高三化学一轮复习第12章电化学第一节电池习题详解(含解析)(实验班)

第一节原电池一、填空题1．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。

在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池。

以下每小题中的电池即为广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面的实用电池，请根据题中提供的信息，填写空格。

(1)电子表和电子计算器中所用的是钮扣式的微型银锌电池，其电极分别为2Ag O 和Zn ，电解液为KOH 溶液。

工作时电池总反应为：222Ag O+Zn+H O 2Ag+Zn(OH)→。

①工作时电子从_________________极流向_________________极（两空均填“2Ag O ”或“Zn ”）。

②电极反应式为：正极____________________，负极________________。

③工作时电池正极区的pH _______________________________（填“增大”“减小”或“不变”）。

(2)蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。

爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应为：2222Fe+NiO 2H O Fe(OH)Ni(OH)++放电充电垐垎?噲垐?。

①放电时，正极为_____________________。

正极的电极反应式为__________________。

②充电时，阴极的电极反应式为_________________________________________________。

③该蓄电池中的电解质溶液应为_________________________（填“酸性”或“碱性”）溶液。

(3) 1991年我国首创以铝一空气一海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。

这种灯以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。

只要把灯放人海水 中数分钟就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍。

试写出这种新型电池的电极反 应式：正极_____________________，负极__________________。

(4)熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。

可用23Li CO 和23Na CO 的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与2CO 的混合气体为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

已知负极反应式为：2-322CO 2CO 4CO 4e +→+。

则正极反应式为_____________________，总电池反应式为___________________________________________。

(5)氢镍电池是新型的二次电池，它的突出优点是可循环使用和寿命长，在地球同步轨道条件下工作寿命超过10年。

其正极为氧化镍，负极为氢电极。

电解质溶液为密度在1.3 g /3cm 左右的氢氧化钾水溶液。

电池总反应为：22H +2NiOOH 2Ni(OH)ƒ。

则放电时的电极反应式为：正极____________，负极_________________________。

(6)心脏起搏器是一种人造心脏激励器。

它向心脏发送小的电脉冲，以使心脏有规则地跳动。

大多数心脏起搏器是由锂电池或银锌电池驱动。

有一种心脏起搏器中使用的新型2Li I -电池使用寿命可超过10年，其反应可简化为：22Li+I 2LiI →。

工作时负极的电极反应式为______________，根据你所学的碱金属的有关知识判断：该新型锂电池中（填“能”或“不能”）用LiI 水溶液作电解液，其原因是_________。

以前一般以锌作负极的高能电池，使用寿命大约是2年。

现在改用以锂(Li )作负极的锂电池，使用寿命约是原来的5倍，安置于人体内，就不必经常更换。

锂电池的使用用寿命比一般电池要长的原因是________________________________。

解析：本题主要考查原电池中正负极电极反应式的书写。

清楚正负极应该发生的反应，电极反应式就不难书写。

在原电池中，负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应。

电池工作时：电流由正极通过外电路流向负极，电子由负极通过外电路流向正极。

(1)①电子从Zn 流向2Ag O ，电流流向则相反；②正极：-22Ag O+2e+H O 2Ag+2OH →负极：-2Zn-2e+2OH Zn(OH)→；③增大。

(2) ①正极为2NiO ，-22NiO 2e+2H O Ni(OH)+2OH +→;②-2Fe(OH)2e Fe+2OH +→;③碱性。

(3)正极：-223O +12e+6H O 12OH →，负极：3+4Al-12e 4Al →。

(4)正极：2223O +2CO +4e 2 CO -→，总反应：222CO+O 2CO →。

(5)正极：()222NiOOH+2e 2H O 2Ni OH 2OH -+→+，负极：-2H2-2e+2OH 2H O →。

(6)负极：+2Li-2e 2Li →，不能，原因是Li 在常温时能跟水剧烈反应。

锂是最轻的金属，摩尔质量为7g ／mol ，每7g 锂氧化成力Li +，可以释放出1mol 电子；而7g 锌的物质的量是0.108mol ，氧化成2Zn +，释放的电子为0.216 m ol ，约是相同质量锂的15。

因此，锂电池的使用寿命很长，避免了经常替换，可减轻患者的痛苦。

2．电池可看作是一种能量转换器，人们当然关心，电池在输出电功时，化学能有多少可转换成电能。

科学家利用如下反应：2Zn 2AgCl 2Ag ZnCl -→+，并通过一系列实验来研究这一问题。

科学家使上述反应在量热计（一种能测定热量的装置）中进行，测出1mol 锌氧化放出的热量为233 k J ，这一能量可看作为1 mol 锌所包含的化学能。

科学家又把电池和负荷电阻分别置于两个量热计中，接通电池回路。

同时改变负荷电阻的数值，测定热量，其结果见下表： l mol 锌氧化时电池反应热量和输出电功(2)观察上表，你会发现电池反应热量()A 和输出电功()B 的两者之和有一个有趣的结果，该结果是___________________________________________________________。

