1、第第 2 2 课时课时 化学电源化学电源 基础巩固 1.下列有关电池的说法不正确的是( ) A.手机上用的锂离子电池属于二次电池 B.锌铜原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D.锌锰干电池中，锌电极是负极 解析 锌铜原电池中，电子从负极锌沿外电路流向正极铜。 答案 B 2.生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的 PbSO4，干 燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2PbSO42H2O 充电 放电 PbO2Pb 2H2SO4。 下列对铅蓄电池的说法错误的是( ) A.需要定期补充硫酸 B.工作时铅是负极，PbO2是正极 C
2、.工作时负极上发生的反应是 Pb2e SO2 4=PbSO4 D.工作时电解质的密度减小 解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb 是负极，PbO2是正极，负极发生的反 应是 Pb 失去电子生成 Pb2 ，Pb2与溶液中的 SO2 4生成 PbSO4沉淀；放电时消耗 的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏 状，干燥后再安装，说明 H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中 H2SO4 的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。 答案 A 3.氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，KOH 溶液作电解质，正极反 应为 O22H2O4e =4OH
3、，负极反应为 2H 24OH 4e=4H 2O，下列叙 述不正确的是( ) A.H2在负极发生氧化反应 B.燃料电池的能量转化率可达 100% C.是一种高效、环保的发电装置 D.供电时的总反应为 2H2O2=2H2O 解析 该燃料电池中， 通 H2的电极作负极， 发生氧化反应； 通 O2的电极为正极， 发生还原反应，总反应式为 2H2O2=2H2O，是一种高效、环保的发电装置， 燃料电池的能量转化率虽然比燃料直接燃烧时高，但也达不到 100%。 答案 B 4.如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
4、应式为 O22H2O4e =4OH C.装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 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，该系统有太阳能转化为电能、电能转化为化学能、化学能转化为电 能、电能转化为机械能多种能量转化形式，A 项错；B 项，装置 Y 为原电池，负 极发生氧化反应，应是 H2发生氧化反应，B 项错；C 项，装置 X 为电解池，其 作用是将水转化为燃料(氢气)和氧化剂(氧气)，C 项正确；D 项，化学能与电能间 不可能完全转化，D 项错。 答案 C 5.以氨气代替氢气来研发氨燃料电池是当前科研的一个热点，氨燃料电池使用的
5、电解质溶液是 KOH 溶液，电池反应为 4NH33O2 放电 充电 2N26H2O。下列有 关说法错误的是( ) A.氨燃料电池在充电时，在阴极 N2得电子被氧化 B.氨燃料电池在放电时，负极反应为 2NH36e 6OH=N 26H2O C.以氨气代替氢气的主要原因是氨气易液化、易储存 D.燃料电池的能量转化率一般比普通的电池高 解析 充电时 N2在阴极得电子被还原，A 错误；氨燃料电池在放电时，负极反应 为 4NH312e 12OH=2N 212H2O， 正极反应为 3O212e 6H 2O=12OH ，B 正确；燃料电池的能量转化率超过 80%，比普通的电池高，D 正确。 答案 A 6.甲
6、醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通 入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H )。电池工作 时， 甲醇被氧化为二氧化碳和水， 氧气在电极上的反应是 O24H 4e=2H 2O。 下列叙述中不正确的是( ) A.负极的反应式为 CH3OHH2O6e =CO 26H B.电池的总反应式是 2CH3OH3O2=2CO24H2O C.电池工作时，H 由正极移向负极 D.电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路流入通氧气的一极 解析 首先判断出通入甲醇的一极失去电子作负极，通入氧气的一极得到电子作 正极。电池总反应式减去氧气在正极的电极反应
7、式，就得到了负极反应式，A 项 正确；电池工作时，H 移向正极而不是移向负极，C 项错误。 答案 C 7.科学家设想以 N2和 H2为反应物，以溶有 A 的稀盐酸为电解质溶液，可制造出 既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如下图所示，下列说法不正确的 是( ) A.通入 N2的电极发生的电极反应式为：N2 6e 8H=2NH 4 B.反应过程中溶液的 pH 会变大，故需要加入盐酸 C.该电池外电路电流从通入 H2的电极流向通入 N2的电极 D.通入 H2的电极为负极，A 为 NH4Cl 解析 该电池的本质是合成氨反应，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式 为 N26e 8H=2NH 4
