人教版高中化学选修四第二节 化学电源.docx

高中化学学习材料
第二节化学电源
[经典基础题]
题组1 化学电池及处理
1．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使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质大量储存在电池内部
答案 C
解析碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池。

2．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．回收其中石墨电极
答案 B
解析汞、镉、铅等重金属离子会对土壤和水源造成污染。

题组2 一次电池
3．锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为：Zn(s)＋2MnO
2＋2NH
4
＋===Zn2＋
＋Mn
2O
3
(s)＋2NH
3
↑＋H
2
O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是
( )
A．Zn B．碳
C．MnO
2和NH
4
＋D．Zn2＋和NH
3
答案 C
解析根据方程式可知：Zn为负极，碳棒为正极，负极：Zn－2e－===Zn2＋，
正极：2MnO
2＋2NH
4
＋＋2e－===Mn
2
O
3
＋2NH
3
↑＋H
2
O，所以正极上参与反应的物质
是MnO
2和NH
4
＋。

4．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应为：Zn＋2OH－－2e
－===Zn(OH)
2，Ag
2
O＋H
2
O＋2e－===2Ag＋2OH－。

根据反应式判断氧化银是
( )
A．负极被氧化B．正极被还原
C．负极被还原D．正极被氧化
答案 B
解析Ag
2
O―→2Ag得电子，化合价降低，被还原。

题组3 可充电电池
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″－Al
2O
3
陶瓷作固体电解质，反应为2Na＋x S
放电
充电
Na
2
S x，
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＋
答案 D
解析放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，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，负极发生氧化反应，D正确。

6．镍(Ni)镉(Cd)可充电的电池，放电时，电极材料是Cd和NiO(OH)，电解质是
KOH，电极反应分别是：Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)
2；2NiO(OH)＋2H
2
O＋2e－
===2Ni(OH)
2
＋2OH－。

下列说法不正确的是( ) A．电池放电时，负极周围溶液的pH不断减小
B．电池放电时总反应是Cd＋2NiO(OH)＋2H
2O===Cd(OH)
2
＋2Ni(OH)
2
C．电池充电时，镉(Cd)元素被氧化
D．电池充电时，电池的正极和电源的正极相连接
答案 C
解析C项，充电时，Cd(OH)
2
＋2e－===Cd＋2OH－，所以镉元素应被还原。

7．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。

某锂离子电池正极材料有
钴酸锂(LiCoO
2
)，导电剂乙炔黑和铝箔等。

充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋x Li＋＋x e－===Li x C6，充放电过程中，正极发生LiCoO2与Li1－x CoO2之间的转化。

下列有关说法不正确的是( )
A．放电时的负极反应式为：Li x C
6
－x e－===6C＋x Li＋
B．钴酸锂(LiCoO
2
)中钴元素的化合价为＋3
C．放电时正极发生LiCoO
2转化为Li
1－x
CoO
2
的反应
D．放电时锂离子向正极移动答案 C
解析放电时，电极反应式为负极：Li x C
6
－x e－===6C＋x Li＋
正极：Li
1－x CoO
2
＋x e－＋x Li＋===LiCoO2
所以放电时，Li
1－x CoO
2
转化为LiCoO
2。

题组4 燃料电池
8．美国《时代周刊》将氢燃料电池评为21世纪对人类生活具有重大影响的技术之一。

培根电池是一种碱性的氢氧燃料电池，已经应用在“阿波罗六号”太空船上。

将多个培根电池组合为电池组，向外供电，电池组工作稳定后，它的电动势和内阻基本保持不变。

电池所产生的水可以作为饮用水，今欲得常温下水1 L，则电池内电子转移的物质的量约为( ) A．8.9×10－3 mol B．4.5×10－2 mol
C．1.1×102 mol D．5.6×10 mol
答案 C
解析负极：2H
2－4e－＋4OH－===4H
2
O
正极：O
2＋4e－＋2H
2
O===4OH－
所以产生 2 mol水，转移 4 mol电子。

制得 1 L水转移电子数为
1 000 mL·1 g/mL
18 g·mol－1
×2＝1.1×102 mol。

9. 右图是甲醇燃料电池的结构示意图，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，电池总反应为
2CH
3OH＋3O
2
===2CO
2
＋4H
2
O。

下列说法不
正确的是( ) A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．正极反应式为：O
2＋2H
2
O＋4e－===4OH－
C．负极反应式为：CH
3OH＋H
2
O－6e－===CO
2
＋6H＋
D．该电池提供1 mol e－，消耗氧气0.25 mol 答案 B
解析电极反应式为：
负极：2CH
3OH－12e－＋2H
2
O===2CO
2
↑＋12H＋
正极：3O
2＋12e－＋12H＋===6H
2
O。

