专题1分层作业5 化学电源
A级 必备知识基础练
1.如图所示是几种常见的化学电源示意图,有关说法不正确的是( )
A.碱性氢氧燃料电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
B.干电池工作时,H+向石墨电极移动
C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g
D.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
2.氢氧燃料电池可用于太空航行,反应产生的水经冷却后可作为航天员的饮用水。下列关于碱性氢氧燃料电池说法正确的是( )
A.电子从通氧气电极一端流出,经过导线流向通氢气电极一端
B.当得到1.8 L饮用水时,电池内转移电子约为200 mol
C.电池的负极反应为H2-2e-2H+
D.如改为酸性电池,电池总反应将发生改变
3.Li-MnO2电池放电时反应为Li+MnO2LiMnO2,下列说法不正确的是( )
A.Li电极发生氧化反应
B.溶液中Li+向MnO2电极移动
C.可用水代替电池中的有机化合物
D.正极反应式为Li++e-+MnO2LiMnO2
4.某公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池的工作原理如图所示,下列有关说法正确的是( )
A.电极2发生氧化反应
B.电池工作时,Na+向负极移动
C.电流由电极1经外电路流向电极2
D.电极1发生的电极反应为2NH3+6OH--6e-N2↑+6H2O
5.研究发现,锂和氧气反应的产物与温度有关,低于150 ℃时,反应为 Li+O2LiO2及2Li+O2Li2O2,高于150 ℃时,则主要为2Li+O2Li2O。基于此,研究人员设计了如图在较高温度下工作的 Li-O2电池。
下列说法错误的是( )
A.复合电极为正极
B.负极的电极反应式为 Li-e-Li+
C.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.与低温下的反应比较,转移等量的电子所需氧气更少,具有更高的能量密度
6.某甲烷燃料电池的构造如图所示,a、b为电极,C、D为选择性离子交换膜,该交换膜只允许一种离子通过。下列说法正确的是( )
A.b电极是电池负极
B.电流由b电极沿导线流向a电极,再由a电极通过电解质溶液流回b电极
C.出口Y中KOH的质量分数小于ω%
D.a电极的电极反应式为CH4-8e-+8OH-CO2+6H2O
7.有一种以甲醇为原料,以KOH为电解质的用于手机的可充电高效燃料电池,充满一次电可以连续使用一个月。已知该电池的总反应式为
2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。
请回答下列问题:
(1)放电时,负极的电极反应式为 。
(2)充电时,该燃料电池的负极与外电源的 (填“正”或“负”)极相连。
(3)若在常温、常压下,1 g CH3OH完全燃烧生成CO2和液态水时放出22.68 kJ的热量,则表示该反应的热化学方程式为 。
B级 关键能力提升练
8.氟离子电池因能量密度高、环境友好而成为一种前景广阔的新型电池,结构如下图所示,充电时F-从电极乙流向电极甲。下列说法正确的是( )
A.放电时,电极乙为正极,发生还原反应
B.放电时,电极甲发生反应:Bi-3e-+3F-BiF3
C.充电时,电极甲与外加电源的正极相连
D.充电时,导线上每通过2 mol e-,电极乙质量减少19 g
9.科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.吸附层b为电池的正极
B.“全氢电池”的总反应为H++OH-H2O
C.NaClO4的作用是传导离子并参与电极反应
D.Na+在装置中从左侧透过阳离子交换膜向右侧移动
10.某种利用垃圾渗透液实现发电的装置示意图如下,当该装置工作时,下列说法不正确的是( )
A.盐桥中K+向Y极移动
B.电路中流过7.5 mol电子时,共产生标准状况下N2的体积为16.8 L
C.电子由X极沿导线流向Y极
D.Y极发生的反应为2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-,周围pH增大
11.如图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是( )
A.放电时,正极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-
B.电池的电解液可为KOH溶液
C.充电时,阴极反应式为MH+OH--e-H2O+M
D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
12.一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法正确的是( )
A.电池工作时,光能转化为电能,电极X为电池的正极
B.镀铂导电玻璃的作用是传递I-
C.电解质溶液中发生反应:2Ru3++3I-2Ru2++
D.电池的电解质溶液中I-和的浓度均不断减小
13.下图是某氢氧燃料电池的结构示意图,电解质溶液为硫酸溶液。氢气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2H2+O22H2O,回答下列问题:
(1)通H2的一极为电池的 (填“正”或“负”)极。
(2)b电极上的电极反应式为 。
(3)每转移0.2 mol电子,消耗H2的体积为 L(标准状况下)。
(4)若将氢气换成甲烷(CH4),电解质溶液更换为NaOH溶液,去掉质子交换膜。
①则a电极的电极反应式为 。
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”)。
(5)若将氢气换成一氧化碳(CO),电解质溶液更换为固体电解质(可传导O2-),去掉质子交换膜,则a极的电极反应式为 。
14.如图为原电池装置示意图:
(1)将铝片和铜片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入烧碱溶液中,分别形成了原电池,在这两个原电池中,作为负极的分别是 (填字母)。
a.铝片 铜片 b.铜片 铝片
c.铝片 铝片 d.铜片 铜片
(2)若A为Pb,B为PbO2,电解质为硫酸,工作时的总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。写出B电极反应式: ;该电池工作时,A电极的质量将 (填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4,则转移电子的数目为 (设NA为阿伏加德罗常数的值)。
(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入CH4和O2,该电池为甲烷燃料电池,写出A电极反应式: 。
该电池工作一段时间后,溶液的碱性将 (填“增强”“减弱”或“不变”)。
C级 学科素养拔高练
15.科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。
A
B
(1)图A为钠硫高能电池的结构示意图。该电池的工作温度为320 ℃左右,电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极的电极反应式为 。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是 。
与铅蓄电池相比,当消耗相同质量的负极活性物质时,钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的 倍。
(2)熔融状态下,钠单质和FeCl2能组成二次电池(装置示意图如图B),反应原理为2Na+FeCl2Fe+2NaCl。放电时,电池的正极反应式为 ;充电时, (写物质名称)电极接电源的负极。
参考答案
专题1 分层作业5 化学电源
1.C 解析 碱性氢氧燃料电池的正极是O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-,A项正确;干电池的石墨是正极,电池工作时H+向正极移动,即向石墨电极移动,B项正确;铅蓄电池工作过程中,负极上铅失电子生成硫酸铅,且硫酸铅在负极上析出,硫酸铅是难溶物质,则负极质量应该增加而非减小,C项错误;干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,D项正确。
2.B 解析 在氢氧燃料电池中,通入氢气的电极为负极,通入氧气的电极为正极,电子从通氢气电极一端流出,经过导线流向通氧气电极一端,A错误;当得到1.8 L饮用水时,反应产生H2O的物质的量约为=100 mol。电池反应产生1 mol H2O时转移2 mol电子,则反应产生100 mol H2O时,电池内转移电子约为200 mol,B正确;在碱性环境中不可能大量存在H+,在电池的负极H2失去电子被氧化产生H+,然后结合溶液中的OH-生成H2O,所以电池的负极反应为H2-2e-+2OH-2H2O,C错误;如果将电解质溶液改为酸性电解质溶液,电池总反应不会发生改变,D错误。
3.C 解析 Li电极为负极,失电子发生氧化反应,A项正确;MnO2为正极,溶液中阳离子向正极移动,B项正确;锂是活泼金属,能与水反应,因此不能用水代替有机化合物,C项错误;负极反应式为 Li-e-,由总反应可得,正极反应式为 Li++e-+MnO2,D项正确。
4.D 解析 由题图可知,电极2为正极,发生还原反应,A项错误;电解质溶液中的阳离子向正极移动,B项错误;电流从正极经外电路流向负极,应从电极2经外电路流向电极1,C项错误;负极NH3放电生成N2,D项正确。
5.C 解析 根据题图,电子由负极流向正极,所以复合电极为正极,A项正确;锂电极为负极,锂失去电子,负极的电极反应式为 Li-e-Li+,B项正确;电解质为熔融硝酸盐,没有水,所以氧气在较高温度下得到电子生成氧离子,电极反应式为O2+4e-2O2-,C项错误;对比反应Li+O2LiO2,2Li+O2Li2O2,2Li+O2Li2O,转移等量的电子时,消耗的锂相同,则较高温度时生成 Li2O所需氧气更少,D项正确。
6.B 解析 根据图中分析可知,甲烷是还原剂,因此a电极为原电池负极,氧气为氧化剂,因此b电极为原电池正极,故A错误;电流由正极经导线流向负极,即电流由b电极沿导线流向a电极,再由a电极通过电解质溶液流回b电极,故B正确;KOH溶液中的钾离子穿过D膜向b电极移动,氧气变为氢氧根离子,因此出口Y中KOH的质量分数大于ω%,故C错误;a电极上甲烷失电子生成碳酸根,其电极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O,故D错误。
7.答案 (1)CH3OH+8OH--6e-C+6H2O
(2)负
(3)CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-725.76 kJ·mol-1
解析 (1)CH3OH中C元素从-2价变成+4价,所以CH3OH是负极反应物,发生氧化反应,电极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O,因电解质为KOH,所以氧化产物不是CO2而是C。(2)该电池在充电时,阴极得到电子发生还原反应,所以应该与外电源的负极相连。
8.C 解析 充电时F-从电极乙流向电极甲,则充电时,电极甲为电解池的阳极,电极反应式为Bi+3F--3e-BiF3,电极乙为阴极,电极反应式为MgF2+2e-Mg+2F-;放电时,电极乙为负极,Mg失去电子结合F-生成MgF2,电极反应式为Mg+2F--2e-MgF2,电极甲为正极,正极上发生还原反应:BiF3+3e-。放电时,电极甲是正极,发生还原反应,电极乙为负极,发生氧化反应,A项错误;放电时,电极甲是正极,发生还原反应:BiF3+3e-,B项错误;充电时,电极甲是阳极,与外加电源的正极相连,C项正确;充电时,电极乙是阴极,电极反应式为MgF2+2e-Mg+2F-,当导线上通过2 mol e-时,电极乙减重2 mol氟原子的质量为38 g,D项错误。