8、， A 正确； 反应过程中总反应为 N23H22H =2NH 4， H 不断消耗导致 pH 变大，需要加入盐酸，B 正确；该装置是原电池装置，电流 由正极通过外电路流向负极， 即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极， C 错误；通入氢气的电极为负极，生成氯化铵，所以 A 是 NH4Cl，D 正确。 答案 C 8.一种光化学电池的结构如图所示，电池总反应为：AgCl(s)Cu (aq)=Ag(s) Cu2 (aq)Cl(aq)，下列关于该电池在工作时的说法中正确的是( ) A.生成 108 g 银，转移电子个数为 1 mol B.Cu 在负极发生氧化反应 C.Ag 电极活泼，Ag 失电子发
9、生氧化反应 D.Cl 由负极迁移到正极 解析 由题给反应可知，生成 1 mol Ag，转移 1 mol e ，即生成 108 g Ag，转移 电子个数为 NA，A 项错误；负极 Cu 失电子生成 Cu2，化合价升高，发生氧化 反应，B 项正确；Ag 电极为正极，AgCl 得电子生成 Ag 和 Cl ，C 项错误；Cl 由正极向负极迁移，D 项错误。 答案 B 9.科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中 的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能 传导 O2 。下列对该燃料电池的说法不正确的是( ) A.在熔融电解质中，O2 由负极移向正
10、极 B.该电池的总反应是 C3H85O2=3CO24H2O C.电路中每通过 5 mol 电子，约有 5.6 L 标准状况下的丙烷被完全氧化 D.通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为 C3H820e 10O2=3CO 24H2O 解析 该燃料电池的化学原理是 C3H85O2=3CO24H2O，B 正确；放电过程 中通入丙烷的电极为负极：C3H820e 10O2=3CO 24H2O，D 正确；通入 O2的电极为正极：O24e =2O2，产生的 O2将向负极移动，A 项错。 答案 A 10.MFC(Microbial Fuel Cell)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电 能的装
11、置，其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。如图为污水(主 要溶质为葡萄糖)处理的实验装置，下列有关该装置的说法正确的是( ) A.为加快处理速度，装置需在高温环境中工作 B.负极的电极反应式为 C6H12O66H2O24e =6CO 224H C.放电过程中，H 由正极向负极移动 D.装置工作过程中，溶液的酸性逐渐增强 解析 微生物不能在高温环境中存活，A 项错误。H 在负极上产生，H由负极向 正极移动，C 项错误。负极产生的 H 与正极产生的 OH恰好结合生成水，故溶 液的酸性不会增强，D 项错误。 答案 B 11.锂锰电池的体积小、 性能优良， 是常用的一次电池。 该电池反应原理
12、如图所示， 其中电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li 通过电解质迁移入 MnO 2晶格中， 生成 LiMnO2。回答下列问题： (1)外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母) (2)电池正极反应式为_。 (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因 是_。 (4)MnO2可与 KOH 和 KClO3在高温下反应，生成 K2MnO4，反应的化学方程式为 _。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成 KMnO4和 MnO2的物质的 量之比为_。 解析 (1)外电路的电流方向是由正极 b 流向负极 a。(2)在电池正极 b 上发生的电 极反应式为 MnO2e Li=L
13、iMnO 2 。 (3)由于负极材料 Li 是活泼的金属， 能 够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)根据题意结合原 子守恒、电子守恒可得方程式：3MnO2KClO36KOH= 高温 3K2MnO4KCl 3H2O; K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成 KMnO4和 MnO2根据化合价升降总数等 于电子转移的数目可知： 每转移2 mol的电子， 产生1 mol的MnO2、 2 mol KMnO4。 所以生成 KMnO4和 MnO2的物质的量之比为 21。 答案 (1)b a (2)MnO2e Li=LiMnO 2 (3)否 电极 Li 是活泼金属，能与水反应 (4)3Mn
14、O2 KClO36KOH= 高温 3K2MnO4KCl3H2O 21 能力提升 12.设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。 最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气， 电池的电解质是掺杂了 Y2O3的 ZrO2晶体，它在高温下能传导 O2 。回答如下问 题： (1)以丁烷代表汽油，写出这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式： _。 (2)写出这个电池的正极发生的反应： _ _。 负极发生的反应：_。 固体电解质里的O2 的移动方向是 _。 向外电路释放电子的电极是 _。 解析 由原电池原理知：负极失去的电子经导线转移到正极，根据电中
