《学霸笔记 同步精讲》专题6 第3单元 第2课时 化学电源 电解池 练习（教师版）化学苏教版必修二

第2课时　化学电源　电解池
基础巩固
1.下列化学电池不易造成环境污染的是(　　)。
A.氢氧燃料电池
B.锌锰电池
C.镍镉电池
D.铅蓄电池
答案:A
2.下列说法正确的是(　　)。
A.镍镉电池、锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C.化学电池的反应基础是氧化还原反应
D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb,负极材料是PbO2
答案:C
解析:碱性锌锰干电池是一次电池;燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池;铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2,负极材料是Pb。
3.日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应式可简化为Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+能生成一种稳定的粒子)。根据上述判断,下列结论不正确的是(　　)。
A.干电池内发生的是氧化还原反应
B.锌为负极,碳为正极
C.工作时,电子由碳极经过外电路流向锌极
D.长时间连续使用时,内装糊状物可能流出腐蚀用电器
答案:C
解析:由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件,相对活泼(指金属活动性强)的一极为负极,相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确;在外电路中,电子从负极流向正极,故选项C不正确;长时间连续使用该原电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2而生成H2O,糊状物也越来越稀,故其很可能流出腐蚀用电器,选项D正确。
4.某兴趣小组设计如图所示的原电池装置,下列有关说法正确的是(　　)。
A.Cl-移向银板,Na+移向锌板
B.外电路电子流向:银板锌板
C.银板上的电极反应:Ag+Cl--e-AgCl
D.锌板是原电池的负极,发生氧化反应
答案:D
解析:锌银构成的原电池,银是原电池的正极,锌是负极,阳离子移向正极、阴离子移向负极,即Cl-移向锌板,Na+移向银板,A项错误;电子流向:锌板灯泡银板,B项错误;银为原电池的正极,正极上氧气得到电子生成氢氧根离子,正极的电极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-,C项错误;锌银构成的原电池,银是原电池的正极,锌是负极,负极发生氧化反应,D项正确。
5.银锌电池是一种常见化学电源,其反应原理:Zn+Ag2O+H2OZn(OH)2+2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)。
A.Zn电极是负极
B.Ag2O电极上发生还原反应
C.Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.放电前后电解质溶液中c(OH-)保持不变
答案:D
解析:反应中锌失去电子,Zn电极是负极,A项正确;Ag2O得到电子,发生还原反应,B项正确;电解质溶液显碱性,Zn电极的电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,C项正确;根据反应的化学方程式可知消耗水,且产生氢氧化锌,氢氧根浓度增大,D项错误。
6.氢氧燃料电池是一种常见化学电源,其工作示意图如图。下列说法正确的是(　　)。
A.H+由正极流向负极
B.H2SO4溶液的作用是传导电子
C.b电极上发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O
D.标准状况下,a电极若每消耗11.2 L H2,外电路转移电子为0.5 mol
答案:C
解析:在原电池中阳离子由负极向正极迁移,即H+由负极流向正极,A项错误;H2SO4溶液为内电路,作用是传导离子,B项错误;b电极上氧气得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C项正确;标准状况下,a电极若每消耗11.2 L H2(0.5 mol),则外电路转移电子为1 mol,D项错误。
7.镁、海水、溶解氧可构成原电池,为水下小功率设备长时间供电,结构示意图如图所示,其总反应为2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2。下列说法不正确的是(　　)。
A.Mg作电池的负极
B.O2发生还原反应
C.海水中阴离子移向Mg极
D.电池工作时,电子转移方向:石墨→海水→Mg
答案:D
解析:从总反应方程式可知,Mg失电子转化为Mg(OH)2,因此镁作电池负极,A项正确;O2在正极上得电子发生还原反应,B项正确;海水中的阴离子向负极Mg移动,C项正确;电子不会经过电解质溶液,电子不会进入海水中,D项错误。
8.将CH4设计成燃料电池,其能量利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。
(1)实验测得OH-定向移向A电极,则　　　　(填“A”或“B”,下同)为负极,　　　　处电极入口通O2。
(2)若反应消耗O2的体积是11.2 L(标准状况下),则电路中转移电子的物质的量是　　　　　 mol。
答案:(1)A　B　(2)2
