2011年高二化学同步测试：1.3.2化学电源（鲁科版选修4）

第1章 第3节 第2课时
(45分钟　100分)
一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)
1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂 KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　②正极反应为：Ag＋＋e－―→Ag　③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作　④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
解析：　该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu―→Cu2＋＋2e－，正极反应式为2Ag＋＋2e－―→2Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。
答案：　C
2．镍—隔(Ni—Cd)可充电电池可以发生如下反应：
Cd(OH)2＋2Ni(OH)2Cd＋2NiO(OH)＋2H2O。由此可知，该电池的负极材料是(　　)
A．Cd B．NiO(OH)
C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2
解析：　可充电电池叫做二次电池，充电时作为电解池(电能转化为化学能)，放电时作为原电池(化学能转化为电能)；负极是指原电池(放电)而言的，它是发生氧化反应的极，在这里，它显然是Cd：Cd―→Cd(OH)2。
答案：　A
3．铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“＋”，另一个接线柱旁标有“－”。关于标有“＋”的接线柱，下列说法中正确的是(　　)
A．充电时做阳极，放电时做正极 B．充电时做阳极，放电时做负极
C．充电时做阴极，放电时做负极 D．充电时做阴极，放电时做正极
解析：　铅蓄电池放电时为原电池，标有“＋”的接线柱做原电池的正极，发生还原反应；充电时标有“＋”的接线柱与直流电源的正极相连做阳极，发生氧化反应。
答案：　A
4．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(　　)
A．CH3OH(g)＋O2(g)―→H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)＋2e－
B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l)
C．CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－
D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－―→4OH－
解析：　该燃料电池的总反应为：2CH3OH(g)＋3O2(g)―→4H2O(l)＋2CO2(g)，正极反应为：O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－―→2H2O(l)，根据电子守恒则负极反应为：CH3OH(g)＋H2O(l)―→CO2(g)＋6H＋(aq)＋6e－。
答案：　C
5．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，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－―→2H2O＋O2↑＋4e－
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
解析：　电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。则a电极发生了氧化反应，所以该电极为负极，其电极反应为2H2―→4H＋＋4e－；b电极发生了还原反应为正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－―→2H2O。该电池只要通入H2、O2就能工作，无需将它们储藏在电池内部。氢氧燃料电池的能量效率较高，而且产物水是一种无污染物质，故是一种具有应用前景的绿色电源，在航天领域已得到应用。
答案：　B
6．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．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
解析：　该原电池负极反应为：Al―→Al3＋＋3e－，正极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，工作时电子由负极流向正极，而电流由正极流向负极，答案为B。
答案：　B
7．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：
Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
有关该电池的说法正确的是(　　)
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－―→NiOOH＋H2O＋e－
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：　因为阳极发生氧化反应，即化合价由低价态转化为高价态，所以A正确；充电过程是由电能转化为化学能的过程，所以B不正确；因放电时的原电池负极Cd失去电子后，又与附近的OH－结合成Cd(OH)2，导致OH－浓度降低，故C不正确；因原电池的电解质溶液的阴离子移向负极，故D不正确。
答案：　A
8．(2009·浙江高考)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。这种锂离子电池的电池反应式为：
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―→Li＋＋e－
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
解析：　A项，放电时Li为负极，发生氧化反应；B项，充电时Li0.85NiO2既是氧化剂，又是还原剂；C项，用水作电解质时，Li要与水反应；D项，放电时，正极得电子而吸引阳离子Li＋。
答案：　D
9．(2011·河源高二质检)某种氢氧燃料电池的电解质溶液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是(　　)
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－
B．工作一段时间后，电解质溶液中的KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O
D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移
解析：　据题意，氢氧燃料电池的总反应式为：2H2＋O2===2H2O，其电解质溶液为KOH溶液，故其正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，负极反应式为：2H2＋4OH－―→4H2O＋4e－，反应过程中，生成和消耗的OH－的量相等，KOH的物质的量不变，ABC均正确；D中根据电解CuCl2溶液时的离子放电顺序，可知产生Cl2的电极反应式为：2Cl－―→Cl2↑＋2e－，故产生2.24 L Cl2时，转移电子0.2 mol。
答案：　D
10．(2011·洛阳高二质检)实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极：Pb＋SO42－―→PbSO4＋2e－
