高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池第2课时化学电源测试题1 鲁科版选修4.docx

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高中化学第1章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能电池第2课时化学电源测试题1鲁科版选修4

第1章第3节化学能转化为电能--电池第2课时化学电源

一、选择题

1．锂硫电池由于具有高比能量以及硫廉价易得等优势而受到人们的广泛关注。

锂－硫电池的正极材料主要由单质硫和一些高导电性材料复合而成，金属锂片作为负极，正负极之间用浸有电解液的隔膜隔开，其电池结构如图，下列说法不正确的是（　　）

A.负极的电极反应式为Li－e－===Li＋

B.正极材料中的石墨颗粒主要用于增强导电性

C.电池工作时电子经导线流向正极，又经高氯酸锂介质流向Li极

D.总反应方程式为2Li＋S===Li2S

2．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。

一种石墨烯锂硫电池（2Li＋S8===Li2S8）工作原理示意图如图。

已知参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。

下列有关该电池说法不正确的是（　　）

A.金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料

B.A电极为该电源的负极，发生氧化反应

C.B电极的反应：

2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8

D.电子从A电极经过外电路流向B电极，再经过电解质流回A电极

3．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1molNa2Mn5O10转移2mol电子

C.Na＋不断向“水”电池的负极移动

D.AgCl是还原产物

4．MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A.石墨电极是该电池的正极

B.石墨电极上发生还原反应

C.Mg电极的电极反应式：

Mg－2e－===Mg2＋

D.电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极

5．银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag。

其工作示意图如图所示。

下列说法不正确的是（　　）

A.Zn电极是负极

B.Ag2O电极发生还原反应

C.Zn电极的电极反应式：

Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2

D.放电前后电解质溶液

的pH保持不变

6．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次性电池。

该电池反应原理如图所示，其中电解质LiC1O4溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。

下列说法正确的是

A.外电路的电流方向是由Li极流向MnO2极

B.正极的电极反应式：

MnO2+Li++e-=LiMnO2

C.Li电极发生还原反应

D.在放电过程中ClO4-向正极迁移

7．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其它均为Cu，则（）

A.电流方向：

电极Ⅳ→A→电极Ⅰ

B.电极Ⅰ发生还原反应

C.电极Ⅱ逐渐溶解

D.电极Ⅲ的电极反应：

Cu2++2e-＝Cu

8．钠离子电池具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点，特别适合于固定式大规模储能应用的需求。

一种以Na2SO4水溶液为电解液的钠离子电池的总反应为：

NaTi2（PO4）3＋2Na2NiFeⅡ（CN）6

Na3Ti2（PO4）3＋2NaNiFeⅢ（CN）6（注：

其中P的化合价为＋5，Fe的上标Ⅱ、Ⅲ代表其价态）。

下列说法不正确的是（　　）

A.放电时NaTi2（PO4）3在正极发生还原反应

B.放电时负极材料中的Na＋脱离电极进入溶液，同时溶液中的Na＋嵌入到正极材料中

C.该电池在较长时间的使用过程中电解质溶液中Na＋的浓度基本保持不变

D.充电过程中阳极反应式为：

2NaNiFeⅢ（CN）6＋2Na＋＋2e－===2Na2NiFeⅡ（CN）6

9．关于如图微生物燃料电池结构示意图的说法：

①微生物促进了电子的转移②微生物所在电极区放电时发生还原反应③放电过程中，H＋从正极区移向负极区④正极反应式为：

MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O正确的是（）

A.④B.①③

C.①④D.②③

10．MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。

已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，下列有关该电池的说法正确的是（　　）

A.该电池的正极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O

B.该电池的负极反应式为H2－2e－===2H＋

C.放电时OH－向负极移动

D.当生成1molH2O时，转移2mol电子

11．2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。

下列叙述错误的是（　　）

A.a为电池的正极

B.电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi

C.放电时，a极锂元素的化合价发生变化

D.放电时，溶液中Li＋从b向a迁移

12．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。

下列有关微生物电池的说法错误的是（）

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O

13．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：

CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是

A.检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B.若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C.电池反应的化学方程式为：

CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D.正极上发生的反应是：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

14．一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108g银，转移电子个数为1mol

B.Cu＋在负极发生氧化反应

C.Ag电极活泼，Ag失电子发生氧化反应

D.Cl－由负极迁移到正极

二、非选择题

15.氨气是一种富氢燃料，可以直接用于燃料电池，下图是供氨水式燃料电池工作原理：

（1）氨气燃料电池的电解质溶液最好选择________（填“酸性”、“碱性”或“中性”）溶液；

（2）空气在进入电池装置前需要通过过滤器除去的气体是____________________________；

（3）氨气燃料电池的反应是氨气与氧气生成一种常见的无毒气体和水，该电池的电极总反应是________________，正极的电极反应式是___________________。

16.利用“Na－CO2”电池将CO2变废为宝。

我国科研人员研制出的可充电“Na－CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管（MWCNT）为电极材料，总反应为4Na＋3CO2

2Na2CO3＋C。

放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：

（1）放电时，正极的电极反应式为______________________________________________；

（2）若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2mole－时，两极的质量差为________g；

（3）选用高氯酸钠－四甘醇二甲醚作电解液的优点是___________________________________（至少写两点）。

17.

