人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第2课时测试题

第2课时　化学电源

基础巩固

1.下列关于化学电源的叙述错误的是(　　)。

A.普通锌锰电池中石墨棒为正极

B.铅蓄电池中覆盖着PbO2的电极板是负极板

C.氢氧燃料电池的正极是通入氧气的电极

D.碱性锌锰电池的比能量和储存时间比普通锌锰电池高

答案:B

解析:铅蓄电池中覆盖着PbO2的电极板为正极板,Pb板为负极板,B项错误。

2.茫茫黑夜中,航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt-Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中(　　)。

①铝合金是阴极　②铝合金是负极　③海水是电解质溶液　④铝合金电极发生还原反应

A.②③ B.②④

C.①② D.①④

答案:A

解析:海水电池,电极名称为正极和负极,相对活泼的铝合金作负极,发生氧化反应,海水是电解质溶液。

3.环境友好型铝碘电池已研制成功,电解质溶液为AlI3溶液,已知电池总反应为2Al+3I22AlI3。下列说法不正确的是(　　)。

A.该电池负极的电极反应为Al-3e-Al3+

B.该电池的正极材料不能是镁

C.消耗相同质量金属,用锂作负极时,产生电子的物质的量比铝多

D.该电池的正极材料是碘

答案:D

解析:由总反应式知A项正确;由镁比铝活泼及镁也能与I2反应知B项正确;转移1mol 电子消耗锂、铝的质量分别为7g、9g,C项正确;碘不是导体,故不能作电极材料,D项错误。

4.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+MnO2LiMnO2。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.电池放电时,正极发生氧化反应

D.电池放电时,产生高锰酸根离子

答案:B

解析:根据锂电池的总反应式可知,Li作负极,发生氧化反应生成Li+;MnO2作正极,发生还原反应,生成Mn而不是高锰酸根离子Mn,A项、C项、D项错误,B项正确。

5.氢氧燃料电池的电池反应为2H2+O22H2O,电解质溶液为KOH溶液,反应保持在较高温度,使H2O蒸发。下列叙述正确的是(　　)。

A.电池能发出蓝色火焰

B.H2为正极,O2为负极

C.正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

D.正极反应为2H2+4OH--4e-4H2O

答案:C

解析:因为是燃料电池,不可能有火焰,A项错误;由电池反应知,H2为负极,O2为正极,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,所以B、D两项错误,C项正确。

6.一种燃料电池中发生的化学反应是:在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳,则该电池负极发生的反应是(　　)。

A.CH3OH+O2-2e-H2O+CO2+2H+

B.O2+4H++4e-2H2O

C.CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+

D.O2+2H2O+4e-4OH-

答案:C

解析:燃料电池中燃料在负极上失去电子发生氧化反应。A项,甲醇是燃料,氧气是助燃性气体,A项反应中既有氧化剂又有还原剂;B项反应为氧气在酸性环境中得到电子发生的还原反应,是电池正极发生的反应;C项,甲醇作负极失去电子,在酸性环境中生成二氧化碳和氢离子;D项反应为氧气在碱性(或中性)环境中得到电子发生的还原反应,本题选C。

7.有人设计出利用CH4和O2反应,用铂电极在KOH溶液中构成的原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧。下列说法中正确的是(　　)。

①每消耗1 mol CH4可以向外电路提供8 mol电子　②负极上CH4失去电子,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O　③负极上是O2获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-　④电池放电时,溶液pH不断升高

A.①② B.①③ C.①④ D.③④

答案:A

解析:CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应,生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3,电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O,1molCH4参加反应有8mol电子发生转移,O2在正极上发生反应,获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。虽然正极产生OH-,负极消耗OH-,但从总反应CH4+2O2+2KOHK2CO3+3H2O可看出是消耗KOH,所以电池放电时溶液的pH不断下降,故①②正确,③④错误。

8.一种由甲醇、氧气和强碱溶液(作电解质)组成的新型手机电池,可持续使用一个月,其电池总反应式为2CH3OH+3O2+4OH-2C+6H2O,则有关说法正确的是(　　)。