解析:(1)电池放电时,阴离子移向负极,所以A电极是负极,B电极是正极,正极通入O2。
(2)标准状况下11.2 L O2的物质的量是0.5 mol,电路中转移电子的物质的量是0.5 mol×4=2 mol。
9.如图为原电池装置示意图。
(1)若A为Pb,B为PbO2,电解质为H2SO4溶液,工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。写出B电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　;该电池在工作时,A电极的质量将　　　　(填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4,则转移　　　　 mol电子。
(2)若A、B均为铂片,电解质为KOH溶液,分别从A、B两极通入H2和O2,该电池即为氢氧燃料电池,写出A电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　;该电池在工作一段时间后,溶液的碱性将　　　　(填“增强”“减弱”或“不变”)。
(3)该装置可以改成电解装置。若用此装置电解饱和食盐水,其电解反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O　增加　0.1
(2)H2+2OH--2e-2H2O　减弱
(3)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
解析:(1)B为PbO2,得到电子后结合溶液中的S生成难溶的PbSO4:PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O;同样A极也生成PbSO4,故质量会增大;由总反应可知消耗2 mol H2SO4时,转移2 mol电子,故消耗0.1 mol H2SO4时转移0.1 mol电子。(2)碱性条件下电极反应式中不能出现H+,只能出现OH-;因为电池反应最终生成了水,对KOH溶液有稀释作用,故溶液的碱性将减弱。(3)电解饱和食盐水的产物为氢氧化钠、氯气和氢气。
10.化学电池在通信、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,以下说法中正确的是　　　(填序号)。
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
(2)氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光,并使海水在二氧化钛(TiO2)表面分解得到氢气的新技术:2H2O2H2↑+O2↑,制得的氢气可用于制作燃料电池。
①分解海水时,实现了光能转化为　　　能,生成的氢气用于制作燃料电池时,实现了化学能转化为　　　　能。分解海水的反应属于　　　(填“放热”或“吸热”)反应。
②某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,A极上发生的电极反应为2H2+2O2--4e-2H2O,则A极是电池的　　　极,电子从该极　　　　(填“流入”或“流出”)。B极的电极反应式为　 　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)②④
(2)①化学　电　吸热　②负　流出　O2+4e-2O2-
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)①燃料电池是将化学能转化为电能的装置,分解海水的反应属于吸热反应。②燃料电池中,负极发生燃料失电子的氧化反应,即2H2+2O2--4e-2H2O,正极发生氧气得电子的还原反应,即O2+4e-2O2-,所以B极是正极,A极是负极,电子从负极流向正极,即从A极流出。
能力提升
1.可用于电动汽车的铝-空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是(　　)。
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时,正极反应都为O2+2H2O+4e-4OH-
B.以NaOH溶液为电解质溶液时,负极反应为Al-3e-A
C.以NaOH溶液为电解质溶液时,电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变
D.电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极
答案:A
解析:以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时,形成原电池,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A项正确。以NaOH溶液为电解质溶液时,Al作负极,负极反应式为Al+4OH--3e-[Al(OH)4]-,B项错误。放电时,电子从负极沿导线流向正极,D项错误。以NaOH溶液为电解质溶液时,电池总反应为4Al+4OH-+3O2+6H2O4[Al(OH)4]-,氢氧根离子参加反应且生成水,所以溶液的pH降低,C项错误。
2.一种微生物燃料电池的结构示意图如下,关于该电池的叙述正确的是(　　)。
A.电池工作时,电子由a流向b
B.微生物所在电极区放电时发生还原反应
C.放电过程中,H+从正极区移向负极区
D.正极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O
答案:D
