选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池练习题

这是一份选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池练习题，共9页。
1．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如下。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液pH保持不变
解析：选D 该电池的电解质溶液为KOH溶液，电池工作时负极发生的反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极发生的反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2OH－＋2Ag，OH－数目不变，但水被消耗，溶液pH升高。
2．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为硫酸，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是( )
A．Pb为正极被氧化
B．溶液的pH不断减小
C．SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 只向PbO2处移动
D．溶液的pH不断增大
解析：选D 由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，A错误；由题给电极反应可以看出硫酸不断被消耗，故pH不断增大，B错误，D正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，阴离子(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 和OH－)移向Pb极，C错误。
3．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列关于以上各装置的说法不正确的是( )
A．甲：Fe棒为负极，电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
B．乙：正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C．丙：锌筒做负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后硫酸铅沉淀在电极板上，溶液酸性减弱，导电能力下降
解析：选A 在铜、铁原电池中，Fe为负极，发生氧化反应，失去电子变为Fe2＋，A错误；在氢氧燃料电池中，通入氧气的电极为正极，由于电解质溶液为酸性，因此正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B正确；在锌锰干电池中，由于活动性：Zn＞C，所以Zn为负极，失去电子，发生氧化反应变为Zn2＋，所以随着电池的使用，锌筒不断被消耗而逐渐变薄，C正确；在铅蓄电池中，负极上Pb失去电子变为Pb2＋，与溶液中的SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 结合形成PbSO4，在正极上发生反应：PbO2＋4H＋＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2e－===PbSO4＋2H2O，因此使用一段时间后，随着反应的不断进行，硫酸铅沉淀在电极板上，溶液中H2SO4的浓度降低，溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。
4．现有二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，其原理如图所示。下列说法不正确的是( )
注：质子指H＋，质子交换膜仅允许H＋通过。
A．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极
C．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋
D．该电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合
解析：选A 酸性条件下，氧气得电子生成水，则Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故A错误；放电时，质子向正极移动，Pt1电极为负极，Pt2电极为正极，则该电池工作时质子从Pt1电极经过内电路流到Pt2电极，故B正确；Pt1电极通入SO2和H2O，SO2在负极失电子生成SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，则Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H＋，故C正确；二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池，吸收了空气中的二氧化硫，起到了环保的作用，产物中有硫酸，而且能发电，实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，故D正确。
5．“绿水青山就是金山银山”，当前氮的氧化物的污染日趋严重，某企业根据处理该污染物的原理设计的燃料电池如图所示。在处理过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法不正确的是( )
A.该电池放电时电子流动的方向：石墨Ⅰ电极→负载→石墨Ⅱ电极→熔融NaNO3→石墨Ⅰ电极
B．石墨Ⅱ附近发生的反应：O2＋4e－＋2N2O5===4NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
C．O2在石墨Ⅱ附近发生还原反应，Y为N2O5
D．相同条件下，放电过程中消耗的NO2和O2的体积比为4∶1
解析：选A 电子流动的方向：石墨Ⅰ电极→负载→石墨Ⅱ电极，A项错误；石墨Ⅱ是正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2N2O5===4NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，B项正确；石墨Ⅱ电极上通入氧气，发生还原反应，负极的NO2被氧化，N元素化合价升高，Y应是N2O5，C项正确；电极反应分别为NO2＋NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) －e－===N2O5，O2＋2N2O5＋4e－===4NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ，根据电子转移数守恒可知，放电过程中消耗的NO2和O2在相同条件下的体积比为4∶1，D项正确。
6．我国科学家研制了一种新型的高比能量锌­碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是( )
A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重0.65 g，溶液中有0.02 ml I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
解析：选D 根据题图，左侧a电极发生反应I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，是还原反应，右侧b电极发生反应Zn－2e－===Zn2＋，可以得出放电时总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。A正确，放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－；B正确，放电时，由总反应可知离子数目增大；C正确，充电时，b电极每增重0.65 g，被还原的Zn2＋的物质的量为0.01 ml，则消耗0.02 ml I－；D错误，a电极是电池正极，充电时，应接外电源正极。
7．可用于检测CO的某气敏传感器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．工作过程中化学能转化为电能
B．工作一段时间后溶液的pH几乎不变
C．电极Ⅰ上发生反应：CO－2e－＋H2O===CO2＋2H＋
D．电极Ⅱ上发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选D 该装置属于原电池装置，工作过程中化学能转化为电能，A项正确；电池的总反应为2CO＋O2===2CO2，工作一段时间后溶液的pH几乎不变，B项正确；由图可知，CO在负极上失去电子生成二氧化碳，电极反应为CO－2e－＋H2O===CO2＋2H＋，C项正确；氧气在正极上得电子，电极Ⅱ为正极，酸性环境中其电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误。
8．Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。如图所示该电池以海水为电解质溶液。该电池工作时，下列说法正确的是( )
