【高效攻略、逐个击破】高中化学《4.2化学电源》章节验收题 新人教版选修4

4-2化学电源

一、选择题

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．铜锌原电池工作时，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

答案：B

点拨：二次电池，即可充电电池，所以A项对。B中，在原电池中，活泼金属Zn是负极，负极失电子发生氧化反应，因此电子的流向是由负极(锌电极)流向正极(铜电极)，B项错。

2．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )

A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细

B．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能

C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化

D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

答案：C

点拨：因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，A错；原电池是将化学能直接转变为电能，B错；氢氧燃料电池负极反应为H2－2e－===2H＋，C正确；太阳能电池采用硅材料制作，D错。

3．利用生活中常见的材料可以制作出一些有实际应用价值的装置来，如废铝罐和碳棒、食盐水等材料制作用于驱动玩具的电池。上述电池工作时，有关说法正确的是( ) A．铝罐将逐渐被腐蚀

B．碳棒上发生的反应为：O2＋4e－===2O2－

C．碳棒应与玩具电机的负极相连

D．该电池工作一段时间后碳棒的质量会减轻

答案：A

点拨：该电池的负极是Al，工作时铝将被腐蚀，A对；正极上O2得电子，但不会形成O2－，B错；碳棒是该电池的正极，与玩具电机正极相连，C错；碳棒不参与反应，质量不会减轻，D错。

放电

2Ni(OH)2。

4．(2012·三明一中高二检测)氢镍电池的总反应式是H2＋2NiO(OH)

充电

1

根据此反应判断，下列叙述中不正确的是( )

A．电池放电时，镍元素被氧化

B．电池充电时，氢元素被还原

C．电池放电时，镍元素被还原

D．电池放电时，H2在负极放电

答案：A

点拨：电池放电时，Ni元素化合价降低被还原，A错，C对；充电时，H元素化合价从＋1→0，化合价降低，被还原，B对；放电时，H元素化合价升高，在负极被氧化，D对。

5．微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I－。下列有关说法正确的是( ) A．正极反应：2Li－2e－===2Li＋

B．负极反应：I2＋2e－===2I－

C．总反应是：2Li＋I2===2LiI

D．金属锂作正极

答案：C

点拨：该电池中Li的活泼性强，作负极，其反应为：2Li－2e－===2Li＋，B、D均错。正极反应为：I2＋2e－===2I－，A错。总反应为2Li＋I2===2LiI，C正确。

6．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法不正确的是( ) A．在熔融电解质中，O2－移向正极

B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋13O2－－26e－===4CO2↑＋5H2O

答案：BC

点拨：该燃料电池中，O2在正极得到电子变成O2－，所以O2－应由正极移向负极，A项错；丁烷是还原剂，所以通入丁烷的一极应是负极，D项错。

7．阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H2＋O2===2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使水蒸发，则下列叙述中正确的是( ) A．此电池能发出蓝色火焰

B．H2为正极，O2为负极

C．工作时，电解质溶液的pH不断减小

D．电极反应为：负极2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

答案：D

点拨：氢氧燃料电池在放电时，氢气和氧气在铂的催化下反应，并不燃烧；根据氢气和

2

氧气在反应中化合价的变化，可以确定氢气在负极上反应，而氧气在正极上反应；电极反应

式为：负极2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应2H2＋O2===2H2O；因为反应生成的水蒸发，所以KOH溶液的浓度保持不变，故整个溶液的pH保持不变。

8．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为H2SO4溶液，工作时的反应为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离子浓度不变

D．电解质溶液密度不断减小

答案：D

点拨：蓄电池工作时相当于原电池，Pb作负极，被氧化，A错。H2SO4不断被消耗，pH 增大，B错。SO2－4在正、负极上生成PbSO4，SO2－4离子浓度减小，C错。消耗H2SO4，密度不断减小，D正确。

9．将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即可构成CH4燃料电池。已知通入CH4一极的电极反应式是：CH4＋10OH－===CO2－3＋7H2O＋8e－；通入O2一极的电极反应式是：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。下列有关叙述中，不正确的是( )

A．通入CH4的电极为负极

B．正极发生氧化反应

C．溶液中的OH－向负极移动

D．工作一段时间后应补充KOH

答案：B

点拨：该燃料电池正极发生还原反应，B不正确。根据题中电极反应式知CH4发生氧化反应，通入CH4的电极为负极，A正确；原电池工作时，电解质溶液中阴离子移向负极，C 正确；该电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O，工作时消耗KOH，D正确。

