化学选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池第2课时综合训练题

课时分层作业(四)　化学电源

 (建议用时：40分钟)

[合格过关练]

1．下列电池属于一次电池的是(　　)

A．锌锰干电池　 B．铅蓄电池

C．锂电池 D．氢氧燃料电池

A　[铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。]

2．氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是(　　)

A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极

B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极

C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大

D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大

B　[根据电池总反应式可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，负极区附近溶液中

OH－浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。]

3．碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2。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MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－

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 mol电子，理论上锌的质量减小6.5 g

C　[根据电池总反应式可知负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，正极反应式为MnO2＋2e－＋2H2O===Mn(OH)2＋2OH－，A、B项正确；电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极，C项错误；外电路中每通过0.2 mol电子，有0.1 mol锌参加反应，其质量为6.5 g，D项正确。]

4．锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应式为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2[Zn(OH)4]2－。下列说法正确的是

(　　)

A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动

B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小

C．放电时，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－

D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)

C　[A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2[Zn(OH)4]2－===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，

c(OH－)逐渐增大；C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。]

5．如图所示是几种常见的化学电源示意图，下列有关说法不正确的是

(　　)

氢氧燃料电池示意图

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，锌筒被破坏

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g

D　[干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，C正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，D错误。]

6．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：MnO＋e－===MnO2

D．电池放电时，产生高锰酸根离子

B　[Li在负极发生反应：Li－e－===Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－===MnO。]

7．(双选)据报道，以硼氢化合物NaBH4(硼元素的化合价为＋3)和H2O2作原料的燃料电池可用作通信卫星电源，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．电池放电时Na＋从a极区移向b极区

B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

C．每消耗1 mol H2O2，转移的电子为1 mol

D．该电池的正极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O

AB　[由装置图可知，H2O2得电子化合价降低，所以b为正极，a为负极，原电池中阳离子向正极移动。负极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O。每消耗1 mol H2O2，转移的电子为2 mol。]

8．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 (　　)

A．放电时，ClO向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C

D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na

D　[电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。]

9．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的差别进行发电，在海水中该电池的总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电的说法正确的是(　　)

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

B　[原电池的正极得电子发生还原反应，A项错误；每生成1 mol Na2Mn5O10有2 mol Ag被氧化，转移2 mol电子，B项正确；原电池中的阳离子移向正极，所以Na＋不断向“水”电池的正极移动，C项错误；银的化合价升高被氧化，AgCl是氧化产物，D项错误。]

10．有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中形成的，电池总反应方程式为8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。下列叙述正确的是(　　)

A．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响

B．金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极

C．在电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3

D．在电池工作过程中，金属锂提供的电子与正极析出硫的物质的量之比为4∶1

D　[Li的化学性质活泼，易与水发生反应：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故电解质溶液应为非水溶液，A项错误；由电池总反应式可知，Li失电子，作电池的负极，石墨作电池的正极，B项错误；电池工作过程中，SOCl2被还原为S，C项错误；由电池总反应式知，8 mol Li参与反应，提供8 mol电子，同时在正极析出2 mol S，D项正确。]

11．(素养题)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)

A．正极反应中有CO2生成

B．微生物促进了反应中电子的转移

C．质子通过交换膜从负极区移向正极区

D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O

A　[图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极上电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，负极上有CO2产生，故A错误；B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确；C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确；D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正确。]

12．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极，两电极插入KOH溶液中，向两极分别通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O,2H2O＋O2＋4e－===4OH－。有关此电池的推断正确的是(　　)

A．电池工作过程中，溶液的pH逐渐减小

B．正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为 2∶7

C．通入乙烷的电极为正极

D．电解质溶液中的OH－向正极移动

A　[电池总反应式为2C2H6＋7O2＋8OH－===4CO＋10H2O，故电池工作过程中，溶液的pH逐渐减小，A项正确；正、负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2，B项错误；通入乙烷的电极为负极，C项错误；电解质溶液中的OH－向负极移动，D项错误。]

13．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)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________________，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为__________________。

(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↑

反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。

[解析]　本题考查电化学知识。(1)原电池的实质为化学能转化成电能。总反应式为2H2＋O2===2H2O，其中H2从0价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。

(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，可得到H2＋2OH－－2e－===2H2O。

(3)由题目中“铂吸附气体的能力强”，可知电极表面镀铂粉的原因是增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，从而加快反应速率。(4)Ⅰ.Li从0价升至＋1价，作还原剂。Ⅱ.H2O中的部分氢元素从＋1价降至H2中的0价，故H2O作氧化剂。

[答案]　(1)由化学能转化为电能　由a到b

(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O(或H2＋2OH－－2e－===2H2O)

(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率

(4)Li　H2O

14．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。

回答下列问题：

O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

(1)电池的负极反应式：________________________。

电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O；

6CO2＋6O===3C2O＋6O2。

反应过程中O2的作用是____________。

(2)该电池的总反应式：____________________________________________。

[解析]　Al—CO2电池中，Al为负极，反应式为Al－3e－===Al3＋(或2Al－

6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应式可知O2的作用是作催化剂。将正、负极两个电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。

