《化学电源》课时练
双基练习
1．(2011•福建高考)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↑
解析：根据题给信息锂水电池的反应方程式为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确；在反应中氢元素化合价降低，因此H2O做氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；正极周围聚集大量OH－，因此溶液中的阳离子Li＋向正极移动，负极周围聚集大量Li＋，因此溶液中的阴离子OH－向负极移动，C错误。
答案：C
2．(2011•安徽高考)研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是(　　)
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－＝AgCl
B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
解析：由电池总反应可知银失去电子被氧化得氧化产物，即银做负极，产物AgCl是氧化产物，A、D都不正确；在原电池中阳离子在正极得电子发生还原反应，所以阳离子向电池的正极移动，C错误；化合物Na2Mn5O10中Mn元素的化合价是＋18/5价，所以每生成1 mol Na2Mn5O10转移电子的物质的量为(4－18/5)×5＝2 mol，因此选项B正确。
答案：B
3．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形管)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－2e－===Cu2＋，正极反应式为Ag＋＋e－===Ag，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
4．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．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：由题意可知在以磷酸为电解质的燃料电池中，负极电极反应式为H2－2e－===2H＋，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
答案：C
5．下列说法正确的是(　　)
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电，能重复使用
D．燃料电池没有将氧化剂、还原剂全部储存在电池内部
解析：A中碱性锌锰电池为一次电池；B中铅蓄电池为二次电池。
答案：CD
6．银－锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可表示为2Ag＋Zn(OH)2充电放电Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是(　　)
A．Ag　　　　　　　　　 B．Zn(OH)2
C．Ag2O   D．Zn
解析：判断电池的正、负极，一定要从电极反应中得失电子情况判断。放电时反应为Ag＋12O＋Zn0＋H2O===2Ag0＋Zn＋2 (OH)2，原电池中失去电子的物质作负极。
答案：D
7．日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2做电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn―→Zn2＋＋2e－，2NH＋4＋2e－―→2NH3＋H2(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是(　　)
A．锌为正极，碳为负极
B．锌为负极，碳为正极
C．工作时，电子由碳极经外电路流向锌极
D．长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
解析：由两极反应式可知Zn作负极，碳棒作正极，A项不正确，B正确；原电池工作时，电子由负极经导线流向正极；由于Zn又被溶解，所以易造成内部糊状物流出，D项正确。
答案：BD
8．随着人们生活质量的不断提高，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．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
解析：废旧电池中含有的Cd、Hg、Pb等重金属离子会对土壤及水源造成严重污染，为防止其污染的发生，必须对其回收，集中处理，这是回收的最主要原因。
答案：B
9．下列说法错误的是(　　)
A．依据原电池的原理设计出了化学电源
B．原电池是化学电源的雏形
C．原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的负极材料的活泼性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
解析：原电池输出电能的能力取决于单位质量或单位体积所能输出电量的多少，不取于负极材料的活泼性。
答案：C
10．如图所示为氢氧燃料电池的原理示意图，按照图示，下列叙述错误的是(　　)

A．a电极是负极
B．b电极的电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
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：燃料电池中H2为负极，O2为正极，反应分别为H2－2e－===2H＋，O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
答案：B
能力提升
11．(2011•山东高考题)科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。
(1)实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为__________________________________________。要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是__________。
(2)下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＋xS===Na2Sx，正极的电极反应为__________________________________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是____________________________。与铅蓄电池相比，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。
(3)Na2S溶液中离子浓度由大到小的顺序为__________，向该溶液中加入少量固体CuSO4，溶液pH______(填“增大”“减小”或“不变”)，Na2S溶液长期放置有硫析出，原因为_____________(用离子方程式表示)。
解析：(1)乙醇中还有羟基可以与金属钠反应放出氢气，化学方程式为2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑；单质硫不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2，在加热时可与热的氢氧化钠溶液反应，因此要清洗附着在试管壁上的硫，可选用CS2或热的氢氧化钠溶液。
(2)由电池反应可以看出金属钠失去电子作为负极，单质硫得电子被还原成S2－x，所以正极的电极反应式为xS＋2e－===S2－x；由于原电池内部要靠离子的定向运动而导电，同时钠和硫极易化合，所以也必须把二者隔离开，因此其作用是离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫；在铅蓄电池中铅作负极，反应式为Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)，因此当消耗1 mol即207 g铅时转移2 mol电子，而207 g钠可以失去的电子数为20723＝9(mol)，所以钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的9/2＝4.5倍。
(3)Na2S属于强碱弱酸盐，S2－水解显碱性，所以c(H＋)最小。但由于水解程度很小，大部分S2－还在溶液中。因为氢硫酸属于二元弱酸，所以S2－水解时分两步进行且以第一步水解为主，方程式为S2－＋H2O===HS－＋OH－、HS－＋H2O===H2S＋OH－，因此Na2S溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(Na＋)＞c(S2－)＞c(OH－)＞c(HS－)＞c(H＋)；由于S2－极易与Cu2＋结合形成CuS沉淀而抑制S2－水解，因此溶液的碱性会降低，酸性会增强，方程式为S2－＋Cu2＋===CuS↓。S2－处于最低化合价－2价，极易失去电子而被氧化，空气中含有氧气可氧化S2－而生成单质硫，方程式为2S2－＋O2＋2H2O===2S↓＋4OH－
答案：(1)2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑　CS2或热的氢氧化钠溶液
(2)xS＋2e－===S2－x　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫　4.5
(3)c(Na＋)＞c(S2－)＞c(OH－)＞c(HS－)＞c(H＋)　减小　2S2－＋O2＋2H2O===2S↓＋4OH－
12．熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
负极反应式：2CO＋2CO2－3===4CO2＋4e－
正极反应式： _______________________________________。
总电池反应式： _____________________________________。
解析：原电池的反应原理，就是利用氧化还原反应中有电子的转移。在负极CO失电子，且消耗了CO2－3，在正极得电子的就是O2，再与CO2结合生成CO2－3，正极方程式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，正极与负极生成和消耗的CO2－3的量相等，所以总反应方程式为2CO＋O2===2CO2。
答案：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3　2CO＋O2===2CO2
13．航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置。它可直接将化学能转化为电能，甲烷电池以KOH溶液为电解质，其总反应的化学方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O。
(1)负极上的电极反应为________________________。
(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时，有__________mol电子发生转移。
(3)开始放电时，正极附近溶液的pH__________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
解析：由总反应式知CH4失电子被氧化生成CO2－3，一定有OH－参与反应，负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。根据正极反应式知1 mol O2消耗时，转移4 mol e－，n(O2)＝0.25 mol，故有1 mol电子转移。放电时，正极产生OH－，故溶液的pH增大。
答案：(1)CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O
(2)1　(3)增大

14．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
根据上述反应式，做下列题目。
(1)判断下列叙述中正确的是__________。
A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式： _____________________________。
(3)使用时，负极区的pH__________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH__________，电解质溶液的pH__________。
解析：(1)选C。判断原电池的正负极，可以从两个方面：①微观：电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。②宏观：活泼的一极是负极，不活泼的一极是正极，电子是从负极沿导线流入正极，据此判断Zn为负极发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，将两极反应式相加得总反应式，由总反应式知，使用过程中KOH的量不变。
(2)将正、负极的电极反应式合并就可得到总反应式：
Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
(3)负极反应时，消耗OH－，则负极区pH减小，正极反应时，生成了OH－，故正极区pH增大，负极消耗的OH－的量与正极反应生成的OH－的量相等，所以电解质溶液的pH不变。
答案：(1)C　(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(3)减小　增大　不变 

 

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