高中化学选修四(鲁科版)第1章第3节第2课时化学电源

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
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是()
2
误；氢燃料电池中，氢气在负极放电，氧气在正极放电，B项正确；铅蓄电池中，Pb在负极放电，PbO2在正极放电，C项错误；镍镉电池中，镉(Cd)在负极放电，NiOOH在正极放电，D项错误。

答案：B
2．一种充电电池放电时的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O; NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()
A．H2O的还原B．NiOOH的还原
C．H2的氧化D．Ni(OH)2的氧化
解析：放电时为原电池反应，负极上失去电子，正极上得到电子；充电时为电解反应，与外电源正极连接的电极为阳极，由放电时的电极反应式知，阳极上发生的是Ni(OH)2的氧化反应，D正确。

答案：D
3．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．为了利用电池外壳的金属材料
B．防止汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
解析：废电池中汞、镉和铅等重金属离子能对土壤和水源造成污染，必须进行集中处理。

答案：B
4．纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银，电解质溶液为KOH 溶液。

放电时两个电极反应分别为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列说法中，正确的是() A．锌是负极，氧化银是正极
B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应
C．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
D．在电池放电过程中，电解质溶液的酸碱性基本保持不变
解析：由电极反应式可知Zn作负极，Ag2O作正极，A正确；锌发生氧化反应，Ag2O发生还原反应，B错误；溶液中的OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，C错误；电池的总反应为：Zn＋Ag2O ＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，电解质溶液为KOH溶液，因电池放电过程中不断消耗水，使溶液中c(OH)－增大，D错误。

答案：A
5．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是()
A．Pb为正极被氧化
B．溶液的pH不断减小
C．SO2－4只向PbO2处移动
D．电解质溶液的pH不断增大
解析：由题给电极反应式可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，所以B不正确，D正确；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO2－4和OH－)移向Pb极，所以C不正确。

答案：D
6．(1)根据氧化还原反应2H2＋O2===2H2O，设计成燃料电池，负极通入的气体应是________，正极通入的气体应是________。

(2)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：
(3)若把H2改为CH4，KOH作电解质，则正极反应式为________。

解析：(1)氢、氧燃料电池中通可燃性气体(H2)的一极为负极，通O2的一极为正极。

(2)若以H2SO4溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。

反应过程中生成水，溶液中c(H＋)减小，pH增大。

若以KOH溶液作电解质溶液，其电极反应式为：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：2H2O＋O2＋4e －===4OH－。

反应过程中生成水，溶液中c(OH－)减小，pH减小。

(3)若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质溶液时其正极反应式不变。

答案：(1)H2O2(2)见下表(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(时间：40分钟分值：100分)
一、选择题(本题包括6个小题，每小题8分，共48分。

每小题只有一个选项符合题意)
1．电池在生产、生活中应用越来越广泛。

下列说法错误的是()
A．化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电
B．铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位重量的电极材料释放的电能大
C．燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点
D．锂电池是一种高能电池，体积小、重量轻，比能量高
解析：A项，化学电源有一次电池、可充电电池和燃料电池等，一次电池只能放电，不能充电反复使用，正确；B项，铅蓄电池应用
广泛，主要优点是制作方便，但质量重，单位质量的电极材料释放的电能小，错误；C项，任何可燃性燃料，只要把燃料失去电子的氧化反应和助燃剂的还原反应分开进行，都可以设计成燃料电池，燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染小等优点，正日益成为备受人们喜爱的电池，正确；D项，锂的原子量为7，每产生1 mol电子，消耗金属的质量只有7 g，所以相同质量时提供的能量要比其他电池高得多。

因此锂电池是一种高能电池，具有体积小、重量轻，比能量高的优点，正确。

答案：B
2．锂电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。

某种锂电池的总反应为：Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是()
A．锂是正极，电极反应为：Li－e－===Li＋
B．锂是负极，电极反应为：Li－e－===Li＋
C．锂是负极，电极反应为：MnO2＋e－===MnO－2
D．锂是负极，电极反应为：Li－2e－===Li2＋
解析：在原电池中负极失去电子，被氧化，因此锂作为负极；锂位于ⅠA族，只能生成Li＋。