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生还原反应
C．石墨电极附近溶液的pH减小
D．溶液中Cl－向正极移动
解析：选B 根据原电池的装置特征，知镁电极为负极，A错误；H2O2为氧化剂，在石墨电极上被还原为OH－，发生的电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，则石墨电极附近溶液的pH增大，B正确，C错误；在原电池中，阴离子移向负极，D错误。
9．锌—空气电池的电容量大，可作为汽车的清洁能源。总反应为2Zn＋O2＋2H2O===2Zn(OH)2。其工作原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池可以用稀硫酸做电解质溶液
B．电池工作时，电子由b电极沿导线流向a电极
C．空气扩散电极上的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．阻隔空气进入锌—空气电池，电池停止工作
解析：选A 由电极产物Zn(OH)2可知，电解质溶液呈碱性，A项错误；由总反应可知，Zn元素化合价升高失电子做负极，电子从b到a极，B项正确；碱性燃料电池正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项正确；阻止空气进入后，正极反应物氧气不足，反应停止，D项正确。
10．美国斯坦福大学的工程师设计出一种从污水“提取”潜在电能的新型微生物电池，该电池能将生活污水中的有机物分解同时发电，电池结构如图所示。已知a电极为惰性材料，b电极为Ag2O。下列说法不正确的是( )
A．a电极是负极，b电极是正极
B．b电极发生的反应是Ag2O＋2e－＋2H＋===2Ag＋H2O
C．a电极每生成标准状况下2.24 L CO2，可向b电极转移0.1 ml电子
D．高温条件下，该电池不能正常工作
解析：选C 根据题图中电子流动方向，可判断a电极是负极，b电极是正极，故A正确；b电极是正极，Ag2O得到电子发生还原反应，电极反应为Ag2O＋2e－＋2H＋===2Ag＋H2O，故B正确；a电极发生反应的有机基质是什么物质未说明，故电子转移的数目无法确定，故C错误；高温条件下，微生物会死亡，导致电池无法正常工作，故D正确。
11．科学家近年发明了一种新型Zn­CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4))
B．放电时，1 ml CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 ml
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
解析：选D 由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4，HCOOH中C的化合价为＋2，1 ml CO2转化为1 ml HCOOH，转移2 ml电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH) eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢氧根离子浓度降低，D项错误。
12．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂做电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(就是H＋)和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：
(1)该装置的能量转化形式为______________。
(2)Pt(a)电极是电池_____(填“正”或“负”)极。
(3)电解液中的H＋向_________(填“a”或“b”)极移动。
(4)如果该电池工作时消耗1 ml CH3OH，则电路中通过____ ml电子。
(5)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：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是_________________________。
解析：(1)该装置为原电池，其能量转化形式是化学能转化为电能。
(2)Pt(a)电极通入甲醇，甲醇失电子发生氧化反应，是电池负极。
(3)燃料电池中，通入燃料的电极Pt(a)为负极，负极上甲醇失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt(b)为正极，氧气得到电子与H＋结合生成H2O，电解液中的H＋向正极移动，即向b电极移动。
(4)通入燃料的电极为负极，负极上甲醇失电子发生氧化反应，电极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋，根据转移电子数守恒，该电池工作时消耗1 ml CH3OH，则电路中通过6 ml电子。
(5)燃料电池的能量转化率高，甲醇反应的产物为CO2和H2O，对环境无污染。
答案：(1)化学能转化为电能 (2)负 (3)b (4)6 (5)对环境无污染
13．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)甲烷燃料电池(NaOH溶液做电解质溶液)的负极反应为________________________________________________________________________，
正极反应为________________________________________________________________________，
放电过程中溶液的pH__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示：
①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。
②正极反应为___________________________________________________。
负极反应为___________________________________________________。
③放电过程中，H＋由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。
④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_______ L。
⑤该电池________(填“能”或“不能”)在高温下工作。
(3)CO为无色无味有毒气体，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答：
①a极电极反应为_____________________________________________________。
②工作时，O2－由电极________向电极________移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极________通过传感器流向电极________。
解析：(1)负极为CH4，失电子被氧化，在碱性条件下转化为CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，故负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O；正极O2得电子，在碱性条件下生成OH－，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋3H2O；随着放电反应的进行，OH－不断被消耗，pH减小。(2)①O2→H2O发生还原反应，故A为燃料电池的正极，B为燃料电池的负极。②由于电解质中含有H＋，故正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。③放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。④葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，可得关系式：1 ml O2～1 ml CO2，即每消耗1 ml O2，理论上生成标准状况下22.4 L CO2气体。⑤由于高温下微生物蛋白质发生变性，故该电池不能在高温下工作。(3)①根据元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。②工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。
答案：(1)CH4＋10OH－－8e－===CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋7H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 减小
(2)①正 ②O2＋4H＋＋4e－===2H2O C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ ③负 正 ④22.4 ⑤不能
(3)①CO＋O2－－2e－===CO2 ②b a a b