人教版高中化学必修二教学资料，复习补习资料（巩固练习）：14【提高】发展中的化学电源

发展中的化学电源

【学习目标】
1、认识几种化学电源；
2、了解开发利用新型电池的意义；
3、了解使用化学电池对环境的影响。
【巩固练习】
一、选择题（每题只有一个选项符合题意）
　 1．（2019 北京七中）下列对化学电源的叙述，正确的是( )
A．化学电源比火力发电对化学能的利用率高
B．化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位
C．化学电源均是安全、无污染的
D．化学电源即为可充电电池
2．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是(　　)
A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细
B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
3．下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A．②③④　　 B．①②③④
C．①②③ D．①③④
4．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：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。下列说法不正确的是(　　)
A．正极反应式：2H2O＋O2＋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．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用
5．2019 山东滨州）如图是市场上常见的两种燃料电池示意图。
下列有关电池电极a、b、c、d的叙述正确的是( )
A.电极a为正极,电极反应产物为H2O B.电极b为正极,电极反应产物为H2O
C.电极c为正极,电极反应产物为H2O D.电极d为正极,电极反应产物为H2O
6．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是（ ）
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH-向正极移动
D．总反应为：2Li+2H2O=2LiOH+H2↑
7．有人设计出利用CH4和O2反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧的反应，则下列说法中正确的是( )
①每消耗l mol CH4可以向外电路提供8 mol e－
②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O
③负极上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
8．锂电池是新一代高能电池，目前已研究出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li+ MnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是（ ）
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极反应为Li-e-=Li+
C．放电时正极反应为MnO2-+e-= MnO2
D．放电时，产生高锰酸根离子
9．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电，电池负极反应为(　　)
A．H2＋2OH－===2H2O＋2e－
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2===2H＋＋2e－
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
10．汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4↓＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是(　　)
A．PbO2是电池的负极
B．负极的电极反应式为：
Pb＋SO42-－2e－===PbSO4↓
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
二、填空题
1．（2019 西城质检）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(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应式可以表示为：
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，下列说法正确的是( )
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一平方米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)另一种常用的电池是锂电池，由于它的比容量(单位质量电极材料所能转移的电量)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，它的负极用金属锂制成，电池的总反应可表示为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剂配制，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___________________________________________________。
2．航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为：2H2+O2=2H2O。　　酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为：2H2-4e-=4H+，则其正极反应表示为：______________________；碱式氢氧燃料电池的电解质是碱，其正极反应式表示为：O2+2H2O+4e-=40H一，　　则其负极反应式可表示为：___________。
3．现代社会对耗电量高的便携式电器需求越来越大。化学家又研制出新型封闭式体积小的充电电池——镍镉电池。它以镉(Cd)为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，其寿命比铅蓄电池长，广泛应用于收录机，无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。
（1）试写出这种电池放电时正负极反应和总反应方程式；
（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物。有资料表示一节废镍隔电池可以使面积为1平方米的耕地失去使用价值。对于酸性土壤尤为严重，这是因为
________________________________________________________________________；
（3）下图是废弃的镍镉电池的重金属渗入水体后，进入人体的一条途径：
A→B→C→D→人
生物体D中重金属物质的量浓度__________(选填“大于”“小于”或“等于”)生物体A中重金属物质的量浓度。这是通过食物链的富集作用引起的。除了上述途径外，被污染水体中重金属还可以直接通过__________________途径进入人体。
【答案与解析】
一、选择题
1．A
2．C　　【解析】锌锰干电池工作过程中不会消耗碳棒，所以碳棒不会变细；氢氧燃料电池是把化学能转化为电能；太阳能电池的主要材料是硅，而不是二氧化硅。3．B
4．B
【解析】该电池的负极反应式：4Al－12e－===4Al3＋，正极反应式：6H2O＋3O2＋12e－===12OH－电池工作时电子由负极(铝电极)流向正极(铂电极)。5．C
【解析】本题考查电化学知识。两种电池的总反应均为2H2+O2=2H2O,根据该反应中元素化合价的变化可知空气中的氧气发生还原反应,在原电池的正极放电,故B、D均错。考虑到两种燃料电池的电解质,电极a的电极反应式为O2+4e-=2O2-，电极c的电极反应式应为O2+4H++4e-=2H2O，故A错误、C正确。
6．C
【解析】原电池放电时，OH-是向负极移动的，故C错。根据电池的名称锂水电池，可推测其总反应式为：2Li+2H2O=2LiOH+H2↑。不难写出其电极反应式如下：
负极：2Li-2e-=2Li+
正极：2H2O+2e-=2OH-+ H2↑
结合选项分析A、B、D都是正确的。
7．A
【解析】CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4→CO2，严格地讲生成的CO2还与KOH溶液反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，作电池的负极，电极反应式为CH4+10OH－－8e－==CO32－+7H2O，1 mol CH4参加反应有8 mol e－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+2KOH==K2CO3+3H2O可看出反应消耗了KOH，所以电池放电时溶液的pH不断下降，故①②正确，③④错误。
8．B
【解析】Li为负极，发生反应：Li-e-=Li+；MnO2为正极，发生反应：MnO2+ e-= MnO2-。
9．C
【解析】燃料电池的负极是H2失电子，在酸性电解质中产生H＋，故C正确。
10．B
【解析】根据电极反应知铅失电子被氧化，铅作负极，PbO2被还原作正极。放电过程中消耗了硫酸，溶液的酸性减弱。
二、填空题
1．(1)B
(2)酸能与电池放电后的产物反应
(3)Li的相对原子质量较小2Li＋2H2O＝2LiOH＋H2↑
2．O2+4H++4e-=2H2O， H2+2OH--2e-?=2H2O
【解析】正极反应式加负极反应式等于总反应式，即在保证转移电子总数相等的前提下，用总反应式减去负极反应式即得正极反应式。
3．（1）负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
正极：2NiO(OH)＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－
总反应：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2溶于酸
（3）大于　饮水
【解析】 （1）Cd为负极，失去电子成为Cd2＋，电解质为KOH，放电后，它与Cd2＋反应生成Cd(OH)2。NiO(OH)为正极，得到电子成为Ni2＋，放电后，与KOH反应生成Ni(OH)2。
（2）Ni(OH)2、Cd(OH)2难溶于水，但Ni(OH)2、Cd(OH)2易溶于酸生成Cd2＋和Ni2＋，造成严重污染。
（3）通过食物链的富集作用，生物体内重金属物质的量浓度按A、B、C、D、人逐渐增大。