【中学教材全解】2013-2014学年高中化学人教版选修四同步测试题：第四章 第二节 化学电源（含答案解析）

第四章 第二节 化学电源
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
100分
一、选择题（每小题9分，共54分）
1.如下图所示，钠-硫电池是当前开发的一种高性能可充电电池，它所贮存的能量为常用铅蓄电池的5倍（按相同质量计），电池反应为2Na(l)+(l)。下列说法不正确的是（ ）
A.外室熔融硫中添加石墨粉主要是为了增强导电性
B.放电时向正极移动
C.充电时阳极反应式为═
D.用该电池电解饱和食盐水时阴极产物只有
2.下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（ ）
A.该系统中只存在3种形式的能量转化
B.装置Y中负极的电极反应式为═
C.装置X能实现燃料电池的燃料和再生氧
化剂
D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
3.下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中，锌电极是负极
4.市场上经常见到的标记为Li-ion的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传导Li+的高分子材料。这种锂离子电池的总应式为Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。下列说法不正确的是（ ）
A.放电时，负极的电极反应式：Li-e-=Li+
B.充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应
C.该电池不能用水溶液作为电解质
D.放电过程中Li+向负极移动
5.原电池的反应原理是（ ）
A.储存电能
B.氧化还原反应
C.化合价升降
D.化学能转化为热能
6.下列各种变化属于原电池反应的是（ ）
A.红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层
B.镀锌铁皮有划痕，仍然能阻止铁被氧化
C.在空气中铝表面迅速氧化形成保护层
D.锌与稀硫酸反应时，加入醋酸钠溶液反应
减慢
二、填空题（本题包括5小题，共46分）
7.（6分）某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、石墨
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2中Al所作的电极是否相同？
答：__________________________。
（2）写出实验3中的电极反应式。
铝为（ ）__________________________。
石墨为（ ）__________________________。
（3）实验4中的铝作正极还是负极？写出电池总反应方程式:
答：__________________________________
_____________________________________。
（4）解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：
答：__________________________________。
（5）根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受哪些因素的影响？
答：_________________________________。
8.（8分）Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
（1）该电池的负极材料是___________。电池工作时，电子流向___________（填“正极”或“负极”）。
（2）若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是___________。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________（填代号）。
a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3·H2O
（3）MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是______________________。若电解电路中通过2 mol电子，MnO2的理论产量为___________。
9.（12分）为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液；直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器（用品），以巧妙的构思，“接力”的方式，设计了比较铜与锌金属活泼性相对强弱的一系列实验。试填写下列空白：
（1）甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部（铜、锌不接触），小心地向烧杯中加入稀硫酸，观察到的现象是________________。甲同学的设计思路是____________________。
（2）乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加______________ 溶液，进而观察到的现象是__________________________________________________________________________________________，____________。乙同学判断出锌、铜金属活动性相对强弱所依据的原理是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
（3）丙同学使用直流电源和石墨电极组装电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂（作电解液）。反应在调控下开始，有关电化学反应的化学方程式为_____________。获得的明显实验现象是___________________。
（4）请你再单独设计一个简单实验（试剂、仪器自选），证实锌和铜金属活动性的相对强弱（简要说明操作步骤及现象）_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
10.（12分）被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔的石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题：
（1）图中通过负载的电子流动方向
为 填（“向左”或“向右”）。
（2）写出氢氧燃料电池工作时电极反应方程式和总反应方程式。
正极： ，
负极： ；
总反应： 。
（3）为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气。写出和O反应生成和CO的化学方程式： 。
（4）若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，正极反应式为 ；负极反应式为 。