15、性关系， 内电路中，O2 向负极移动。 答案 (1)2C4H1013O2=8CO210H2O (2)13O252e =26O2 2C 4H1026O2 52e=8CO 210H2O 向负极移动 负极 13.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电 池电极表面镀一层细小的铂粉。铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答： (1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动 方向为_(用 a、b 表示)。 (2)负极反应式为_。 (3)电极表面镀铂粉的原因是 _ _。 (4)该电池工作时，H2和 O2连续由外部供给，电池可连续不断提供电能。因此， 大量安全储氢是关键技
16、术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理 如下： .2LiH2= 2LiH .LiHH2O=LiOHH2 反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。 已知 LiH 固体密度为 0.82 g cm 3，用锂吸收 224 L(标准状况)H 2，生成的 LiH 体积与被吸收的 H2体积比值为_。 由生成的 LiH 与 H2O 作用放出的 H2用作电池燃料，若能量转化率为 80%， 则导线中通过电子的物质的量为_mol。 解析 (1)原电池的实质为化学能转化成电能，总反应为 2H2O2=2H2O，其中 H2在负极失电子， 即电子从 a 流向 b。 (2)负极为 H2失电子生成 H ， 但溶液为
17、 KOH 溶液，故负极反应为 H22e 2OH=2H 2O。(3)铂粉的接触面积大，可以增大 电极单位面积吸附 H2、O2分子数，可以加快反应速率。(4)反应中 Li 从 0 价 升至1 价，为还原剂，反应中 H2O 中的 H 从1 价降至 0 价，为氧化剂。 在反应中当吸收10 mol H2时， 生成20 mol LiH， 生成LiH的体积为Vm 208 0.82 10 3 L0.195 12 L，则V（LiH） V（H2） 0.195 12 L 224 L 8.7110 4。反应中 20 mol LiH 可生成 20 mol H2，实际参加反应的 H2为 20 mol80%16 mol，每
18、 1 mol H2 生成H2O时， 转移2 mol电子， 故导线中通过电子的物质的量为16 mol232 mol。 答案 (1)化学能转变为电能 a 流向 b (2)H22e 2OH=2H 2O (3)增大电极单位面积吸附 H2、O2的分子数，加快反应速率 (4)Li H2O 8.7110 4(或 1 1 148) 32 14.酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由 碳粉、 MnO2、 ZnCl2和 NH4Cl 等组成的糊状填充物。 该电池放电过程产生 MnOOH。 回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示： 溶解度/(g/100 g 水) 温度/
19、化合物 0 20 40 60 80 100 NH4Cl 29.3 37.2 45.8 55.3 65.6 77.3 ZnCl2 343 395 452 488 541 614 化合物 Zn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Ksp近似值 10 17 10 17 10 39 回答下列问题： (1)该电池的正极反应式为 _， 电池反应的离子方程式为 _。 (2)维持电流强度为 0.5 A，电池工作 5 分钟，理论上消耗锌_g。(已知 F 96 500 C mol 1) (3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有 ZnCl2和 NH4Cl，二者可 通过_分离回收；滤渣的主要成分是
20、MnO2、_和_，欲从 中 得 到 较 纯 的MnO2， 最 简 便 的 方 法 为 _ ， 其 原 理 是 _ _。 解析 (1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生 MnOOH，则正极反应式为 MnO2H e=MnOOH。金属锌做负极，发生氧 化反应生成 Zn2 ，则负极反应式为 Zn2e=Zn2，结合得失电子守恒可得电 池反应式为 2MnO22H Zn=2MnOOHZn2。 (2)电流强度为 I0.5 A， 时间为 t5 min300 s， 则通过电极的电量为 QIt0.5 A300 s150 C，又知 F96 500 C mol 1，故通过电子的物质的量为 150
21、C 96 500 C mol 10.001 6 mol，则理论上消耗 Zn 的质量为 65 g mol 10.001 6 mol1/20.05 g。 (3)由 NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶解度远 远大于 NH4Cl，因此从滤液中分离 NH4Cl 和 ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶 的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和 NH4Cl 等组成，加水处理 后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及 MnOOH 等，欲从中得到较纯的 MnO2，可 采用在空气中加强热的方法，碳粉与 O2反应生成 CO2，MnOOH 氧化为 MnO2。 答案 (1)MnO2H e=MnOOH 2MnO 2Zn2H =2MnOOHZn2 注：式中 Zn2 可写为 Zn(NH 3)2 4，Zn(NH3)2Cl2等，H 可写为 NH 4 (2)0.05 (3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 在空气中加热 碳粉转变为 CO2， MnOOH 氧化为 MnO2
