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化学反应与能量 第二节
化学能与电能第2课时
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限时：45分钟 总分：100分
一、选择题(每小题4分，共48分，每小题有1－2个正确选项)
1．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
2．已知空气－锌电池的电极反应：
锌片：Zn－2OH－－2e－===ZnO＋H2O，
石墨：1/2O2＋H2O＋2e－===2OH－
据此推断锌片是( )
A．负极，被氧化 B．负极，被还原
C．正极，被氧化 D．正极，被还原
3．目前，科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系，下列说法中错误的是( )
A．燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能
B．燃料电池中通入H2的一极作负极，发生氧化反应
C．在此循环中发生了反应：2H2O??2H2↑＋O2↑
D．目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
4.如图为氢氧燃料电池示意图，按此图的提示，下列叙述不正确的是( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
5．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法中不正确的是( )
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
C．工作时，负极区溶液碱性减弱，正极区溶液碱性增强
D．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
6．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，它在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池的说法中，正确的是( )
A．在熔融的电解质中，O2－由负极移向正极
B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为O2＋4e－===2O2－
D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O
7. (多选)有一新型燃料电池，是用两根金属做电极插入KOH溶液中，然后向X极通入CH4，向Y极通入O2，关于此燃料电池的说法错误的是( )
A．通入CH4的X极是负极，通入O2的Y极是正极
B. 放电一段时间后，电解质溶液中KOH的物质的量不变
C．在标准状况下，通入5.6 LO2，完全反应时有1.0 mol电子转移
D．放电时，通入甲烷一极附近的pH升高
8. 碱性电池具有容量大，放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌－锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)
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2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq)
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，锌的质量理论上减少6.5 g
9．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，下列说法不正确的是( )
A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需要换铝板就可以继续使用
10．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( )
答案
1．B 手机用电池是可充电电池，A对。铜锌原电池，Cu为正极，Zn为负极，外电路中电子由负极流向正极，B错。燃料电池将化学能转化为电能，C对。锌锰干电池，Zn为负极，D对。
2．A 依据题给的两极电极反应式，可知：锌片上Zn失电子，化合价升高，发生氧化反应，结合原电池的基本原理可确定：锌作负极、被氧化。
3．C 氢氧燃料电池的负极通入H2，发生氧化反应；正极通入O2，发生还原反应，故B正确。原电池都是将化学能转化为电能的装置，故A正确。推广氢能的关键是寻找合适的催化剂，利用太阳能分解水。
4．B 燃料电池是一种高效、环境友好的具有应用前景的绿色电源，不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在内部的新型发电装置。在燃料电池中，燃料(H2)从负极充入，发生氧化反应，故A、C、D正确。在B中，O2在正极上发生还原反应，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误。
5．D 根据总反应Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2分析化合价变化可知，Zn在负极上失电子，Ag2O在正极上得电子，电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。在负极区，OH－被消耗，溶液碱性减弱，溶液中的OH－作定向移动到负极来补充，正极区生成OH－，溶液碱性增强，故D项错误。
6．BC 在熔融的电解质中，O2－应由正极移向负极，故A项错误；原电池反应是使氧化还原反应分别在两个电极进行，通丁烷的电极是负极，通空气的电极是正极，电池的总反应是2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，故B、C两项正确，D项错误。
7．BD 由题意可推知出甲烷－氧气燃料电池的总反应为：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O。在通入甲烷一极需消耗KOH，因此pH必降低，KOH的物质的量必减小；由正极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－可知，当消耗O2：＝0.25mol时，转移电子的物质的量为4×0.25mol＝1.0mol。
8. C 根据总反应式中元素化合价的变化，可知电池工作时，锌失电子作电源的负极，在正极上MnO2发生得电子的还原反应，因此电池工作时，外电路上电子由电池的负极流向正极，因此A、B两项正确，C项错误。由关系式Zn～2e－可知，D选项正确。
点评：原电池知识是高考的重点之一，本题以锌－锰碱性电池的有关问题为载体，考查学生熟练应用原电池基础知识解决实际问题的能力。解答本题的关键是对原电池基础知识的熟练掌握，并灵活应用。
9．B 从电池反应式可知，Al失电子为负极，O2为正极上反应的物质；电池工作时电子从铝沿导线流向铂，而电流方向则相反；铂网面积大；反应消耗铝。
10．C 高铁电池放电时为原电池，依据原电池工作原理，放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，用总式减去负极反应式即得正极反应式为：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被还原。
A．放电时负极反应为：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B．放电时正极反应为：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
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
11．实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，铅蓄电池放电时发生如下反应：负极Pb＋SO===PbSO4＋2e－，正极PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。今若制得Cl2 0.050 mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是( )