B错误；根据电子流向，可以判断a处通甲
醇，b 处通O 2。

当电池提供1 mol 电子时，消耗O 2为3 mol
12
＝0.25 mol 。

10. 美国海军海底战事中心与麻省理工大学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( )
A ．电池的负极反应为Mg －2e －===Mg 2＋
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 ＋H 2O 2＋2H ＋===Mg 2＋＋2H 2O 答案 B
解析 Mg －H 2O 2燃料电池中Mg 作负极：Mg －2e －===Mg 2＋，Pt 作正极：H 2O 2＋2H
＋
＋2e －===2H 2O ，总反应式为Mg ＋H 2O 2＋2H ＋===Mg 2＋＋2H 2O ，消耗H ＋，使c (H ＋)
减小，pH 增大，且H ＋移向正极。

[能力提升题]
11．“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。

(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将________能转化为________能，除供给飞船使用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。

其工作原理为
Cd ＋2NiOOH ＋2H 2O
放电
充电
Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
充电时，阳极的电极反应式为______________________；当飞船运行到地影区时，镉镍蓄电池开始为飞船供电，此时负极附近溶液的碱性________(填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn ＋Ag 2O ＋H 2O
放电
充电
2Ag
＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为________________________。

答案 (1)太阳 电 Ni(OH)2－e －＋OH －===NiOOH ＋H 2O 减小
(2)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)
2
解析(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)
2
为阳极；放电时负极
反应为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)
2
，故溶液碱性减小。

12．原电池是化学对人类的一项重大贡献。

(1)某兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。

①a和b不连接时，烧杯中发生反应的离子方程式是
________________________。

②a和b用导线连接，Cu极为原电池________极(填“正”或
“负”)，电极反应式是________________________，Zn极发
生________(填“氧化”或“还原”)反应，溶液中的H＋移向________(填“Cu”
或“Zn”)极。

③无论a和b是否连接，Zn片均被腐蚀，若转移了0.2 mol电子，则理论上
Zn片质量减轻________g。

(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回
答下列问题：
①电池的负极是________(填“a”或“b”)
电极，该极的电极反应式为：
__________________________________
______________________________________。

②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不
变”)。

答案(1)①Zn＋2H＋===Zn2＋＋H
2↑②正2H＋＋2e－===H
2
↑氧化Cu ③
6.5
(2)①a CH
4＋10OH－－8e－===CO
3
2－＋7H
2
O
②减小
解析分析本题装置，若a和b不连接，不能构成原电池；若a和b连接，
则符合构成原电池的条件。

(1)①若a、b不连接则发生的是Zn与H
2SO
4
的置
换反应；②a、b连接后，构成原电池，Cu的活泼性弱于Zn，Cu为正极，Zn 为负极，Zn极发生氧化反应；③若转移0.2 mol电子，则消耗0.1 mol Zn，
其质量为6.5 g。

(2)CH
4
在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。

电极反
应式可由总反应式CH
4＋2OH－＋2O
2
===CO
3
2－＋3H
2
O减去正极反应式O
2
＋2H
2
O＋
4e－===4OH－，求得。

由于电池工作过程中会消耗OH－，故一段时间后，电解质溶液的pH会减小。

13．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3Zn＋
2K
2FeO
4
＋8H
2
O
放电
充电
3Zn(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)放电时电子由________极流向________极；
(4)放电时1 mol K
2FeO
4
发生反应，转移电子数是________。

答案(1)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)
2
(2)氧化(3)负正(4)1.806×1024
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 K
2
FeO
4
发生反应，转移电子是3 mol，数目是1.806×1024，充电时Fe(OH)
3
失去电子发生氧化反应。

14．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。

(1)下列相关说法正确的是________(填序号)。

A．通过某种电池单位质量或单位体积所能输出能量的多少，可以判断该电池的优劣
B．二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可无限次重复使用
C．除氢气外，甲醇、汽油、氧气等都可用作燃料电池的燃料
D．近年来，废电池必须进行集中处理的问题被提上日程，其首要原因是电池外壳的金属材料需要回收
(2)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应式可表示为2Ni(OH)
2
＋
Cd(OH)
2充电
放电Cd＋2NiO(OH)＋2H2O
已知Ni(OH)
2和Cd(OH)
2
均难溶于水，但能溶于酸，以下说法正确的是
________(填序号)。

A．以上反应是可逆反应
B．反应环境为碱性
C．电池放电时Cd作负极
D．该电池是一种二次电池
(3)在宇宙飞船和其他航天器上经常使用
的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造
如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳
块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸
入，并在电极表面发生反应而放电。

①a电极是电源的________极；
②若该电池为飞行员提供了360 kg的水，则电路中通过了________mol电子。

(4)请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱，请画出实验装置图并写出电极反应式。

答案(1)A (2)BCD (3)负40 000
(4)装置如右图。

正极的电极反应式：2Fe3＋＋2e－
===2Fe2＋
负极的电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋
解析(1)B项二次电池可以多次使用，但不可能无限次重复使用。

C项氧气可用作燃料电池的氧化剂，而不是燃料。

D项废旧电池进行集中处理的主要原因是电池中含有汞、镉和铅等金属离子，它们会对土壤、水源造成污染。

(2)两个方向的反应条件不同，不能称为可逆反应。

(3)电路中通过的电子的物质的量为(360 000 g÷18 g·mol－1)×2＝40 000 mol。

(4)三价铁离子能够氧化单质铜生成铜离子，从而设计成原电池证明该结论。