课时作业24 化学电源

课时作业24 化学电源

时间：45分钟分值：100分

一、选择题(每小题5分，共60分)

1．某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是()

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

解析：由电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H＋移向正极，正极即b极的电极反应式应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C 项没有指明标准状况，故C项错误。

答案：D

2．日常所用的干电池其电极分别为碳棒(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)，电极反应可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH4＋＋2e－===2NH3＋H2(NH3与Zn2＋结合)，根据上述判断()

A．Zn为正极，碳为负极

B．Zn为负极，碳为正极

C．工作时电子由碳极经外电路流向锌极

D．长时间停止使用时内装的糊状物可能流出腐蚀所用的电器

答案：BD

3．(2009·广东高考)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，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

答案：A

4．(2010·浙江高考)Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe。有关该电池的下列说法中，正确的是() A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价

B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe

C．负极的电极反应式为：Al－3e－===Al3＋

D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS

解析：在该电池中Li-Al是负极材料，该材料中Li的化合价为0价，负极电极反应式为：Li－e－===Li＋，结合题给的正极电极的反应式可推出总反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe；故B正确，A、C错误。D项，充电时，阴极上发生还原反应，是得电子的反应，故D 项错误。

答案：B

5．(2008·海南高考)关于铅蓄电池的说法正确的是()

A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s) ＋SO42 －(aq)=== PbSO4(s) ＋2e－

B．在放电时，该电池的负极材料是铅板

C．在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42－(aq)

解析：铅蓄电池的正极为PbO2，负极为Pb，电解质溶液为硫酸，两极的产物均为PbSO4，

电池反应如下：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O；放电时：负极：Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－===PbSO4(s)；正极：PbO2＋SO42－＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；充电时：阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO42－，阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO42－＋4H＋；放电时电池中硫酸的浓度不断变小。

答案：B

6．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，则下列说法中正确的是()

①每消耗1 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负极上是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．①②B．①③

C．①④D．③④

解析：CH 4在铂电极上发生类似于CH 4在O 2中燃烧的反应，即CH 4→CO 2，严格地讲生成的CO 2还与KOH 反应生成K 2CO 3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH 4＋10OH －－8e －===CO 32－＋7H 2O,1 mol CH 4参加反应有8 mol e －

发生转移，O 2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －。虽然正极产生OH －

，负极消耗OH －，但从总反应CH 4＋2O 2＋2KOH===K 2CO 3＋3H 2O 可看出是消耗KOH ，所以电池放电时溶液的pH 不断下降，故①②正确，③④错误。故正确答案为A 。

答案：A

7．下列化学电池中属于绿色电池的是( )

A ．干电池

B ．镍镉电池

C ．锌锰电池

D ．氢氧燃料电池 解析：根据各类型电池的构成情况可知。

答案：D

8．已知空气—铝电池的电极反应为铝片：2Al ＋6OH －－6e －===Al 2O 3＋3H 2O ，碳棒：32

O 2＋3H 2O ＋6e －===6OH －

，据此判断，铝片是( )

A ．正极，并被还原

B ．正极，并被氧化

C ．负极，并被还原

D ．负极，并被氧化 解析：铝片失电子被氧化作为原电池的负极。

答案：D

9．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：

负极：2H 2＋4OH －－4e －

===4H 2O

正极：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －

当得到1.8 L 饮用水时，电池内转移的电子的物质的量约为( )

A ．1.8 mol

B ．3.6 mol

C ．100 mol

D ．200 mol 解析：n (H 2O)＝1.8×103 g 18 g·mol 1

＝100 mol

即每生成1 mol H 2O 则转移2 mol e －，则生成100 mol H 2O ，转移200 mol e －。

答案：D

10．目前人们正在研究开发一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na ＋导电的β-Al 2O 3陶瓷做固体电解质，反应式如下：2Na ＋x S

Na 2S x 。以下说法中正

确的是( )

A ．放电时，钠作负极，发生氧化反应

B ．放电时，钠作正极，硫极发生还原反应

C ．若用此电池电解水，当产生标准状况下的O 2 1.12 L 时，消耗金属钠为4.6 g

D ．放电时，正极发生的反应为S x 2－－2e －

===x S 解析：放电时为原电池装置，钠作负极发生氧化反应，硫极作正极、发生还原反应，A 项正确，B 、D 项错误。若用此电池电解水，当阳极产生标准状况下的气体为1.12 L O 2时，则转移的电子数为n (e －