答案：B
3．某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。

下列有关该电池的叙述不正确的是()
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O
D．消耗2.24 L H2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移
解析：在氢氧燃料电池中，H 2在负极上反应：2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O ；O 2在正极上反应：O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －，其总反应式为：2H 2＋O 2===2H 2O 。

工作一段时间后，电解液中KOH 的物质的量不变，但其浓度减小。

消耗0.1 mol H 2时，转移电子的物质的量为0.2 mol ，D 项错误。

答案：D
4．氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生
镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式是H 2＋2NiOOH 放电
充电2Ni(OH)2。

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是( )
A ．电池放电时，电池负极周围溶液的pH 不断增大
B ．电池放电时，镍元素被氧化
C ．电池充电时，氢元素被氧化
D ．电池放电时，H 2在负极放电
解析：根据电池反应可首先看出放电时，H 2在负极被氧化，NiOOH 在正极被还原，而充电时则是氢元素被还原，镍元素被氧化。

答案：D
5．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 ℃左右时供电，电池总反应式为C 2H 5OH ＋3O 2===2CO 2＋3H 2O ，电池示意图如图所示，下列说法中正确的是( )
A ．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B ．电池工作时，电流由b 极沿导线流向a 极
C．a极上发生的电极反应是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．b极上发生的电极反应是2H2O＋O2＋4e－===4OH－
解析：通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。

电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b 极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH－，D项不正确。

答案：B
6．一种新型熔融盐燃料电池具有很高的发电效率。

现用Li2CO3和Na2CO3的熔融混合物作电解质，一极通CO气体，另一极通O2和CO2混合气体，其总反应为2CO＋O2===2CO2。

则下列说法中正确的是()
A．通CO的一极是电池的正极
B．负极发生的电极反应是O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3
C．负极发生的电极反应是CO＋CO2－3－2e－===2CO2
D．正极发生氧化反应
解析：由电池反应2CO＋O2===2CO2可知，通CO的一极为电池负极，通O2的一极为电池正极，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，负极的电极反应为2CO＋2CO2－3－4e－===4CO2，正极的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。

答案：C
二、非选择题(本题包括3个小题，共52分)
7．(16分)镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用，它的
充、放电反应如下：
请回答下列问题：
(1)上述反应式中左边物质的总能量________ (填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。

(2)放电时负极发生反应的物质是________，放电时正极的反应式为___________________。

(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理，最主要的原因是
______________________________________________________。

解析：(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能，即反应物总能量大于生成物总能量。

(2)根据总反应式可知放电时：负极(Cd)反应式：Cd＋2OH－－2e －===Cd(OH)2，
正极(NiOOH)反应式：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。

(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子对环境造成污染。

答案：(1)大于(2)Cd NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染
8．(18分)镍镉可充电电池，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质溶液是KOH溶液。

放电时电极反应式为：
负极：Cd＋2OH－－2e－―→Cd(OH)2；
正极：2H2O＋2NiOOH＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。

请回答下列问题：
(1)当电池放电时，该电池的电池反应为________________
_____________________________________________________；
此时，电池负极周围
溶液的pH会不断________(填“增大”或“减小”)。

(2)电池充电时，________元素被还原，________元素被氧化，阳极反应式可表示为_____________________________________。

(3)电池放电时，当有3.6 g水参加反应，电池中所转移的电子数目为________，同时有________g Cd参加反应。

解析：(1)将正极和负极的电极反应式合并即得放电时的电池反应：Cd＋2H2O＋2NiOOH===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，负极消耗OH－使溶液的pH减小。

(2)电池充电时的电极反应恰好与放电相反，即Cd元素被还原，Ni元素被氧化，其阳极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2H2O＋2NiO(OH)。

(3)根据关系式Cd～2H2O～2 mol e－，可确定3.6 g水参加反应时转移0.2 mol e－，此时消耗的Cd为0.1 mol，即11.2 g.
答案：(1)Cd＋2H2O＋2NiOOH===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2减小
(2)Cd Ni2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
(3)0.2N A11.2
9．(18分) 科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。

一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。

回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：__________。

(2)此电池的正极发生的电极反应式：_________________，负极发生的电极反应式：________________________________。

(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。

(4)使用该燃料电池的另一个好处是_____________________。

解析：(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。

(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式。

(3)H＋移向正极，在正极生成水。

(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。

答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
(3)正负极(4)对环境无污染。