A．0.025 mol B．0.050 mol
C．0.10 mol D．0.20 mol
12．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是( )
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
二、填空题(共52分)
13．(16分)为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如下图：
回答下列问题：
(1)根据原电池原理填写下表：
装置序号
正极
负极反应式
阳离子移动方向
甲
乙
丙
丁
戊
(2)电极类型除与电极材料的性质有关外，还与________有关。
(3)根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应？________(填“是”“否”或“不一定”)，请举例说明：_______________________________________________________ 。
(4)指出下列电池的放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲_______，丙_______，戊_______。(填酸性或碱性增强或减弱)
14.(12分)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍镉(Ni—Cd)电池，其电池总反应可以表示为：
Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是________(填字母序号)。
①以上反应是可逆反应 ②以上反应不是可逆反应 ③充电时化学能转变为电能 ④放电时化学能转变为电能
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明，一节废镍镉电池可以使1 m2面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重，这是因为______________________。
(3)另一种常用的电池锂电池(锂是一种碱金属元素，其相对原子质量为7)，由于它的比容量(单位质量电极材料所能转换的电能)特别大而广泛应用于心脏起搏器，一般使用时间可长达十年，它的负极由金属锂制成，电池总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。
试回答：锂电池比容量特别大的原因是___________________________________________________。
锂电池中的电解质溶液需用非水溶液配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因：___________________________________________________。
15．(12分)
(1)普通锌锰干电池的结构如图所示。回答下列问题。
①电池中电解质溶液为________。
②正极反应式为_______________________________________。
③放电时，NH向________(填“正极”或“负极”)移动。
(2)废电池中的锌皮常用于实验室制氢气，废锌皮和纯锌粒分别与同浓度的稀硫酸反应，产生氢气速率较大的是________，原因是________________________。
若用过量的纯锌粒与一定量的稀硫酸反应，为了加快反应速率又不影响产生氢气的量，下列措施可行的是________(填序号)。
A．微热
B．加入适量氧化铜
C．加入少量硫酸铜溶液
D．加水
E．加入少量氢氧化钡溶液
16．(12分)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，甲烷电池以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”)。
答案
11.C 该题只要明确原电池和电解池原理，抓住转移电子守恒即可。由2Cl－－2e－===Cl2，可知制0.05 mol Cl2转移0.10 mol电子，再由铅蓄电池总反应：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O可看出每转移2 mol电子消耗2 mol H2SO4，现转移0.10 mol电子，将耗0.10 mol硫酸。
12．D 根据氧化还原反应判断，Mg是还原剂作负极，失电子，A、B错误；电解质溶液可用KCl溶液代替，即可以被KCl溶液激活，C错误。
13．(1)
装置序号
正极
负极反应式
阳离子移动方向
甲
Al
Mg－2e－===Mg2＋
铝极
乙
Pt
Fe－2e－===Fe2＋
铂极
丙
Mg
Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
镁极
丁
Al
Cu－2e－===Cu2＋
铝极
戊
石墨
CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
石墨
(2)电解质溶液的性质
(3)不一定 上述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极发生了氧化反应
(4)酸性减弱 碱性减弱 碱性减弱
解析：(1)电池甲：在稀硫酸中，镁比铝活泼，镁为负极，发生氧化反应，铝为正极，H＋在铝极上发生还原反应；
乙电池：铁比铂活泼，铁为负极；
丙电池：在氢氧化钠溶液中，铝与NaOH溶液反应，铝失去电子，发生氧化反应，铝离子与氢氧化钠反应生成偏铝酸根离子和水；
丁电池：常温下，浓硝酸使铝钝化，铜溶解，铜为负极；
戊电池是燃料电池，甲烷与氧气反应，甲烷发生氧化反应，在碱中生成碳酸盐和水，氧气发生还原反应。所以在负极区通入甲烷，在正极区通入空气。
(2)通过比较甲、丙电池可知，电极都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极名称不同，即电极类型与电极材料、电解质溶液都有关。
(3)大多数电池的负极材料参与反应发生氧化反应，燃料电池的负极材料不参与反应，可燃物如氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等在负极区发生氧化反应。
(4)根据溶液中离子参加反应情况判断溶液酸碱性的变化。
14．(1)B (2)Cd(OH)2和Ni(OH)2能溶于酸性溶液生成有毒的重金属离子等 (3)锂的摩尔质量小 2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：(1)镍镉电池放电时，应用原电池原理，将化学能转化为电能，而充电时利用电解原理，将电能转化为化学能，转化条件不同，不是可逆反应。(2)因为Ni(OH)2和Cd(OH)2溶于酸，产生大量的重金属离子，对土壤污染严重。(3)锂的摩尔质量为7 g·mol－1，较小，单位质量转移电子的物质的量多，放电量大。
15．(1)①NH4Cl(或氯化铵)溶液 ②2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋H2O＋2NH3 ③正极
(2)废锌皮 废锌皮在稀硫酸中可构成原电池，加快负极失电子速率，相应产生氢气速率较大 AC
解析：(1)该电池的工作原理：负极失去电子被氧化，正极上富集电子，阳离子向正极移动。(2)从影响化学反应速率的角度考虑，构成原电池能加快负极失电子。
16．(1)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(2)1 (3)增大
解析：由总反应式知CH4失电子被氧化生成CO，一定有OH－参加反应，负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。根据正极反应式知1 mol O2消耗时，转移4 mol e－，n(O2)＝0.25 mol，故有1 mol电子转移。放电时，正极产生OH－，故溶液的pH增大。