11.（8分）肼）又称联氨，是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。
（1）肼的结构式为 。
（2）下图是一个电化学过程示意图。
①铂片上发生的电极反应是 。
②假设使用肼-空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化为128 g，则
肼-空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气 L（假设空气中氧气体积百分含量为20%）。
（3）肼-空气燃料电池是一种碱性燃料电池，生成无污染的物质。电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼-空气燃料电池放电时负极的电极反应是 。


参考答案
1.D 解析：由于硫是绝缘体，故在外室填充石墨粉以保证良好的导电性，A正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B正确；充电时阳极发生氧化反应，C正确；用该电池电解饱和食盐水时，O电离出的在阴极放电产生，同时也生成NaOH，D错。
2.C 解析：A项，该系统中存在太阳能与电能、电能与机械能、化学能与电能、电能与化学能4种形式的能量转化关系，故不正确；B项，装置Y是将化学能转化为电能的燃料电池装置，负极应该是发生氧化反应，故不正确；C项，装置X为电解水产生氢气和氧气，故正确；D项，装置X、Y形成的子系统可以实现物质的零排放，但不可能实现化学能与电能间的完全转化，能量总是有损失的，故不正确。
3.B 解析：A.锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，故A正确；B.铜锌原电池中铜为正极，故电流从铜电极流向锌电极，而电子是由锌电极流向铜电极，故B错；C.电池的实质即是化学能转化成电能，故C正确；D.Zn失去电子生成Zn2+，作负极，故D正确。应选B。
4.D 解析：根据锂离子电池的总反应式：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2可知，放电时，Li的化合价升高，被氧化，为原电池的负极，电极反应式为Li-e-=Li+；充电时，反应逆向进行，反应物只有一种，故化合价既有升，又有降， Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应；由于Li可以与水反应，故电解质应为非水材料；原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
5.B 解析：原电池可将化学能转化为电能，反应原理为氧化还原反应，工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
6.B 解析：A.红热的铁丝与冷水接触，发生Fe与水的化学反应，与电化学无关，故A不选；B.Zn比Fe活泼，构成原电池，Fe作正极，所以Fe被保护，与电化学有关，故选B；C.在空气中铝表面迅速氧化形成保护层是因为Al被氧化为氧化铝，与电化学无关，故C不选；D.锌与稀硫酸反应时，加入醋酸钠溶液生成醋酸，醋酸为弱酸使反应减慢，与电化学无关，故D不选。
7.（1）不同
（2）负极 2Al-6e-2Al3+ 正极 6H++6e-3H2↑
（3）负极 2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al（OH）4]+3H2↑
（4）Al遇浓硝酸发生钝化，发生Zn与浓硝酸的氧化还原反应，Zn作负极，Al作正极，所以电流计指针偏向铝
（5）与另一种材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关
解析：（1）实验1中，氧化还原反应发生在金属镁和稀盐酸之间，失电子的是金属镁，为负极金属，实验2中，氧化还原反应发生在金属铝和稀盐酸之间，失电子的是金属铝，为负极金属，所以实验1、2中Al所作的电极不相同。
（2）Al、石墨、盐酸构成的原电池中，较活泼的金属铝作负极，电极反应式为2Al-6e-2Al3+；石墨电极为正极，电极反应式为6H++6e-3H2↑。
（3）实验4中，金属铝和氢氧化钠可以发生自发的氧化还原反应，失电子的是金属铝，为原电池的负极，自发的氧化还原反应即为电池的总反应。
（4）实验5中Al遇浓硝酸发生钝化，发生Zn与浓硝酸的氧化还原反应，Zn作负极，Al作正极，所以电流计指针偏向铝。
（5）在原电池中，正负极的判断依据：失电子的极是负极，得电子的极是正极；较活泼的金属为负极，不活泼的为正极，根据自发的氧化还原反应来判断正负极是最准确的方法。
8.（1）Zn（或锌） 正极
（2）Zn与Cu2+反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率 b
（3）2H++2e-=H2↑ 87 g
解析:本题考查电化学原理。（1）由原电池原理可知，负极材料是Zn，电池工作时，电子由负极经外电路流向正极。（2）在金属活动性顺序中，Cu排在Zn的后面，Cu2+能将Zn氧化为Zn2+，从而使Zn电极受到腐蚀，利用反应Cu2++ZnCu+Zn2+，可用Zn除去Cu2+，另外几种试剂在除Cu2+时会引入杂质。（3）电解时阴极发生还原反应，溶液中的H+在阴极得电子被还原。由关系式Mn2+MnO22e-可得电路中通过2 mol电子时，MnO2的理论产量为87 g。
9.（1）锌片表面有气泡产生 在金属活动性顺序中，锌排在氢的前面，可与稀硫酸反应，而铜排在氢的后面，不与稀硫酸反应
（2）CuSO4 锌片表面有红色固体产生 锌片表面产生气泡的速率加快 在金属活动性顺序中，锌排在铜的前面，可将铜从其盐溶液中置换出来；锌表面产生的铜与锌构成原电池的两个电极，使锌与稀硫酸的反应速率加快
（3）2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑ 阳极产生无色气体，阴极石墨表面产生红色固体
（4）取两片相同的铁片，分别放入盛有ZnSO4溶液、CuSO4溶液的两支试管中，观察铁片表面的变化，发现盛CuSO4溶液的试管中的铁片表面有红色固体生成，而铁片放入ZnSO4溶液中无明显现象（其他合理答案均可）
解析：根据题目条件和信息可知，甲同学是利用金属活动性顺序的有关知识设计实验证明锌和铜的活泼性；乙同学在甲同学的基础上采用置换反应和电化学原理证明锌和铜的活泼性；由于硫酸铜溶液的加入，锌单质将会与铜离子发生置换反应，产生的铜附着在锌的表面，从而形成原电池，加快了锌与稀硫酸的反应；丙同学采用的是电解法。
10.（1）向右 ═ ═O ═O O═
═ ═O
解析：在负极上被氧化，在正极上被还原，电解质溶液为KOH溶液，在书写电极反应式时不出现，可以出现。写甲烷燃料电池的电极反应式时，甲烷被氧化的产物是，在碱溶液中继续反应生成。
11.（1）
（2）①═Cu ②112
═↑O
解析：本题以联氨为背景考查了原电池及电解池的相关知识。
（1）根据N、H的原子结构特点，可以推断肼的结构式为。
（2）①铂片与电源负极相连，为阴极，在阴极发生还原反应：═Cu。②根据该装置中各电极上通过的电量相等，则电池正极上得电子总数与电解池阳极上Cu失电子总数相等，故)=2n(Cu)，则）=×=1(mol)，则消耗标准状况下空气的体积为5×22.4 L＝112 L。（3）负极为肼放电，且电解质KOH参与反应，电极反应为═↑O。