2019-2020年高中化學(xué) 4.2化學(xué)電源練習(xí) 新人教版選修4.doc

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2019-2020年高中化學(xué) 4.2化學(xué)電源練習(xí) 新人教版選修4 1.電池是人類(lèi)生產(chǎn)和生活中的重要能量來(lái)源,各式各樣電池的發(fā)展是化學(xué)對(duì)人類(lèi)的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是(　　) A.原電池反應(yīng)均是自發(fā)的氧化還原反應(yīng) B.氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在正極被氧化 C.氫氧燃料電池是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 D.鉛蓄電池在放電過(guò)程中,負(fù)極質(zhì)量減小,正極質(zhì)量增加 解析:原電池反應(yīng)中的能量變化是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,必須是自發(fā)的氧化還原反應(yīng),A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;氫氧燃料電池中,H2發(fā)生氧化反應(yīng),在負(fù)極被氧化,B項(xiàng)錯(cuò)誤;鉛蓄電池放電過(guò)程中總反應(yīng)為Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),生成物PbSO4附著在兩電極上使正、負(fù)極質(zhì)量增加,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:A 2.廢電池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程。其首要原因是(　　) A.為了利用電池外殼的金屬材料 B.防止汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染 C.不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D.回收其中的石墨電極 解析:廢電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子能對(duì)土壤和水源造成污染,必須進(jìn)行集中處理。 答案:B 3.下列有關(guān)鋅錳干電池的說(shuō)法中正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.鋅外殼是負(fù)極,石墨棒是正極材料 B.在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼 C.電流從鋅流到石墨棒上 D.在電池內(nèi)部陽(yáng)離子從石墨棒向鋅片移動(dòng) 解析:在鋅錳干電池中,鋅外殼是負(fù)極,石墨棒是正極,在外電路中電子從鋅外殼流向石墨棒,電流的方向與電子的流向相反,電池內(nèi)部,陽(yáng)離子向正極石墨棒移動(dòng),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 答案:A 4.鋰電池是一種新型高能電池,它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視,目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為L(zhǎng)i+MnO2LiMnO2,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.Li是正極,電極反應(yīng)為L(zhǎng)i-e-Li+ B.Li是負(fù)極,電極反應(yīng)為L(zhǎng)i-e-Li+ C.MnO2是負(fù)極,電極反應(yīng)為MnO2+e-Mn D.Li是負(fù)極,電極反應(yīng)為L(zhǎng)i-2e-Li2+ 解析:由總反應(yīng)O2O2可知,鋰元素在反應(yīng)后化合價(jià)升高(0→+1),錳元素在反應(yīng)后化合價(jià)降低(+4→+3)。Li被氧化,在電池中作負(fù)極,電極反應(yīng)為L(zhǎng)i-e-Li+,MnO2在正極上反應(yīng),電極反應(yīng)為MnO2+e-Mn。 答案:B 5.在堿性鋅錳干電池中,已知?dú)溲趸洖殡娊赓|(zhì),發(fā)生的電池總反應(yīng)為Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列該電池的電極反應(yīng),正確的是(　　) A.負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-Zn2+ B.負(fù)極反應(yīng)為Zn+2H2O-2e-Zn(OH)2+2H+ C.正極反應(yīng)為2MnO2+2H++2e-2MnOOH D.正極反應(yīng)為2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH- 解析:在書(shū)寫(xiě)堿性電池的電極反應(yīng)式時(shí),電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)H+。在堿性電池中,負(fù)極Zn失去電子形成的Zn2+應(yīng)該與OH-結(jié)合生成Zn(OH)2。 答案:D 6.乙醇燃料電池中采用磺酸類(lèi)質(zhì)子溶劑,在200 ℃左右時(shí)供電,電池總反應(yīng)式為C2H5OH+3O22CO2+3H2O,電池示意圖如下,下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.電池工作時(shí),質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移 B.電池工作時(shí),電流由b極沿導(dǎo)線流向a極 C.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5OH+3H2O+12e-2CO2+12H+ D.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O+O2+4e-4OH- 解析:通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng);通入氧氣的一極(b極)為正極,發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí),陽(yáng)離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移,選項(xiàng)A不正確;電流方向與電子流向相反,電流由b極沿導(dǎo)線流向a極,選項(xiàng)B正確;a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化,所以選項(xiàng)C不正確;因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷?lèi)質(zhì)子溶劑,所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH-,選項(xiàng)D不正確。 答案:B 7.一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀,負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A.