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第二节 化学电源
课后篇巩固提升
基础巩固
1.下列有关电池的叙述正确的是( )
A.手机用的锂离子电池属于一次电池
B.锌锰干电池中,锌电极是负极
C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原
D.太阳能电池的主要材料为二氧化硅
解析 手机用的锂离子电池属于二次电池,A项错误;锌锰干电池中锌失去电子,发生氧化反应,作负极,B项正确;氢氧燃料电池工作时,氢气在负极失电子被氧化,C项错误;太阳能电池的主要材料为硅,光导纤维的主要材料是二氧化硅,D项错误。
答案 B
2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染,其电池总反应为2Zn+O22ZnO,原料为锌粒、空气和电解质溶液。则下列叙述中正确的是( )
A.锌为正极,空气进入负极反应
B.电池中有1 mol 电子转移时消耗的Zn为65 g
C.正极发生氧化反应
D.电解质溶液肯定不是强酸溶液
解析 因电池反应中有ZnO生成,故电解质溶液不可能为强酸溶液,否则ZnO会溶解。
答案 D
3.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种锌银电池,其电极材料分别是Ag2O和Zn,电解质为KOH,电极反应分别为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2、Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据所给反应式,判断下列叙述中正确的是( )
A.在使用过程中,电池负极区溶液的pH增大
B.在使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
D.Zn是负极,Ag2O是正极
解析 根据原电池原理:负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,可以判断该原电池中Zn为负极,Ag2O为正极;根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小,故A、C错误;电子是从负极沿导线流向正极,故B错误。
答案 D
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4.下面是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是( )
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后,锌筒被破坏
C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减小207 g
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
解析 在干电池中,Zn作负极,逐渐溶解,B项正确。铅蓄电池工作时,负极反应为Pb+SO42--2e-PbSO4,电极质量增大,C项错误。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D项正确。
答案 C
5.目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池,它以熔融的钠、硫为两极,以Na+导电的β″-Al2O3陶瓷作固体电解质,反应为2Na+xSNa2Sx。以下说法正确的是( )
A.放电时,钠作正极,硫作负极
B.放电时,Na+向负极移动
C.充电时,钠极与外电源正极相连,硫极与外电源的负极相连
D.放电时,负极发生的反应是:2Na-2e-2Na+
解析 放电时,负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,故钠作负极,硫作正极,A错误;放电时,阳离子向正极移动,B错误;充电时,钠极(负极)与外电源的负极相连,硫极(正极)与外电源的正极相连,C错误;放电时,负极发生失电子的氧化反应,D正确。
答案 D
6.美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )
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A.电池的负极反应为Mg-2e-Mg2+
B.电池工作时,H+向负极移动
C.电池工作一段时间后,溶液的pH增大
D.电池总反应式是Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
解析 Mg-H2O2燃料电池中Mg作负极,电极反应为Mg-2e-Mg2+,Pt作正极,电极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,消耗H+,使溶液中c(H+)减小,pH增大,原电池中阳离子移向正极,即H+移向正极。
答案 B
7.我国科学家发明的一种可控锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
A.电池工作时,电子的流向:锂电极→导线→碳电极
B.水既是氧化剂又是溶剂,有机电解质可用水溶液代替
C.电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑
D.该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气
解析 A项,锂电极为负极,碳电极为正极,电子从负极流出,经导线流向正极,正确;B项,负极材料锂能与水反应,不可用水溶液代替有机电解质,错误;C项,电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,正确;D项,由电池总反应知该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气,正确。
答案 B
8.乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池,下列说法正确的是( )
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A.每有0.1 mol O2反应,则迁移H+ 0.4 mol
B.正极反应式为CH2CH2-2e-+2OH-CH3CHO+H2O
C.电子移动方向:电极a→磷酸溶液→电极b
D.该电池为可充电电池
解析 根据O2+4H++4e-2H2O知,每有0.1 mol O2反应,则迁移H+ 0.4 mol,A项正确;正极上氧气得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;放电时电子从电极a沿导线流向电极b,电子不进入电解质溶液,C项错误;充电时,不能生成乙烯和氧气,故该电池不是可充电电池,D项错误。
答案 A
9.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。
(1)放电时负极反应为 。
(2)充电时Fe(OH)3发生 反应。
(3)放电时电子在外电路由 极流向 (填“正”或“负”)极。
(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子数是 。
解析 放电时锌在负极发生氧化反应,因为电解质是碱,故负极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;电子由负极流出,通过外电路流向正极,每1 mol K2FeO4发生反应,转移电子是3 mol,其数目为1.806×1024,充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。
答案 (1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2 (2)氧化 (3)负 正 (4)1.806×1024
10.经过长时间的研发和多次展示后,科技工作者开发出了甲醇燃料电池,该电池反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。请回答下列问题:
(1)该燃料电池的电解质是 。
(2)由电池反应可知,放电时该电池的负极反应物为 ,该物质发生 反应,负极的电极反应式为 。
(3)电池使用过程中,当有0.5 mol电子转移时,消耗甲醇的质量是 g(结果保留两位小数)。
(4)放电一段时间后,通入O2的电极附近溶液的pH (填“升高”“不变”或“降低”)。
解析 (1)由电池反应可知该电池的电解质是KOH。
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(2)放电时负极上CH3OH发生氧化反应,正极上O2发生还原反应。正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为CH3OH+8OH--6e-CO32-+6H2O。
(3)根据关系式CH3OH~6e-可知转移0.5 mol电子时,消耗甲醇约2.67 g。
(4)根据放电时正极的电极反应式可知,放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的碱性增强,pH升高。
答案 (1)KOH
(2)CH3OH(或甲醇) 氧化 CH3OH+8OH--6e-CO32-+6H2O
(3)2.67
(4)升高
能力提升
11.(2018全国Ⅱ,12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是( )
A.放电时,ClO4-向负极移动
B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2
C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
解析 放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。
答案 D
12.(2017全国Ⅲ,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
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B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g
C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
解析 A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:
S8+2Li++2e-Li2S8
3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6
2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4
Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A正确;B项,原电池工作时,转移0.02 mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量减少0.14 g,正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。
答案 D
13.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
14.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 。
(2)电池正极发生的电极反应为 。
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是 ,反应的化学方程式为 。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 。
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解析 (1)分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂(作负极),失电子:Li-e-Li+。
(2)SOCl2为氧化剂,得电子,从题给电池反应可推出产物:Cl-、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。
(3)题中已给出信息:碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,进而推出现象。
答案 (1)Li Li-e-Li+
(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
(3)出现白雾,有刺激性气味气体生成 SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应
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