（1）有一种新型的高能电池—钠硫电池（熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的βAl2O3陶瓷作固体电解质），反应式为2Na＋xS

Na2Sx。

①充电时，钠极与外电源________（填“正”或“负”）极相连。

其阳极反应式：

_______________________________________；

②放电时，发生还原反应的是__________（填“钠”或“硫”）极；

③用该电池作电源电解（如上图）NaCl溶液（足量），写出电解NaCl溶液的离子方程式：

________________________________，若钠硫电池工作一段时间后消耗23gNa（电能的损耗忽略不计），若要使溶液完全恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入（或通入）________（填物质名称），其质量约为_____________________________________；

④若用该钠硫电池作电源在一铁片上镀铜，此铁片与__________（填“钠”或“硫”）极相连。

（2）某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。

①放

电时，交换膜左侧溶液中实验现象____________________；

②当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少__________mol离子；

③该电池的能量转化的主要形式为_________________________________________________。

18.科学家用氮化镓、铜等材料组装成人工光合系统（如下图），利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4。

（1）写出铜电极表面的电极反应式：

__________________________________________________；

（2）为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量_________（选填“盐酸”或“硫酸”）。

参考答案

1．【答案】C

【解析】A、负极金属锂片失去电子生成Li＋，电极反应为Li－e－=Li＋，选项A正确；B、正极材料中的硫粉和聚合物粘合剂都不导电，这样会影响原电池的形成，所以掺入的石墨颗粒是增强正极材料的导电性，选项B正确；C、电池工作时，电子在外电路中从锂电极流出，经过导线流向正极，而在高氯酸锂介质中则是通过离子的定向移动形成闭合回路，选项C错误；D、硫粉作为正极，反应原理为S+2e-=S2-，因此总反应为2Li＋S=Li2S，选项D正确。

答案选C。

2．【答案】D

【解析】A、石墨烯锂硫电池总反应式为2Li＋S8=Li2S8，锂失电子发生氧化反应，锂是负极材料，金属锂的摩尔质量小，单位质量的锂放出电能明显比其他金属大，选项A正确；B、电池内部阳离子向正极移动，则A电极为该电源的负极，发生氧化反应，选项B正确；C、B为电源的正极，发生的电极的反应为2Li＋＋S8＋2e－=Li2S8，选项C正确；D、原电池的外电路中有电子转移，而电池的内部只有阴、阳离子的移动，选项D错误。

答案选D。

3．【答案】B

【解析】A、根据电池总反应：

5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl，可判断出银应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为Ag＋Cl－－e－=AgCl，而不是正极方程式，选项A错误；B、根据方程式中5molNa2Mn5O10生成，化合价共降低了2价，所以每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子，选项正确；C、在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，选项C错误；D、反应中银的化合价升高，被氧化，银应为原电池的负极，氯化银是氧化产物，选项D错误。

答案选B。

4．【答案】D

【解析】A、Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，选项A正确；B、H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，选项B正确；C、Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为：

Mg-2e-=Mg2+，选项C正确；D、电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，选项D错误。

答案选D。

本题考查原电池原理。

明确原电池的构成条件，结合Mg、双氧水的性质确定正负极是解题关键；该装置中Mg易失电子作负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+，石墨电极是该电池的正极，H2O2具有氧化性，应在原电池的正极被还原，电极反应式为H2O2+2H++2e-═2H2O，据此分析解答。

5．【答案】D

【解析】A、活泼金属Zn为负极，Ag2O为正极，选项A正确；B、Ag2O电极为正极，正极上得到电子，发生还原反应，选项B正确；C、Zn为负极，电极反应式为：

Zn－2e－＋2OH－=Zn（OH）2，选项C正确；D、电极总反应式为：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag，放电后水消耗了，氯氧化钾的浓度增大，电解质溶液

的pH增大，选项D错误。

答案选D。

6．【答案】B

【解析】A、Li为负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，即从MnO2极流向Li极，故A错误；B、MnO2为正极，被还原，电极方程式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2，故B正确；C.Li为负极，Li电极发生氧化反应，故C错误；D.在放电过程中，阳离子移向负极，ClO4-向负极迁移，故D错误；故选B。

本题侧重于电化学知识以及氧化还原反应的全面考查，能很好地考查学生的分析能力、计算能力以及电化学知识的综合理解和运用。

本题中，Li为负极，被氧化，电极方程式为Li-e-=Li+，MnO2为正极，被还原，电极方程式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2。