)＝4n (O 2)＝4×0.05 mol ＝0.2 mol ，则消耗金属钠的质量为m (Na)＝0.2 mol ×23 g·mol －1＝4.6 g ，故C 项正确。 答案：AC

11．(2010·江苏高考)下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是

( )

A ．该系统中只存在3种形式的能量转化

B ．装置Y 中负极的电极反应式为：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －

C ．装置X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂的再生

D ．装置X 、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

解析：A 项，系统中存在光能→电能、电能→化学能、化学能→电能、电能→机械能等多种能量转化方式；B 项，Y 中负极的电极反应式为H 2－2e －===2H ＋；C 项，装置X 可电解水生成H 2和O 2；D 项，无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能的完全转化，故只有C 正确。

答案：C

12．实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl 2(提示：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑)，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：

负极：Pb ＋SO 42－－2e －

===PbSO 4 正极：PbO 2＋4H ＋＋SO 42－＋2e －

===PbSO 4＋2H 2O 今若制得0.050 mol H 2，这时电池内消耗的H 2SO 4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：欲求H 2SO 4的量，需找出铅蓄电池的总反应式，将电极反应式合并得Pb ＋PbO 2＋2H 2SO 4===2PbSO 4＋2H 2O ，而制取Cl 2时，每生成1 mol H 2，电子转移2 mol ，现需电子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，将耗H 2SO 4 0.10 mol 。

答案：C

二、非选择题(共3个小题，共40分)

13．(14分)(1)今有2H 2＋O 2=====KOH 2H 2O 反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式为：负极________，正极________。

(2)如把KOH 改为稀硫酸作导电物质，则电极反应式为：负极________，正极________，

(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，溶液(1)中pH________，溶液(2)中pH________(填“变大”或“变小”)。

(3)如把H 2改为甲烷，KOH 作导电物质，则电极反应式为：负极__________________，正极________________。

解析：解决此题的关键是弄清原电池的电极反应类型：“负极氧化正极还原”。所以氢氧燃料电池中H 2为负极反应物，氧气为正极反应物。又因为是碱性溶液不可能有H ＋参加或生成，故负极反应为：2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O ，正极反应为：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH －参加反应也不可能有OH －生成，故负极反应为：2H 2－4e －===4H ＋，正极反应为：O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O 。由于前者在碱性条件下反应，KOH 量不变，但工作时H 2O 增多，故溶液变稀，pH 将变小；而后者为酸溶液，硫酸量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH 将变大。如把H 2改为甲烷，用KOH 作导电物质，则不会有CO 2放出，该电池中的电极反应式为：负极CH 4＋10OH －－8e －===CO 32－＋7H 2O ，正极2O 2＋4H 2O ＋8e －===8OH －

。

答案：(1)H 2 O 2 2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －

(2)2H 2－4e －===4H ＋ O 2＋4H ＋＋4e －===2H 2O 变小 变大

(3)CH 4＋10OH －－8e －===CO 32－＋7H 2O 2O 2＋4H 2O ＋8e －===8OH － 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(Ni)镉(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()

①以上反应是可逆反应

②以上反应不是可逆反应

③Cd为电池的正极

④放电时化学能转变为电能

A．①③B．②④

C．①④D．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)镍镉电池的充电和放电在不同的反应条件下进行，不是可逆反应；电池在放电时发生原电池反应，将化学能转变为电能，Cd在放电时失电子，为电池的负极。

(2)由于Ni(OH)2和Cd(OH)2均能溶于酸溶液，且与酸反应后分别都以离子形式存在，加快了这些重金属的迁移过程，因而使污染更为严重。

答案：(1)B(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2均能溶于酸溶液，加快了金属元素的迁移过程。

15．(14分)摩托罗拉公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可以连续使用一个月。已知该电池的总反应式为：

2CH3OH＋3O2＋4KOH2K2CO3＋6H2O

请填空：

(1)放电时，负极的电极反应为________________________________。

(2)充电时，原电池的负极与外电源的________极相连。

(3)若在常温、常压下，1 g CH3OH燃烧生成CO2和液态水时放出22.68 kJ的热量，表示该反应的热化学方程式为______________________________。

解析：(1)CH3OH中C元素从－2价变成＋4价，所以CH3OH是负极反应物，发生氧化反应，反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO32－＋6H2O，因电解质为KOH，所以CH3OH的氧化产物不是CO2而是CO32－。(2)该电池在充电时，阴极得到电子，发生还原反应，所以应该与外接电源的负极相连。

答案：(1)CH3OH－6e－＋8OH－===CO32－＋6H2O

(2)负

(3)CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－725.76 kJ/mol