10．(2012·经典习题选萃)镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁电池放电时电压高而平稳，越来越成为人们研制绿色电池的关注焦点。其中一种镁充电电池的反应。为：

充电

x Mg＋Mo3S4

Mg x Mo3S 4

放电

下列关于镁充电电池的说法错误的是( )

A．放电时，Mg2＋向正极迁移

x e－===Mo3S4

B．放电时的正极反应为：Mo3S2x－

4－2

C．充电时，电池的负极接外电源的负极

D．放电时，负极反应为：Mg－2e－===Mg2＋

答案：B

3

点拨：放电时正极得电子，发生还原反应，电极反应式为Mo3S4＋2x e－===Mo3S2x－4，B项错。原电池工作时，电池内部阳离子移向正极，A正确。负极放电时失电子被氧化，D正确。充电时得电子被还原，应与外接电源负极相连，C正确。

)

11．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(

B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移

C．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应

D．铜电极上发生的电极反应是2H＋＋2e－===H2↑

答案：A

点拨：图示原电池中，Zn为负极发生氧化反应，Cu为正极发生还原反应，故A项正确，C项错；原电池工作时，ZnSO4溶液中的Zn2＋浓度增大，所以盐桥中的阴离子向ZnSO4溶液中迁移，B项错；铜电极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，D项错。

12．电动自行车由于灵活、快捷、方便，已成为上班族的主要代步工具，其电源常采用铅蓄电池。反应原理为：

放电

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)

2PbSO4(s)＋2H2O(l)。

充电

根据此反应判断下列叙述错误的是( )

A．放电时负极反应为：Pb(s)＋SO2－4(aq)－2e－===PbSO4(s)

B．充电时与电源的正极相连的电极发生氧化反应

C．放电时，电解液的密度增大

D．充电时，电解液的pH减小

答案：C

点拨：铅蓄电池放电时负极发生氧化反应，且铅失去电子后生成的铅离子与溶液中的硫酸根离子结合成硫酸铅，A正确；正极放电时发生还原反应，充电时则发生氧化反应，B正确；放电时，消耗硫酸，电解质溶液密度减小，C不正确；充电时又生成硫酸，电解液的pH 减小，D正确。

13．美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同成功研制了用于潜航器的镁－过氧化氢

4

燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(

)

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．电池总反应是：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

答案：B

点拨：该电池中镁为还原剂，作为负极，A对；电池工作时，阳离子移向正极，B错；电池工作过程为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，该过程中不断消耗氢离子，溶液的pH增大，

C、D对。

二、非选择题

14．氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH溶液，试回答下列问题：

(1)通入氯气的电极是________极(填“正”或“负”)，电极反应式为：_________________________________________________。

(2)加入铝的电极是________极(填“正”或“负”)，电极反应式为：_________________________________________________。

(3)电子从________极流向________极(填“Al”或“Cl2”)。

答案：(1)正3Cl2＋6e－===6Cl－

(2)负2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O

(3)Al Cl2

点拨：根据Cl2和Al的反应方程式：3Cl2＋2Al===2AlCl3可知，铝易失电子被氧化，为负极，但电解液为KOH溶液，故负极反应为：2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O，Cl2易得电子被还原，为正极，电极反应为3Cl2＋6e－===6Cl－。在外电路中电子从负极(铝极)流出沿导线流向正极(Cl2极)。

15．燃料电池是利用燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气反应，将反应产生的化学能转变为电能的装置，通常用氢氧化钾作为电解质溶液。完成下列关于甲烷(CH4)燃料电池的填空：

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(1)甲烷与氧气反应的化学方程式为：_____________________

_______________________________________________________________________________ _____________________________________。

(2)已知燃料电池的总反应式为CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，电池中有一极的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O，这个电极是燃料电池的________(填“正极”或“负极”)，另一个电极上的电极反应式为：_______________________

_________________________________________________。

(3)随着电池不断放电，电解质溶液的碱性________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(4)通常情况下，甲烷燃料电池的能量利用率________(填“大于”、“小于”或“等于”)甲烷燃烧的能量利用率。