A.放电时CH3OH参与反应的电极为正极

B.放电时负极的电极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O

C.标准状况下,通入5.6 L O2并完全反应后,有0.5 mol电子转移

D.放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的pH降低

答案:B

解析:该原电池负极电极反应式为2CH3OH+16OH--12e-2C+12H2O,正极反应式为3O2+6H2O+12e-12OH-,A、D项错误,B项正确;C项应有1mol电子转移,C项错误。

9.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

答案:A

解析: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0.1mol电子,Fe3+的物质的量减少0.1mol,不知道溶液体积,无法得出浓度的变化,D项错误。

10.空间实验室“天宫一号”的供电系统中使用了再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是(　　)。

A.当有0.1 mol电子转移时,a极产生标准状况下1.12 L O2

B.b极上发生的电极反应是4H2O+4e-2H2↑+4OH-

C.c极上发生还原反应,B中的H+可以通过隔膜进入A

D.d极上发生的电极反应是O2+4H++4e-2H2O

答案:C

解析:由题图可知a为阴极、b为阳极、气体X为H2、气体Y为O2、c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A、B、D项错误;在原电池中阳离子移向正极,C项正确。

11.铅酸蓄电池是常用的化学电源,其电极材料分别是Pb和PbO2,电解质溶液为稀硫酸,该电池工作时发生的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。试回答下列问题。

(1)铅酸蓄电池的负极材料是　　　　　,正极反应为　　　　　　　　。 

(2)电池工作时, 溶液中S移向　　　极。 

(3)电池工作时,电解质溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(4)若有1 mol电子从某电极流出,则参加反应的H2SO4是　　　 mol,负极的质量变化是　　　(填“增大”或“减小”)　　 g。 

答案:(1)Pb　PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O

(2)负　(3)增大　(4)1　增大　48

解析:(1)蓄电池放电时是原电池。根据电池总反应及原电池原理,负极发生氧化反应,Pb为负极;正极PbO2发生还原反应,正极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O。(2)原电池工作时,溶液中阴离子移向负极。(3)从电池总反应可知H2SO4参加反应,且生成H2O,所以溶液pH增大。(4)根据总反应式,若从负极流出1mol电子,参加反应的H2SO4是1mol,负极有0.5molPb转化为PbSO4,负极增大质量即为0.5molS的质量,即48g。

能力提升

1.镍氢电池是近年开发出来的可充电电池,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是H2+NiO(OH)Ni(OH)2。根据此反应式判断,下列叙述正确的是(　　)。

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,镍元素被氧化

C.电池放电时,氢元素被还原

D.电池放电时,氢气是负极反应物

答案:D

解析:充电电池在放电时是一个电源(原电池),在电池的总反应式中从左到右是放电,根据发生氧化反应的是负极,发生还原反应的是正极,所以D正确,B、C错误;而H2作为电池的负极发生的反应是H2+2OH--2e-2H2O,溶液中应该是OH-浓度减小,所以A错误。

2.质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料,空气为氧化剂,铂作催化剂,导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述中不正确的是(　　)。

A.正极反应为O2+4H++4e-2H2O

B.负极反应为2H2-4e-4H+

C.总的化学反应为2H2+O22H2O

D.氢离子通过电解质溶液向正极移动

答案:C

解析:燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的,C项错误。

3.下面是四种燃料电池工作原理示意图,其中正极反应生成水的是(　　)。

答案:C

解析:A项,正极反应生成O2-;B项,正极反应生成OH-;C项,正极反应生成H2O;D项,正极反应生成C。

4.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH+H2O-4e-CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是(　　)。

A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动

B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气

C.电池反应的化学方程式为

CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O

D.正极上发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-

答案:C

解析:原电池中阳离子向正极移动,A项错误;酸性溶液中,正极电极反应为O2+4H++4e-2H2O,D项错误;转移0.4mol电子时,消耗O20.1mol,即标准状况下为2.24L,B项错误;正极反应式与负极反应式相加可得电池总反应为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O,C项正确。