9.C 解析 由装置图中电子流向可知,电子由吸附层a流出,经导线到吸附层b,吸附层a为负极,吸附层b为正极,A项正确;由题图可知负极的电极反应式为H2-2e-+2OH-O,正极的电极反应式为2H++2e-↑,总反应为H++OH-H2O,B项正确;NaClO4的作用是传导离子,并未参加电极反应,C项错误;原电池中阳离子向正极移动,该电池左侧为负极,右侧为正极,故钠离子从左侧向右侧移动,D项正确。
10.B 解析 处理垃圾渗透液的装置属于原电池装置,盐桥中的阳离子移向正极,即盐桥中K+向Y极移动,A项正确;X是负极,氨气发生失电子的氧化反应,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O,Y是正极,发生得电子的还原反应,电极反应式为2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-,则总反应式为5NH3+3N4N2+6H2O+3OH-,则电路中流过7.5 mol电子时,共产生标准状况下N2的体积为×4 mol×22.4 L·mol-1=44.8 L,B项错误;电子从负极经外电路流向正极,即由X极沿导线流向Y极,C项正确;Y是正极,发生得电子的还原反应,2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-,生成氢氧根离子,周围pH增大,D项正确。
11.C 解析 在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH在负极发生反应:MH+OH--e-M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B两项均正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e-MH+OH-,C项错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存的电量越多,即电池的能量密度越高,D项正确。
12.C 解析 由题图中电子的移动方向可知,电极X为电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Ru2+-e-Ru3+,Y电极为电池的正极,电解质中含I-和在正极上得电子被还原,正极的电极反应式为+2e-3I-。电极X为电池的负极,A项错误;镀铂导电玻璃的作用是作为正极材料,B项错误;Ru2+和Ru3+、和I-相互转化,所以电解质溶液中发生反应:2Ru3++3I-2Ru2++,C项正确;由电池中发生的反应可知,在正极上得电子被还原为I-,后I-又被氧化为和I-相互转化,I-和不会同时减小,D项错误。
13.答案 (1)负 (2)O2+4H++4e-2H2O (3)2.24
(4)①CH4+10OH--8e-C+7H2O ②减小
(5)CO+O2--2e-CO2
解析 (1)电池总反应为2H2+O22H2O,氢气失电子发生氧化反应,则通H2的一极为电池的负极。
(2)b电极为正极,正极上氧气得到电子发生还原反应生成水,b电极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
(3)由H2-2e-2H+可知,每转移0.2 mol电子,消耗H2 0.1 mol,在标准状况下的体积为0.1 mol×22.4 L·mol-1=2.24 L。
(4)①若将氢气换成甲烷(CH4),电解质溶液更换为NaOH溶液,去掉质子交换膜,a电极仍为负极,a电极的电极反应式为CH4+10OH--8e-C+7H2O。②电池的总反应为CH4+2O2+2OH-C+3H2O,电池工作一段时间后电解质溶液的pH减小。
(5)若将氢气换成一氧化碳(CO),电解质溶液更换为固体电解质(可传导O2-),去掉质子交换膜,a电极仍为负极,a电极的电极反应式为CO+O2--2e-CO2。
14.答案 (1)b
(2)PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O 增加 0.1NA (3)CH4-8e-+10OH-C+7H2O 减弱
解析 (1)铝片和铜片用导线相连,插入浓硝酸中,Cu为负极、Al为正极;铝片和铜片用导线相连,插入烧碱溶液中,Al为负极、Cu为正极。(2)若A为Pb,B为PbO2,电解质为硫酸,工作时的总反应式为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,则B电极为正极,正极反应式为PbO2+S+4H++2e-PbSO4+2H2O,该电池在工作时,A电极上生成PbSO4,质量将增加,由电池总反应可知消耗2 mol H2SO4转移2 mol电子,若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4,则转移电子的数目为0.1NA。(3)若A、B均为铂片,电解质溶液为KOH溶液,分别从A、B两极通入CH4和O2,该电池即为甲烷燃料电池,A电极为负极,负极反应式为CH4-8e-+10OH-C+7H2O;由于消耗氢氧根离子,该电池工作一段时间后,溶液的碱性将减弱。
15.答案 (1)xS+2e- 导电(或作电解质)和隔离钠与硫 4.5 (2)Fe2++2e-Fe 钠
解析 (1)电池反应为2Na+xSNa2Sx,正极S得电子发生还原反应,电极反应式为xS+2e-。由于该电池在320 ℃左右工作,所以M的两个作用是导电(或作电解质)和隔离钠与硫。该电池中钠为负极,消耗23 g钠释放1 mol e-,则消耗207 g钠释放电子=9 mol;铅蓄电池中铅为负极,Pb-2e-+SPbSO4,消耗207 g铅释放2 mol e-,故钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的4.5倍。(2)该电池中熔融Na电极为负极,钠发生失电子的氧化反应;熔融FeCl2电极为正极,亚铁离子发生得电子的还原反应,Fe2++2e-Fe;充电时电池负极接电源负极。
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