[答案]　(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂

(2)2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3

15．航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能，我国发射的“神舟”五号载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的，该电池以KOH溶液为电解质，其总反应的化学方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。

(1)负极上的电极反应式为_________________________________________。

(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时，有________mol电子发生转移。

(3)开始放电时，正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

[解析]　(1)根据总反应的化学方程式知CH4～CO，碳元素的化合价由－4→＋4，则有CH4－8e－→CO，根据电荷守恒，左边应配10个OH－，最后根据质量守恒得：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(2)正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，5.6 L O2的物质的量为0.25 mol，故得电子的物质的量为0.25 mol×4＝1 mol。(3)由于正极生成OH－，故其附近的pH增大。

[答案]　(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。

(2)1　(3)增大

[素养培优练]

16．瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是(　　)

A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a

B．电极b是正极，O2－由电极a流向电极b

C．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O

D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移4 mol电子　

C　[电子不能在电池内电路流动，只能在外电路中流动，A错误；电极b中氧气得电子，生成O2－，而电极a需要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，B错误；甲烷所在的电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－

8e－===CO2＋2H2O，C正确；1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2－，故当固体电解质中有1 mol O2－通过时，转移2 mol电子，D错误。]

17．目前，人们正在研究一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的β­Al2O3陶瓷作固体电解质，电池反应式为2Na＋xSNa2Sx，以下说法正确的是(　　)

A．放电时，Na作正极，S作负极

B．充电时，钠电极与外接电源的正极相连

C．若用此电池电解硝酸银溶液，则当阳极上产生标准状况下的气体1.12 L时，消耗金属钠4.6 g

D．充电时，阴极发生的反应为S－2e－===xS

C　[放电时，负极失电子被氧化，所以Na作负极，S作正极，A项错误；充电时，钠电极上发生还原反应，作阴极，钠电极与外接电源的负极相连，B项错误；电解AgNO3溶液时，阳极上得到O2，根据电子守恒可知生成1.12 L氧气和消耗4.6 g金属钠时，转移的电子都是0.2 mol，C项正确；充电时，阴极上

Na＋得电子被还原，D项错误。]

18．金属(M)－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．金属M作电池负极

B．M2＋移向金属(M)电极

C．正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

D．电池反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2

B　[M失去电子作负极，A正确；原电池中阳离子向正极移动，则M2＋移向正极，金属(M)电极是负极，B错误；正极上氧气得到电子，则正极的电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正确；M失去电子、氧气得到电子，则电池反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，D正确。]

19．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为Fe3＋＋Cr2＋Fe2＋＋Cr3＋。下列说法一定正确的是(　　)

A．电池充电时，b极的电极反应式为Cr3＋＋e－===Cr2＋

B．电池放电时，b极的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋

C．电池放电时，Cl－从b极穿过选择性透过膜移向a极

D．电池放电时，电路中每通过0.1 mol电子，Fe3＋浓度降低0.1 mol·L－1

A　[解本题的关键是要知道放电过程为原电池工作原理，充电过程为电解池工作原理，结合原理示意图确定电极反应。放电时负极b发生氧化反应：Cr2＋－e－===Cr3＋，充电时该电极发生还原反应：Cr3＋＋e－===Cr2＋，A项正确、B项错误；放电时阴离子向负极b移动，C项错误；电池放电时，电路中每通过0.1 mol电子，Fe3＋的物质的量减少0.1 mol，D项错误。]

20．Ⅰ.直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。

碱性乙醇燃料电池　　　酸性乙醇燃料电池

熔融盐乙醇燃料电池

(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为________。

(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为_______________，

使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是________

______________________________________________________________。

(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为_______________，

通过质子交换膜的离子是________。

(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向电极________(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为________________。

Ⅱ.肼(N2H4)­双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，其工作原理如图所示。则电池正极反应式为__________________________________，

电池工作过程中，A极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

[解析]　Ⅰ.(1)燃料电池中通入燃料的为负极，通入氧气或空气的为正极，三种乙醇燃料电池中正极反应物均为氧气。(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a为负极，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，使用空气代替氧气，空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；通过质子交换膜能够使质子通过。(4)根据图示，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动，CO向电极a移动，电极b为正极，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。

Ⅱ.肼—双氧水燃料电池中正极发生还原反应，正极反应式为2H2O2＋4e－===4OH－，电池工作过程中，A极为负极，总反应为N2H4＋2H2O2===N2＋4H2O，用总反应方程式减正极反应式得到负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，负极区溶液的pH逐渐减小。

[答案]　Ⅰ.(1)氧气

(2)C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O　空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH

(3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　H＋

(4)a　O2＋2CO2＋4e－===2CO

Ⅱ.H2O2＋2e－===2OH－　减小