5.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是(　　)。

A.放电时负极反应为3Zn+6OH--6e-3Zn(OH)2

B.放电时正极反应为2Fe+8H2O+6e-2Fe(OH)3+10OH-

C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

答案:C

解析:放电时,该电池为原电池,根据总反应式可知,锌失去电子作负极,发生氧化反应,生成氢氧化锌,高铁酸根离子得到电子作正极,发生还原反应,生成氢氧化铁,A、B两项正确;放电时每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被还原,C项错误;根据正极的电极反应式可知,放电过程中正极附近溶液中氢氧根离子的浓度增大,则其碱性增强,D项正确。

6.(1)锂水电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为电解质,加入水即可放电,总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。

①锂水电池放电时,OH-向　　　极移动。  

②写出该电池放电时正极的电极反应:　　　　　　　　　　　　　。 

(2)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料,其负极反应为　　　　　　　　　　。 

(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和石墨,电解质溶液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2。

①电池的负极材料为　　　　,发生的电极反应为　　　　　　　　。 

②电池正极发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　。 

③组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是　　　　　　　　　 　。 

解析:(1)OH-是阴离子,一定向负极移动。正极是H2O中的H+得电子放出H2,所以正极电极反应是2H2O+2e-2OH-+H2↑。

(2)负极失电子,化合价升高,SO2S,故负极电极反应为SO2+2H2O-2e-S+4H+。

(3)分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。①负极材料为Li(还原剂),Li-e-Li+。②正极反应式可由总反应减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。③因为构成电池的电极材料Li能与氧气、水反应,且SOCl2也与水反应,故组装该电池必须在无水、无氧条件下进行。

答案:(1)①负　②2H2O+2e-2OH-+H2↑

(2)SO2+2H2O-2e-S+4H+

(3)①Li　Li-e-Li+

②2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑

③构成电池的电极材料Li能与氧气、水反应,且SOCl2也与水反应

7.(1)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,在海水中电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl,则“水”电池在放电时:

①该电池的负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　; 

②Na+不断向“水”电池的　　　　极移动; 

③每有1 mol电子转移,生成　　　 mol Na2Mn5O10。 

(2)下图为钠高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是　　　　　　　　　　　　　。与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极物质时,钠高能电池的理论放电量是铅蓄电池的　　倍。 

答案:(1)①Ag+Cl--e-AgCl　②正　③0.5

(2)xS+2e-(或2Na++xS+2e-Na2Sx)　导电和隔离钠与硫　4.5

解析:(1)①根据电池总反应可判断出Ag为该电池的负极,电极反应式为Ag+Cl--e-AgCl。②在原电池中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,故Na+移向正极。③根据电池总反应和得失电子守恒知,生成1molNa2Mn5O10的同时生成2molAgCl,转移2mol电子,故每有1mol电子转移,生成0.5molNa2Mn5O10。(2)正极的电极反应式为xS+2e-,M的作用一是导电,二是因钠与硫易反应,故它起到隔离作用。钠高能电池中负极为钠,消耗46g钠转移2mol电子,铅蓄电池的电池反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,铅蓄电池中铅是负极,消耗207g铅时转移2mol电子,故钠高能电池的理论放电量是铅蓄电池的=4.5(倍)。

8.利用“Na-CO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池,以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,放电过程反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2,其工作原理如图所示。

(1)放电时,正极的电极反应式为　　　　　　。 

(2)若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面,当转移0.2 mol e-时,两极的质量差为　　　　　　 g。 

(3)选用高氯酸钠-四甘醇二甲醚作电解质溶液的优点是　　　　　　　　　　　　　　　(至少写两点)。 

答案:(1)3CO2+4Na++4e-2Na2CO3+C

(2)15.8

(3)导电性好、与金属钠不反应、难挥发等

解析:(1)正极CO2得电子发生还原反应,电极反应式为3CO2+4Na++4e-2Na2CO3+C。

(2)正极:3CO2+4Na++4e-2Na2CO3+  C

　　3　      4　　　2　    1

0.15mol 0.2mol0.1mol0.05mol

正极增重m(Na2CO3)+m(C)=0.1mol×106g·mol-1+0.05mol×12g·mol-1=11.2g。

负极:4Na-4e-4Na+,转移0.2mole-时,消耗0.2molNa,负极减少质量为4.6g。

两极的质量差为11.2g+4.6g=15.8g。

(3)高氯酸钠-四甘醇二甲醚导电性好,与金属钠不反应、难挥发。