正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－―→PbSO4＋2H2O
今欲制得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
解析：　要求得硫酸的量，需首先找出铅蓄电池的总反应。将上述两个电极反应合并可得：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。而在制取Cl2时，每生成1 mol Cl2，电子转移2 mol，现需要转移电子0.050 mol×2＝0.10 mol。由铅蓄电池总反应可知，每转移0.10 mol电子，将消耗0.10 mol硫酸。
答案：　C
二、非选择题(本题包括4小题，共50分)
11．(6分)(2011·泉州高二质检)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—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(　　)
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___________ ______________________________________________________________________________。
解析：　(1)Ni—Cd电池的充、放电条件不相同，因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。
(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解，生成重金属离子Ni2＋和Cd2＋，污染土壤。
答案：　(1)B　(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
12．(13分)一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电极放电时发生的化学反应方程式是__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)此电极的正极发生的电极反应式是_______________________________________；
负极发生的电极反应式是__________________________________________________。
(3)电解液中的H＋向________极移动；向外电路释放电子的电极是________。
(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池能量转化效率高，其次是______________________________________________。
解析：　甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH作负极，发生氧化反应，电极反应为2CH3OH＋2H2O―→2CO2↑＋12H＋＋12e－；氧气在正极反应：3O2＋12H＋＋12e－―→6H2O，两反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子传到正极上，故H＋向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
答案：　(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－―→6H2O
2CH3OH＋2H2O―→2CO2↑＋12H＋＋12e－
(3)正　负极　(4)产物对环境无污染
13．(15分)某高二化学兴趣小组为了探索铝在原电池中的作用，设计并进行了一系列实验，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 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？
(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。
(3)实验4中Al作正极还是负极，为什么？写出Al电极的电极反应式。
(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。
(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到哪些因素的影响？
解析：　根据原电池的构成条件，结合实验的条件(电极材料及电解质溶液的不同)以及反应的实验现象(指针偏转方向——由1、2两组知指针偏向正极)作出判断。注意Al可与NaOH溶液反应，在浓HNO3中钝化。
答案：　(1)不同；因为两实验中组成原电池的电极金属活泼性不同，实验1中铝较不活泼作正极，实验2中铝活泼作负极。
(2)Al为负极：2Al―→2Al3＋＋6e－，
石墨为正极：6H＋＋6e－―→3H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应，Al＋4OH－―→[Al(OH)4]－＋3e－。
(4)实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以Zn为负极。
(5)与另一电极材料的活泼性、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。
14．(16分)(2011·东营高二质检)铅蓄电池是典型的可充型电池，电池总反应式为：
Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－2PbSO4＋2H2O
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时：正极的电极反应式是____________；电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，电极反应：____________ __________________________，
B电极上生成 ________， 电极反应_____________________________________ ___________________________________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。
解析：　(1)放电时正极上发生还原反应，由总电池反应知，发生还原反应的物质为PbO2，产物为PbSO4，同时消耗H2SO4，故正极反应为：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－―→PbSO4＋2H2O。
(2)当完全耗尽PbO2和Pb时，按图连接时，A极为电解池的阴极，电解质溶液中PbSO4产生的Pb2＋，在此极上得电子，发生还原反应PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－；而B为电解池的阳极，电极反应可由总电池反应2PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－，减去阴极反应得到，PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－。
答案：　(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－―→PbSO4＋2H2O　小　48
(2)Pb　PbSO4＋2e－―→Pb＋SO42－　
PbO2　PbSO4＋2H2O―→PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－　对换