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第二节 化学电源
A组
1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展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.原电池反应均是自发的氧化还原反应 B.氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化 C.氢氧燃料电池是将热能转变为电能的装置
D.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加
解析:原电池反应中的能量变化是将化学能转化为电能,必须是自发的氧化还原反应,A项正确,C项错误;氢氧燃料电池中,H2发生氧化反应,在负极被氧化,B项错误;铅蓄电池放电过程中总反应为Pb(s)+PbO2 (s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l),生成物PbSO4附着在两电极上使正、负极质量增加,D项错误。 答案:A
2.废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程。其首要原因是( ) A.为了利用电池外壳的金属材料
B.防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染 C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中的石墨电极
解析:废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染,必须进行集中处理。 答案:B
3.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( ) A.锌外壳是负极,石墨棒是正极材料 B.在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳 C.电流从锌流到石墨棒上
D.在电池内部阳离子从石墨棒向锌片移动
解析:在锌锰干电池中,锌外壳是负极,石墨棒是正极,在外电路中电子从锌外壳流向石墨棒,电流的方向与电子的流向相反,电池内部,阳离子向正极石墨棒移动,故A正确,B、C、D错误。 答案:A
4.锂电池是一种新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2,下列说法正确的是( ) A.Li是正极,电极反应为Li-e-Li+
B.Li是负极,电极反应为Li-e-Li+
C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-Mn
D.Li是负极,电极反应为Li-2e-Li2+
解析:由总反应O2O2可知,锂元素在反应后化合价升高(0→+1),锰元素在反应后化合价降低(+4→+3)。Li被氧化,在电池中作负极,电极反应为Li-e-Li+,MnO2在正极上反
应,电极反应为MnO2+e-Mn。
答案:B
5.在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列该电池的电极反应,正确的是( ) A.负极反应为Zn-2e-Zn2+
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B.负极反应为Zn+2H2O-2e-Zn(OH)2+2H+
C.正极反应为2MnO2+2H++2e-2MnOOH
D.正极反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-
解析:在书写碱性电池的电极反应式时,电极反应式中不能出现H+。在碱性电池中,负极Zn失去电子形成的Zn2+应该与OH-结合生成Zn(OH)2。 答案:D
6.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂,在200 ℃左右时供电,电池总反应式为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,电池示意图如下,下列说法中正确的是( )
A.电池工作时,质子向电池的负极迁移 B.电池工作时,电流由b极沿导线流向a极
C.a极上发生的电极反应是C2H5OH+3H2O+12e-2CO2+12H+
D.b极上发生的电极反应是2H2O+O2+4e-4OH-
解析:通入乙醇的一极(a极)为负极,发生氧化反应;通入氧气的一极(b极)为正极,发生还原反应。电池工作时,阳离子(质子)向电池的正极迁移,选项A不正确;电流方向与电子流向相反,电流由b极沿导线流向a极,选项B正确;a极上乙醇应该失电子被氧化,所以选项C不正确;因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂,所以电极反应式中不能出现OH-,选项D不正确。 答案:B
7.一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为CH3CH2OH-4e-+H2OCH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是( ) A.检测时,电解质溶液中的H+向负极移动
B.若有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C.电池反应的化学方程式为CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O D.正极上发生的反应为O2+4e-+2H2O4OH-
解析:A项,检测时,电解质溶液中的H+移向正极;B项,若反应中有0.4 mol电子转移,则在标准状况下消耗的O2体积为2.24 L;D项,电解质溶液呈酸性,正极上发生的反应为O2+4H++4e-2H2O。
答案:C
8.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+MgMg2++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
解析:由电池总反应知Mg为负极,电极反应为Mg-2e-Mg2+,正极反应为
AgCl+e-Ag+Cl-。海水中含大量电解质,所以可以被KCl溶液激活。可用于海上应急
照明供电。 答案:D
9.镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应如下:
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Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
请回答下列问题:
(1)上述反应式中左边物质的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。
(2)放电时负极发生反应的物质是 ,正极的电极反应式为 。 (3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是 。
解析:(1)原电池放电时对外释放能量,故反应物的总能量大于生成物的总能量。(2)分析元素化合价的变化,推知该电池放电时Cd失电子,作电池的负极,NiOOH得到电子,作正极,正极电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-。(3)镉镍废旧电池中残留Cd2+、Ni2+
等重金属离子易对土壤和水源造成污染。 答案:(1)大于
(2)Cd NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
(3)防止废旧电池中残留的镍、镉离子污染土壤和水源
10.(1)Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是 。电池工作时,电子流向 (填“正极”或“负极”)。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 。
(2)如图为钠硫高能电池的结构示意图,该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为 。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是 。与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。
解析:(1)负极是失电子的一极,Zn所失电子由负极经外电路流向正极。锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。(2)正极上是S得到电子发生还原反应:xS+2e-;要形成闭合回路,M必须是能使离子在其中定向移动的,故M的两个作用是导电和隔膜;假设消耗的质量都是207 g,则铅蓄电池能提供的电子为2 mol,而钠硫电池提供的电子为 mol,故钠硫电池的放电量是铅蓄电池的4.5倍。
答案:(1)Zn(或锌) 正极 锌与还原出来的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀
(2)xS+2e- 离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5
B组
1.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+
C.放电过程中,H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体 L
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解析:微生物主要成分是蛋白质,高温条件下蛋白质变性,失去活性,A不正确。通入燃料C6H12O6的极为负极,负极反应为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+(能放出CO2,应该是
酸性,所以右边写H+。不能在左边加OH-、右边写H2O),B项正确。正极反应为6O2+24H++24e-12H2O,从两极反应可知:负极生成H+,正极消耗H+,即通过质子交换膜
从负极到正极传导H+,选项C不正确。从总反应C6H12O6+6O26CO2+6H2O可知,每消耗1 mol氧气,理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L,D项错误。 答案:B
2.如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有关该电池的说法错误的是( )
A.右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气 B.左边的电极为电池的负极,a处通入的是甲醇 C.电池负极的反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+
D.电池正极的反应式为3O2+12H++12e-6H2O
解析:在电解质溶液中,阳离子从负极移向正极。从质子通过的方向可知,a处通入的为甲醇,为原电池的负极;b处通入的为空气,为原电池的正极。 答案:A
3.可用于电动汽车的铝—空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液,铝合金为负极,通入空气的电极为正极。下列说法正确的是( )
A.以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为O2+2H2O+4e-4OH-
B.以NaOH溶液为电解液时,负极反应为:Al+3OH--3e-Al(OH)3↓
C.以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的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
解析:正极O2得电子,溶液显碱性或中性时,正极反应都为O2+2H2O+4e-4OH-,A正确。
铝作负极,铝失电子,中性溶液(NaCl)中的负极反应为Al-3e-Al3+,碱性溶液(NaOH)中
的负极反应为Al+4OH--3e-Al+2H2O,B不正确。在碱性时,总的电池反应式为
4Al+3O2+4OH-4Al+2H2O,溶液pH降低,C项错。电池工作时,电子从负极流向正极,D
项错。 答案:A
4.Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。 请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为 ,发生的电极反应为
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