高中化学人教版选修四(学业分层测评)第四章电化学基础学业分层测评21含解析

学业分层测评（二十一）
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．(2014·北京高考)下列电池工作时，O2在正极放电的是()
【解析】锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－2MnOOH＋2OH －，MnO2在正极放电，A错误。

氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－2H2O，O2在正极放电，B正确。

铅蓄电池，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。

镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。

【答案】 B
2．Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl＋Mg Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。

有关该电池的说法正确的是() A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－Ag＋Cl－
C．不能被KCl 溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
【解析】Mg失去电子发生氧化反应，是电池的负极，电极反应为：Mg－2e －Mg2＋，A、B项错误；Mg-AgCl电池能够被海水激活，改用KCl作电解质溶液也能够激活该电池，C项错误；Mg-AgCl电池可将化学能转化为电能用于海上应急照明供电，D项正确。

【答案】 D
3．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为：Li＋MnO2LiMnO2。

下列说法中正确的是()
A．Li是正极，MnO2是负极
B．放电时负极的反应：Li－e－Li＋
C．放电时正极的反应：MnO－2＋e－MnO2
D．电池放电时，产生高锰酸根离子
【解析】Li在负极发生反应：Li－e－Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－MnO－2。

【答案】 B
4．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l) Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是()
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－2MnOOH(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
【解析】由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol锌参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极锌开始流经外电路而流向正极，并在正极发生反应：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－2MnOOH(s)＋2OH－(aq)。

所以外电路每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g。

电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极。

【答案】 C
5．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是()
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH－－4e－2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
【解析】由图可知，a极通入H2，为负极；b极通入O2为正极，得电子发生还原反应。

该电池只要通入H2、O2就能工作，无需将它们储藏在电池内部。

氢氧燃料电池的能量效率较高，而且产物水是一种无污染物质，故是一种具有应用前景的绿色电源，在航天领域已得到应用。

【答案】 B
6．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－4OH －。

当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为()
A．1.8 mol B．3.6 mol
C．100 mol D．200 mol
【解析】n(H2O)＝1.8×103 g
18 g/mol＝100 mol，由总反应方程式：2H2＋
O22H2O，知每生成2 mol H2O转移电子4 mol，现得到100 mol H2O则转移电子200 mol。

【答案】 D
7．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－2CO2－3＋
12H2O,7H2O＋7
2O2＋14e
－14OH－。

有关此电池的推断正确的是()
A．通氧气的电极为负极
B．参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度不变
D．电解质溶液中CO2－3向正极移动
【解析】原电池反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应，通氧气的电极为正极，A项错误；根据反应式可知参加反应的氧气与C2H6的物质的量之比为7∶2，
B项正确；由电极反应式可知，放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减小，C项错误；负极周围的OH－参与电极反应，不断减少，水电离产生的H＋就不断增加，CO2－3向负极移动，D项错误。

【答案】 B
8．Li-Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2Li＋＋FeS＋2e－Li2S＋Fe
有关该电池的下列说法中，正确的是()
A．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1
B．该电池的总反应式为2Li＋FeS Li2S＋Fe
C．负极的电极反应式为Al－3e－Al3＋
D．充电时，阴极发生的电极反应式为Li2S＋Fe－2e－2Li＋＋FeS
【解析】由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以Li-Al 在电池中作为负极材料。

该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li－2e－2Li＋，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2Li＋FeS Li2S＋Fe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li＋＋2e－2Li，故D项错误。

【答案】 B
9．甲醇燃料电池(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O2＋4H＋＋4e－2H2O。

下列叙述中不正确的是()
A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－CO2↑＋6H＋
B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O
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，经外电路再从通入氧气的一极流入
【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，所以C项错误。

【答案】 C
10．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。

有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：Zn＋2OH－－2e－
Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。

根据上述反应式，完成下列题目。

(1)判断下列叙述中正确的是________。

A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
(2)写出电池的总反应式：
_______________________________________________。

(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。

【解析】(1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn 极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为Zn＋Ag2O＋
H2O Zn(OH)2＋2Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。

【答案】(1)C
(2)Zn＋Ag2O＋H2O Zn(OH)2＋2Ag
(3)减小增大不变
11．铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。

试根据上述情况判断：
(1)铅蓄电池的负极材料是________。

(2)工作时，正极反应为
_______________________________________________。

(3)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向________极。

(5)电流方向从________极流向________极。

【解析】铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。

根据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价升高，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2＋SO2－4＋4H＋＋2e－PbSO4＋2H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参加了反应，H＋转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。

【答案】(1)Pb
(2)PbO2＋SO2－4＋4H＋＋2e－PbSO4＋2H2O
(3)增大(4)负(5)正负
12．(1)今有2H2＋O2KOH,2H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是______，电极反应式分别为__________________、
_______________________________________________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式分别为
__________________、________________________________________。

(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？
_______________________________________________。

(3)如把H2改为甲烷、KOH作导电物质，则电极反应式为：________________、_______________________________________________。

【解析】根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。

又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－4H2O，正极反应为：O2＋2H2O ＋4e－4OH－。

若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－2H2O。

由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多故溶液变稀，碱性变小，pH将变小。

而后者为酸溶液，H2SO4量不变，水增多，溶液酸性变小，故pH 将变大。

如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH 存在，此时不会有CO2放出。

【答案】(1)H2O2负极：2H2＋4OH－－4e－4H2O正极：O2＋
2H2O＋4e－4OH－
(2)负极：2H2－4e－4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－2H2O(1)变小，(2)变大
(3)负极：CH4＋10OH－－8e－CO2－3＋7H2O
正极：2O2＋4H2O＋8e－8OH－
[能力提升]
13．(2014·全国卷Ⅱ )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LiMn2O4Li1－x Mn2O4＋x Li
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
【解析】图示所给出的是原电池装置。

A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。

B.电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。

C.放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。

D.放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。

【答案】 C
14．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

关于该电池的叙述正确的是()
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol 氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4/6 L
【解析】由于是微生物燃料电池，则不可能在高温下工作，A错误；放电过程中，H＋从负极区向正极区迁移，结合O2－形成H2O，C错误；每消耗1 mol O2
则转移4 mol电子，由C6H12O6＋6H2O－24e－6CO2↑＋24H＋计算出：转移4 mol电子则生成1 mol CO2，即标准状况下体积为22.4 L，D错误。

【答案】 B
15．(2013·全国卷Ⅱ )“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。

下列关于该电池的叙述错误的是()
A．电池反应中有NaCl生成
B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子
C．正极反应为：NiCl2＋2e－Ni＋2Cl－
D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
【解析】结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。

A项，在负极Na失电子生成Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－Ni＋2Cl－；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。

【答案】 B
16．(2015·全国卷Ⅱ )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，其周围是有碳粉、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)
【导学号：29910054】
(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MnO2＋H＋＋e－MnOOH。

金属锌作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应式为2MnO2＋2H＋＋Zn2MnOOH＋Zn2＋。

(2)电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q＝It ＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－1，故通过电子的物质的量为150 C
≈0.001 6 mol，则理论上消耗Zn的质量为65 g·mol－1×0.001 6
96 500 C·mol－1
mol×1/2≈0.05 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)MnO2＋H＋＋e－MnOOH2MnO2＋Zn＋2H＋2MnOOH＋Zn2＋
[注：式中Zn2＋可写为Zn(NH3)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
11。