檢測(cè)時(shí),電解質(zhì)溶液中的H+向負(fù)極移動(dòng) B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣 C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O D.正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4e-+2H2O4OH- 解析:A項(xiàng),檢測(cè)時(shí),電解質(zhì)溶液中的H+移向正極;B項(xiàng),若反應(yīng)中有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗的O2體積為2.24 L;D項(xiàng),電解質(zhì)溶液呈酸性,正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4H++4e-2H2O。 答案:C 8.Mg-AgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池,電池反應(yīng)方程式為2AgCl+MgMg2++2Ag+2Cl-。有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是(　　) A.Mg為電池的正極 B.負(fù)極反應(yīng)為AgCl+e-Ag+Cl- C.不能被KCl溶液激活 D.可用于海上應(yīng)急照明供電 解析:由電池總反應(yīng)知Mg為負(fù)極,電極反應(yīng)為Mg-2e-Mg2+,正極反應(yīng)為AgCl+e-Ag+Cl-。海水中含大量電解質(zhì),所以可以被KCl溶液激活。可用于海上應(yīng)急照明供電。 答案:D 9.鎘鎳可充電電池在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用,它的充、放電反應(yīng)如下: Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)上述反應(yīng)式中左邊物質(zhì)的總能量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)右邊物質(zhì)的總能量。 (2)放電時(shí)負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是　　　　,正極的電極反應(yīng)式為　。 (3)鎘鎳廢舊電池必須進(jìn)行回收并集中處理,最主要的原因是　。 解析:(1)原電池放電時(shí)對(duì)外釋放能量,故反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量。(2)分析元素化合價(jià)的變化,推知該電池放電時(shí)Cd失電子,作電池的負(fù)極,NiOOH得到電子,作正極,正極電極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-。(3)鎘鎳廢舊電池中殘留Cd2+、Ni2+等重金屬離子易對(duì)土壤和水源造成污染。 答案:(1)大于 (2)Cd　NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH- (3)防止廢舊電池中殘留的鎳、鎘離子污染土壤和水源 10.(1)Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛,其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。該電池的負(fù)極材料是　　　　　。電池工作時(shí),電子流向　　　　(填“正極”或“負(fù)極”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,會(huì)加速某電極的腐蝕,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)如圖為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖,該電池的工作溫度為320 ℃左右,電池反應(yīng)為2Na+xSNa2Sx,正極的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　。M(由Na2O和Al2O3制得)的兩個(gè)作用是　　　　　　　　　　　　　　　　。與鉛蓄電池相比,當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí),鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的　　　　倍。 解析:(1)負(fù)極是失電子的一極,Zn所失電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極。鋅與還原出來(lái)的銅構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕。(2)正極上是S得到電子發(fā)生還原反應(yīng):xS+2e-;要形成閉合回路,M必須是能使離子在其中定向移動(dòng)的,故M的兩個(gè)作用是導(dǎo)電和隔膜;假設(shè)消耗的質(zhì)量都是207 g,則鉛蓄電池能提供的電子為2 mol,而鈉硫電池提供的電子為 mol,故鈉硫電池的放電量是鉛蓄電池的4.5倍。 答案:(1)Zn(或鋅)　正極　鋅與還原出來(lái)的銅構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕 (2)xS+2e-　離子導(dǎo)電(導(dǎo)電或電解質(zhì))和隔離鈉與硫　4.5 B組 1.以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是(　　) A.該電池能夠在高溫下工作 B.電池的負(fù)極反應(yīng)為:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+ C.放電過(guò)程中,H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移 D.在電池反應(yīng)中,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 L 解析:微生物主要成分是蛋白質(zhì),高溫條件下蛋白質(zhì)變性,失去活性,A不正確。通入燃料C6H12O6的極為負(fù)極,負(fù)極反應(yīng)為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+(能放出CO2,應(yīng)該是酸性,所以右邊寫(xiě)H+。不能在左邊加OH-、右邊寫(xiě)H2O),B項(xiàng)正確。正極反應(yīng)為6O2+24H++24e-12H2O,從兩極反應(yīng)可知:負(fù)極生成H+,正極消耗H+,即通過(guò)質(zhì)子交換膜從負(fù)極到正極傳導(dǎo)H+,選項(xiàng)C不正確。從總反應(yīng)C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧氣,理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:B 2.如圖是某公司批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的構(gòu)造示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H+)和電子,電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)。該電池總反應(yīng)式為2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A.