(3)输出电功的最大极限值为______________________，占总化学能的____________________ %，事实上（填“能”或“不能”）达到这一数值，其原因是___________________________________。

(4)化学电池使用时，输出电流小可以增大输出电功的原因是___________________________________。

(5)平时使用电池，不小心发生短路，此时产生的现象是_____________________，电池______________（填“输出”或“不输出”）电功。

解析：(1)负极为Zn ，正极的电极反应式为-AgCl+e Ag+Cl →。

(2)三种情况两者之和均是233kJ （且为1 mol Zn 所包含的化学能）。

(3)当负荷电阻无限大时，电流无限小而输出电功达到最大值190kJ ，仅占总化学能的81.5%。

一个化学电池的输出电功为最大值时，正是化学能向电能转化的极限。

这一数值在电化学中可以进行理论上的计算。

实际使用时，由于用电器电阻不可能无限大而达不到这一数值。

(4)电功是电量和电压的乘积，电量取决于电极物质的反应量；而电流减小时，端电压增大．因此在电量固定的情况下，由于端电压的增大，输出电功增大。

(5)电池发热，很快耗尽其化学能，电池损坏，没有输出电功。

二、实验题3．铅蓄电池具有电压高，放电容量大，经济上较便宜，广泛用于汽车、拖拉机、轮船作启动与照明电源。

已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为l ρ，放电完毕后，溶液的密度变为2ρ。

又铅蓄电池充电时的反应：42242PbSO +2H O Pb+PbO +2HSO −−−→充电。

法拉第常数F 96500=库／摩尔。

(1)写出铅蓄电池使用时的总反应的化学方程式及两电极上的半反应式。

(2)已知充、放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：1.10g ／3cm ，相当于含14.35%（质量分数）的硫酸；1.28 g /3cm ，相当于含36.87%（质量分数）的硫酸。

请指出1ρ、2ρ。

分别对应于哪一个数据。

(3)用什么方法可以确定什么时候该充电，什么时候该停止充电？(4)根据化学方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。

(5)计算一个电容量为64.3210⨯库的蓄电池中需加多少硫酸？(6)对于一个电容量为64.3210⨯库的蓄电池计算充电和放电后硫酸溶液体积的差值。

(7)用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？解析：(1)由题示可知：伏打电池的电极反应分为两个半反应，依据电池的充电、放电反直互为相反的过程，可得铅蓄电池的电池反应：22442Pb+PbO 2H SO 2PbSO 2H O +−−−→+放电， 正极反应：2224424PbO 2H SO 2e PbSO +2H O+SO -++→，负极反应：244Pb+H SO 2e PbSO 2H +-→+。

(2)从化学方程式看出：铅蓄电池放电时生成了水，溶液的密度降低；反之，充电时生成了24H SO 。

因此，1ρ应该为1.28g ／mL ，相当于含36. 87%（质量分数）的硫酸；2ρ应该为1.10g ／mL ，相当于含14.35%（质量分数）的硫酸。

(3)该问是在前两问基础上考查学生发散性思维和创新能力。

由铅蓄电池的电动势和溶液的密度变化可想到两种方法：A.测量电池电动势：放电时，电动势降至某额定限量即充电； 充电时电动势上升达某一额定限量即停止充电。

B.设法用密度计测定电解质溶液密度。

若 充电时密度计的读数为1ρ，则表明充电完成；若放电时密度计的读数为2ρ，则表明放电完成。

(4)根据电池反应，每消耗2 m ol 24H SO ，即196g 24H SO ，生成2 m ol 水，即36g 。

(5)解题关键是求出反应中硫酸和水消耗及生成的量。

根据电池的总电量、法拉第常数，可求出充、放电反应时转移电子的物质的量，再根据题意列出方程式，解得开始时需加入硫酸的质量为634.6g 。

(6)在前一问的基础上，求出充、放电后溶液的体积，即得该蓄电池中硫酸溶液的体积差为105.8mL 。

(7)本问属环保问题。

由于铅蓄电池质量大，抗震性差，有酸雾产生，需补水，一旦漏液会造成设备的腐蚀等问题。

因此，用久了的铅蓄电池会发生漏液，铅污染环境等。

4．如题图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿再加入含有适量酚酞和NaCl ，的琼脂热溶液，冷却后形成（离子在琼胶内可以移动），下列叙述正确的是（ ）。