2 ml电子，则会有2 ml电子从负极锌开始流经外电路而流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－===2MnOOH(s)＋2OH－(aq)。所以外电路每通过0.2 ml电子，锌的质量理论上减小6.5 g。电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极。
【答案】 C
5．硼氢化钠(NaBH4)和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电极a为正极，b为负极
B．放电时，Na＋从b极区移向a极区
C．电极b上发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－
D．每生成1 ml BOeq \\al(－,2)转移6 ml电子
【解析】 BHeq \\al(－,4)被氧化为BOeq \\al(－,2)，应为原电池的负极反应，正极H2O2得电子被还原生成OH－，所以a是负极，b是正极，A错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，则电池放电时Na＋从a极区移向b极区，B错误；电极b上双氧水发生得到电子的还原反应，即发生的电极反应为：H2O2＋2e－===2OH－，C正确；BHeq \\al(－,4)被氧化为BOeq \\al(－,2)，应为原电池的负极反应，电极反应式为BHeq \\al(－,4)＋8OH－－8e－===BOeq \\al(－,2)＋6H2O，因此每生成1 ml BOeq \\al(－,2)转移8 ml 电子，D错误。
【答案】 C
6．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为( )
A．1.8 ml B．3.6 ml
C．100 mlD．200 ml
【解析】 n(H2O)＝eq \f(1.8×103 g,18 g/ml)＝100 ml，由总反应方程式：2H2＋O2===2H2O，知每生成2 ml H2O转移电子4 ml，现得到100 ml H2O则转移电子200 ml。
【答案】 D
7．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2COeq \\al(2－,3)＋12H2O,7H2O＋eq \f(7,2)O2＋14e－===14OH－。有关此电池的推断正确的是( )
A．通氧气的电极为负极
B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
D．电解质溶液中COeq \\al(2－,3)向正极移动
【解析】 原电池反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应，通氧气的电极为正极，A项错误；根据反应式可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2，B项正确；由电极反应式可知，放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减小，C项错误；负极周围的OH－参与电极反应，不断减少，水电离产生的
H＋就不断增加，COeq \\al(2－,3)向负极移动，D项错误。
【答案】 B
8．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
B．该电池的总反应式为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
【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；该电池的总反应式为正、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。
【答案】 B
9．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
【解析】 首先判断出通入甲醇的一极失去电子做负极，通入氧气的一极得到电子做正极。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。
【答案】 C
10．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
根据上述反应式，完成下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式：_________________________________________。
(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。
【解析】 (1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。
【答案】 (1)C
(2)Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(3)减小 增大 不变
11．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。试根据上述情况判断：
(1)铅蓄电池的负极材料是________。
(2)工作时，正极反应为__________________________________________。
(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。
(5)电流方向从________极流向________极。
【解析】 铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。
【答案】 (1)Pb
(2)PbO2＋SOeq \\al(2－,4)＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
(3)增大 (4)负 (5)正 负
12．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为__________________、_________________________________________________________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为_________、________________________________________________________________。
(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？ ___________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：___________、_____________。
【解析】 根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀，碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。
【答案】 (1)H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O (1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
[能力提升]
13．科学家设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，下列说法不正确的是( )
A．通入N2的电极发生的电极反应式为：N2 ＋ 6e－ ＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4)
B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸
C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极
D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl
【解析】 A．该电池的本质是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2 ＋6e－＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4)，正确；B.反应过程中，H＋不断消耗导致pH值变大，需要加入盐酸，正确；C.该装置是原电池装置，电流由正极通过外电路流向负极，即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极，错误；D.通入氢气的电极为负极，生成氯化铵，所以A是NH4Cl，正确。
【答案】 C
14．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应式为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 ml 氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4/6 L
【解析】 由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，A错误；放电过程中，H＋从负极区向正极区迁移，结合O2－形成H2O，C错误；每消耗1 ml O2则转移4 ml电子，由C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋计算出：转移4 ml电子则生成1 ml CO2，即标准状况下体积为22.4 L，D错误。
【答案】 B
15．Mg­AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )

A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
【解析】 Mg­AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
【答案】 B
16．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示：
溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题：
(1)该电池的正极反应式为________________________________________，
电池反应的离子方程式为________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·ml－1)
(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过________分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、________和________，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为________，其原理是________。
【解析】 (1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnOOH，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnOOH。金属锌做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnOOH＋Zn2＋。
(2)电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·ml－1，故通过电子的物质的量为eq \f(150 C,96 500 C·ml－1)≈0.001 6 ml，则理论上消耗Zn的质量为65 g·ml－1×0.001 6 ml×1/2≈0.05 g。
(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶解度远远大于NH4Cl，因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成，加水处理后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及MnOOH等，欲从中得到较纯的MnO2，可采用在空气中加强热的方法，碳粉与O2反应生成CO2，MnOOH氧化为MnO2。
【答案】 (1)MnO2＋H＋＋e－===MnOOH 2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnOOH＋Zn2＋
[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)eq \\al(2＋,4)，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NHeq \\al(＋,4)]
(2)0.05
(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 在空气中加热 碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
温度/℃
化合物
0
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
化合物
Zn(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Ksp近似值
10－17
10－17
10－39