右邊的電極為電池的負(fù)極,b處通入的是空氣 B.左邊的電極為電池的負(fù)極,a處通入的是甲醇 C.電池負(fù)極的反應(yīng)式為2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+ D.電池正極的反應(yīng)式為3O2+12H++12e-6H2O 解析:在電解質(zhì)溶液中,陽(yáng)離子從負(fù)極移向正極。從質(zhì)子通過(guò)的方向可知,a處通入的為甲醇,為原電池的負(fù)極;b處通入的為空氣,為原電池的正極。 答案:A 3.可用于電動(dòng)汽車(chē)的鋁—空氣燃料電池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液,鋁合金為負(fù)極,通入空氣的電極為正極。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí),正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-4OH- B.以NaOH溶液為電解液時(shí),負(fù)極反應(yīng)為:Al+3OH--3e-Al(OH)3↓ C.以NaOH溶液為電解液時(shí),電池在工作過(guò)程中電解液的pH保持不變 D.電池工作時(shí),電子通過(guò)外電路從正極流向負(fù)極 解析:正極O2得電子,溶液顯堿性或中性時(shí),正極反應(yīng)都為O2+2H2O+4e-4OH-,A正確。鋁作負(fù)極,鋁失電子,中性溶液(NaCl)中的負(fù)極反應(yīng)為Al-3e-Al3+,堿性溶液(NaOH)中的負(fù)極反應(yīng)為Al+4OH--3e-Al+2H2O,B不正確。在堿性時(shí),總的電池反應(yīng)式為4Al+3O2+4OH-4Al+2H2O,溶液pH降低,C項(xiàng)錯(cuò)。電池工作時(shí),電子從負(fù)極流向正極,D項(xiàng)錯(cuò)。 答案:A 4.Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳,電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題: (1)電池的負(fù)極材料為　　　　,發(fā)生的電極反應(yīng)為 　。 (2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為 　。 (3)SOCl2易揮發(fā),實(shí)驗(yàn)室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是　　　　　　　　　　　　　　　　,反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 　。 (4)組裝該電池必須在無(wú)水、無(wú)氧的條件下進(jìn)行,原因是 　。 解析:(1)分析反應(yīng)的化合價(jià)變化,可得Li為還原劑(作負(fù)極),失電子:Li-e-Li+。 (2)SOCl2為氧化劑,得電子,從題給電池反應(yīng)可推出產(chǎn)物:Cl-、S、SO2(或用總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng))。 (3)題中已給出信息:堿液吸收時(shí)的產(chǎn)物是Na2SO3和NaCl,則沒(méi)有堿液吸收時(shí)的產(chǎn)物應(yīng)為SO2和HCl,進(jìn)而推出現(xiàn)象。 答案:(1)Li　Li-e-Li+ (2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑ (3)出現(xiàn)白霧,有刺激性氣味氣體生成　SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑ (4)構(gòu)成電池的主要成分Li能與氧氣、水反應(yīng),SOCl2也與水反應(yīng) 5.氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉,鉑吸附氣體的能力強(qiáng),性質(zhì)穩(wěn)定。請(qǐng)回答: (1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是　　　　,在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)椤　　　?用a、b表示)。 (2)負(fù)極反應(yīng)式為　。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)椤　? (4)該電池工作時(shí),H2和O2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此,大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料,吸氫和放氫原理如下: Ⅰ.2Li+H22LiH Ⅱ.LiH+H2OLiOH+H2↑ ①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是　　　　,反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是　　　　。 ②已知LiH固體密度為0.82 gcm-3,用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2,生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為　　　　。 ③由②生成的LiH與H2O作用,放出的H2用作電池燃料,若能量轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為　　　　mol。 解析:(1)原電池的實(shí)質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置;在原電池中,電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極,而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極,故電子由a流向b。(2)H2在負(fù)極上失電子,因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液,故負(fù)極反應(yīng)式為2H2+4OH--4e-4H2O。(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),從而增大電極反應(yīng)速率。(4)①LiH中Li為+1價(jià),H為-1價(jià),故反應(yīng)Ⅰ中Li是還原劑,反應(yīng)Ⅱ中H2O是氧化劑。②由反應(yīng)Ⅰ可知吸收10 mol H2時(shí),生成20 mol LiH,則生成的LiH的體積是V(LiH)=10-3 Lcm-3=0.195 L,則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積之比為=8.7110-4。由②20 mol LiH與H2O反應(yīng)可生成20 mol H2,實(shí)際參與反應(yīng)的H2為20 mol80%=16 mol,則通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為16 mol2=32 mol。 答案:(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2+4OH--4e-4H2O(或H2+2OH--2e-2H2O) (3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù),加快電極反應(yīng)速率 (4)①Li　H2O　②8.7110-4?、?2