答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O

(2)负极O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(3)减小(4)大于

点拨：燃料电池和原电池一样，氧化还原反应中的还原剂作为负极，反应为CH4＋10OH

－===4OH－；由电池反应－－8e－===CO2－

3＋7H2O；氧化剂作为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e

式可知反应过程中消耗氢氧化钾，因此，随着电池不断放电，电解质溶液的碱性将减弱；燃料电池的能量利用率(80%)比燃料燃烧的能量利用率(30%)高。

16．(2012·试题调研)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－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

根据上述反应式，做下列题目。

(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：________________________________

6

_______________________________________________________________________________ _________________________________。

(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________。

答案：(1)C (2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag

(3)减小增大不变

点拨：(1)由两电极反应相加得电池总反应式：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag，由总反应式知，在使用过程中KOH不被消耗，A错；由电极反应式，可知Zn是负极，发生氧化反应，Ag2O 是正极，发生还原反应，电子由Zn极流向Ag2O极。C对，B、D均错。

(3)电解质溶液为KOH溶液，使用时，负极区消耗OH－，pH减小；正极区产生OH－，pH 增大，消耗和产生的量相等，H2O的量不变，电解质溶液的pH不变。

17．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目的。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液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是：

_____________________________________________________。

(2)此电池的正极发生的电极反应式是______________________

__________________________________________________；

负极发生的电极反应式是___________、_________________。

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

(4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化效率高，其次是______

________________________________________________________。

答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O

(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O

2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋

(3)正负极(4)对环境无污染

点拨：甲醇燃料电池实质就是利用CH3OH燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH在负极发生氧化反应，电极反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧气在正极反应：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，两反应式相加即得总反应式。在电池中，负极释放出电子移动到正极上，故向外电路释放电子的电极为负极。在原电池的内电路中，阳离子向正极移动，故H＋向正极移动。甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。

18．(2012·经典习题选萃)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为

7

8 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)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________________，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为____________________________。

(4)该电池工作时，H 2和O 2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：

Ⅰ.2Li＋H 2=====△

2LiH

Ⅱ.LiH＋H 2O===LiOH ＋H 2↑

①反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是_____。

②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H 2体积比为_______________。

③由②生成的LiH 与H 2O 作用，放出的H 2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 。

答案：(1)由化学能转变为电能 由a 到b

(2)2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O

(或H 2＋2OH －－2e －===2H 2O)

(3)增大电极单位面积吸附H 2、O 2分子数，加快电极反应速率

(4)①Li H 2O ②11 148

(或8.71×10－4) ③32 点拨：(1)氢氧燃料电池中，负极通H 2，正极通O 2，所以导线中电子由a 到b 。

9 (2)负极H 2被氧化，写电极反应式时要注意电解质溶液的组成。

(3)本题考查读题能力，铂粉作用在题设中有说明。

(4)②2Li＋H 2=====△

2LiH

22.4 L 16 g

吸收224 L H 2时，生成的LiH 的质量为160 g ，LiH 体积与被吸收的H 2体积比为： 160 g 820 g·L

－1224 L ＝1 1 148 ③LiH＋H 2O===LiOH ＋H 2↑

8 g 1mol

160 g LiH 与H 2O 作用生成20mol H 2，H 2完全被氧化失40mol 电子，若能量转化率为80%，则导线中通过的电子的物质的量为40mol×80%＝32mol 。

氢氧燃料电池中的电极反应

氢氧燃料电池的负极上发生的是氢气被氧化为H ＋

的反应，如果该反应是在碱性条件下进行的，生成的H ＋瞬即与溶液中大量存在的OH －结合生成水。因此，实际发生的电极反应为：

H 2＋2OH －―→2H 2O ＋2e －

如果在酸性条件或中性条件下，电极反应为：

H 2―→2H ＋＋2e －

类似地，在氢氧燃料电池的正极，氧气中氧元素被还原为－2价。通常情况下，－2价的氧原子在水溶液中不能独立存在，它只能存在于含氧化合物中。在氢氧燃料电池中，－2价的氧原子则只能存在于水分子和OH －中。如果是酸性条件，还原产生的－2价的氧原子与周围的H ＋结合生成水，电极反应为：

O 2＋4H ＋＋4e －―→2H 2O

如果反应条件为中性或碱性，－2价的氧原子主要存在于OH －中，因此电极反应为：

O 2＋2H 2O ＋4e －―→4OH －

由此可见，书写电极反应式时，除了应该考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外，还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。

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