7．【答案】A

【解析】试题分析：

电极Ⅰ为Al，其它均为Cu，Al易失电子作负极，所以Ⅰ是负极、Ⅳ是阴极，Ⅲ是阳极、Ⅱ是正极，则A．电流从正极沿导线流向负极，即电极Ⅳ→A→电极Ⅰ，A正确；B．电极Ⅰ上电极反应式为Al﹣3e﹣＝Al3+，发生氧化反应，B错误；C．电极Ⅱ是正极，正极上发生反应为Cu2++2e﹣＝Cu，所以电极Ⅱ质量逐渐增大，C错误；D．电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu﹣2e﹣═Cu2+，D错误；答案选A。

8．【答案】D

【解析】该原电池放电时，Fe元素化合价由+2价变为+3价，Ti元素化合价由+4价变为+3价，所以负极上Na2NiFeII （CN）6失电子发生氧化反应、正极上NaTi2（PO4）3得电子发生还原反应，充电时，阳极、阴极反应式与正极、负极反应式正好相反；A．放电时NaTi2（PO4）3在正极得电子而发生还原反应，故A正确；B．放电时，阳离子向正极移动，所以放电时负极材料中的Na+脱离电极进入溶液，同时溶液中的Na+嵌入到正极材料中，故B正确；C．根据电池反应式知，反应过程中钠离子实质上不参加反应，所以钠离子浓度基本不变，故C正确；D．充电时，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为Ti2（PO4）33--2e-=Ti2（PO4）3-，故D错误；故选D。

9．【答案】C

【解析】根据图知，碳水化合物失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则右边装置中电极是负极、左边装置中电极是正极；①在微生物的作用微生物作用下，该装置为原电池装置，原电池能加快反应速率，所以可以说微生物的作用是促进电路中电子的转移，故正确；②微生物所在电极区放电时失电子发生氧化反应，故错误；③放电过程中，H+从负极区移向正极区，故错误；④正极上二氧化锰得电子和氢离子反应生成锰离子和水，正极反应式为：

MnO2+4H++2e-═Mn2++2H2O，故正确；故选C。

明确各个电极上发生的反应及离子移动方向、电极反应式的书写是解本题关键，根据图知，碳水化合物失电子发生氧化反应生成二氧化碳，则右边装置中电极是负极、左边装置中电极是正极，电解质溶液呈酸性，正极上二氧化锰得电子和氢离子反应生成锰离子和水，所以正极反应式为MnO2+4H++2e-═Mn2++2H2O，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，据此分析解答。

10．【答案】D

【解析】A．该燃料电池燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3总反应为2H2+O2=2H2O，负极反应为2H2+2CO32--4e-═2H2O+2CO2，用总反应减负极得正极反应式：

O2+2CO2+4e-═2CO32-，故A错误；B．该电池的负极发生氧化反应，电池反应式为2H2+2CO32--4e-═2H2O+2CO2，故B错误；C．原电池中阴离子向负极移动，故C错误；D．依据电池反应转移4mol电子生成2mol水，即当生成1molH2O时，转移2mol电子，故D正确；答案为D。

11．【答案】C

【解析】A．根据图知，放电时，b电极上Li失电子生成Li+，所以b是负极，则a是正极，故A正确；B．放电时，负极反应式为xLi-xe-═xLi+，正极反应式为xLi++Li1-xMn2O4+xe-═LiMn2O4，所以电池反应式为Li1-xMn2O4+xLi=LiMn2O4，故B正确；C．放电时，a极上Li元素化合价都是+1价，化合价不变，故C正确；D．a是正极、b是负极，放电时电解质溶液中阳离子向正极移动，所以溶液中的Li+从b向a迁移，故D正确；故选C。

考查化学电源新型电池，明确各个电极上发生的反应是解本题关键，放电时，Li易失电子作负极，负极反应式为xLi-xe-═xLi+，正极反应式为xLi++Li1-xMn2O4+xe-═LiMn2O4，得失电子相同时将正负极电极反应式相加即可得到电池反应式，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动；难点是电极反应式的书写，注意电解质溶液中阴阳离子移动方向，为易错点。

12．【答案】A

【解析】试题分析：

A、根据C元素的化合价的变化可知生成二氧化碳的反应为氧化反应，应在负极生成，A错误；B、在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率加快，所以微生物促进了反应的发生，B正确；C、原电池中阳离子向正极移动，C正确；D、电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，D正确。