解析:因为右侧产生CO2,说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2,电池工作时电子由b极经外电路流向a极,A项错误;微生物所在电极区放电时发生氧化反应,B项错误;放电时阳离子向正极移动,C项错误;放电时正极上发生还原反应,D项正确。
3.某光电催化反应器如图所示,A电极是Pt/CNT,B电极是TiO2。通过光解水,可由CO2制得异丙醇[CH3CH(OH)CH3]。下列说法错误的是(　　)。
A.电子由B极经导线流向A极
B.H+向A极移动
C.B极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.每生成60 g异丙醇电路中通过的电子为18 mol
答案:D
解析:装置无外接电源,则为原电池,根据B电极H2O→O2,氧元素化合价升高可知,B极为负极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,C项正确; B极为负极,A极为正极,电子由B极经导线流向A极,A项正确;A极为正极,生成的H+向A极移动,B项正确;A极上发生两个反应:2H++2e-H2↑、3CO2+18e-+18H+CH3CH(OH)CH3+5H2O,每生成60 g即1 mol异丙醇,转移电子大于18 mol,D项错误。
4.海洋酸度的增加可以作为一种潜在的电力获取来源,同时能达成碳中和的目的。这项技术的装置示意图如图:
下列说法错误的是(　　)。
A.Na电极为该原电池装置的负极
B.CO2在正极发生还原反应
C.“有机电解质”不可换成NaOH溶液
D.当电路中转移1 mol e-时,理论上吸收44 g CO2
答案:B
解析:题图中Na→Na+发生氧化反应,则Na电极为负极,A项正确;题图中正极上H+发生还原反应生成H2(g),CO2→HC未发生氧化还原反应,B项错误;Na与水剧烈反应生成NaOH和H2,故“有机电解质”不能换成NaOH溶液,C项正确;当电路中转移1 mol e-时,正极区溶液中生成1 mol HC,据碳原子守恒推知理论上吸收1 mol CO2,D项正确。
5.科学家设计出质子膜H2S燃料电池,实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如下图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.电极a为电池的负极
B.电极b上发生的电极反应:O2+4H++4e-2H2O
C.电路中每通过4 mol电子,在正极消耗44.8 L H2S
D.每17 g H2S参与反应,有1 mol H+经质子膜进入正极区
答案:C
解析:根据题目可知,该电池为燃料电池,根据燃料电池的特点,通氧气的一极为正极,故电极b为正极,电极a为负极,A项正确;电极b为正极,氧气得电子生成水,B项正确;从装置示意图可以看出,电池总反应为2H2S+O2S2+2H2O,电路中每通过4 mol电子,正极应该消耗1 mol O2,负极应该有2 mol H2S反应,但是题目中没有给定标准状况下,所以H2S气体的体积不一定是44.8 L,C项错误;17 g H2S即0.5 mol H2S,每0.5 mol H2S参与反应会消耗0.25 mol O2,根据正极反应式O2+4H++4e-2H2O,可知有1 mol H+经质子膜进入正极区,D项正确。
6.金属空气电池具有低材料成本、高能量密度、安全性好等优点。一种锌-空气电池的构造如图,放电时Zn→[Zn(OH)4]2-。下列有关说法正确的是(　　)。
A.电路中转移2 mol电子时,65 g Zn被还原
B.b极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
C.放电过程中,负极附近溶液碱性增强
D.放电过程中,K+移向a极
答案:B
解析:锌-空气电池中锌为负极,即a为负极,b为正极,电解质溶液为氢氧化钾溶液。电路中转移2 mol电子时,65 g Zn被氧化,A项错误;b极氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,B项正确;放电过程中,负极消耗OH-,负极附近溶液碱性减弱,C项错误;放电过程中,K+移向正极(b极),D项错误。
7.写出下列化学电源(原电池)的电极反应式。
(1)镍氢电池的反应方程式:MH+NiO(OH)M+NiO+H2O,MH表示储氢合金M中吸收结合的氢(最常用储氢合金为LaNi5),氢氧化钾溶液为电解质溶液。
①负极:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②正极:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时,该电池工作原理如图。
①负极:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
②正极:　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)①MH+OH--e-M+H2O
②NiO(OH)+e-NiO+OH-
(2)①CH4+4C-8e-5CO2+2H2O
②2O2+4CO2+8e-4C
解析:(1)由总反应式中元素化合价的变化可确定MH为负极(氢元素化合价升高);
写出相对简单的负极反应式:MH+OH--e-M+H2O;
总反应式与负极反应式相减可得正极反应式:NiO(OH)+e-NiO+OH-。
(2)根据图示中电子的移向,可以判断a处通入甲烷,b处通入空气。
负极反应式为CH4+4C-8e-5CO2+2H2O,
正极反应式为2O2+4CO2+8e-4C。
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