答案选A。

13．【答案】C

【解析】A．原电池中，阳离子向正极移动，A错误；B．氧气得电子被还原，化合价由0价降低到-2价，若有0.4mol电子转移，则应有0.1mol氧气被还原，在标准状况下的体积为2.24L，B错误；C．酸性乙醇燃料电池的负极反应为CH3CH2OH-4e-+H2O＝CH3COOH+4H+，可知乙醇被氧化生成乙酸和水，总反应式为CH3CH2OH+O2＝CH3COOH+H2O，C正确；D．燃料电池中，氧气在正极得电子被还原生成水，正极反应式为O2+4e-+4H+＝2H2O，D错误，答案选C。

14．【答案】B

【解析】A．正极上的反应为AgCl（s）+e-＝Ag（s）+Cl-（aq），生成108g即1mol银，转移电子的物质的量为1mol，电子个数为NA，A错误；B．铂作负极，负极上Cu+失电子生成Cu2+，则Cu+在负极发生氧化反应，B正确；C．AgCl中的银离子，在银电极上得电子发生还原反应，所以银作正极，Ag电极不发生反应，C错误；D．原电池中阴离子向负极移动，即Cl-由正极迁移到负极，D错误；答案选B。

明确原电池的工作原理是解答的关键，原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。

电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。

例如该题根据图中得失电子确定正负极，再结合电流方向、电极反应来分析解答，另外结合方式中银与电子的关系计算分析。

15．【解析】

（1）氨气是碱性气体，所以电解液最好选择碱性的；

（2）空气中的CO2能和氨水反应，所以滤去的气体是CO2；（3）正极发生氧化反应，氧气在正极反应，注意是碱性环境，所以，正极的电极反应式为：

O2+4e-+2H2O=4OH-。

【答案】碱性CO24NH3＋3O2===2N2＋6H2O3O2＋12e－＋6H2O===12OH－（或O2＋4e－＋2H2O===4OH－）

16．【解析】

（1）正极CO2得电子发生还原反应，故电极方程式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，故答案为：

3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C；

（2）正极发生的电极反应3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C

        3    4   2  1

      0.15    0.2  0.1 0.05，

m（总）=m（Na2CO3）+m（C）=106g/mol×0.1mol+12g/mol×0.05mol=11.2g，

负极发生的电极反应4Na-4e-=4Na+

92  4

m（Na）  0.2

m（Na）=4.6g，故两极的质量差为11.2g+4.6g=15.8g，故答案为：

15.8；

（3）选用髙氯酸钠-四甘醇二甲醚做电解液的优点是导电性好，与金属钠不反应，难挥发，故答案为：

导电性好，与金属钠不反应，难挥发。

【答案】3CO2＋4Na＋＋4e－===2Na2CO3＋C15.8导电性好、与金属钠不反应、难挥发等

17．【解析】

（1）①根据电池反应式知，充电时，钠离子得电子发生还原反应，所以钠作阴极，应该连接电源负极；阴极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Na2Sx-2e-=xS+2Na+ 或Sx2--2e-=xS，故答案为：

负；Na2Sx-2e-=xS+2Na+ 或Sx2--2e-=xS；

 ②放电时，硫得电子发生还原反应作正极，故答案为：

硫；

③电解NaCl溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，离子方程式为：

2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑，电解本质为电解HCl，根据少什么加什么结合转移电子数相等，所以若要使溶液完全恢复到起始浓度，可向溶液中加入氯化氢，其质量约为

×36.5g/mol=36.5g，故答案为：

2Cl-+2H2O

2OH-+H2↑+Cl2↑；氯化氢；36.5g；

④在一铁片上镀铜，铜作阳极，铁作阴极应与负极相连，所以若用该钠硫电池作电源在一铁片上镀铜，此铁片与负极钠相连，故答案为：

钠；

（2）①放电时，交换膜左侧的氢离子向右侧移动，在负极上有银离子生成，银离子在左侧和氯离子反应生成AgCl沉淀，故答案为：

有大量白色沉淀生成；

②放电时，当电路中转移0.01mole-时，交换膜左则会有0.01mol氢离子通过阳离子交换膜向正极移动，有0.01mol氯离子反应生成AgCl白色沉淀，所以交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子，故答案为：

0.02；

③该电池的能量转化的主要形式为化学能转化为电能，故答案为：

化学能转化为电能。

【答案】负Na2Sx－2e－===xS＋2Na＋（或S

－2e－===xS）硫2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑氯化氢36.5g钠有大量白色沉淀生成0.02化学能转化为电能

18.【解析】

（1）根据图知，Cu电极上反应物是二氧化碳和氢离子，生成物是甲烷和水，电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O，故答案为：

CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O；

（2）电解质溶液呈酸性，加入的酸不能影响产物成分，由于盐酸易挥发，生成的甲烷中会混有HCl气体，应加入硫酸，故答案为：

硫酸。

本题考查原电池原理，为高频考点，明确原电池各个电极发生的反应是解本题关键，难点是电极反应式的书写。

【答案】CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O硫酸