1.2化学能转化为电能--电池 同步练习题
一、选择题
1．爱迪生蓄电池在充电和放电时发生的反应为，下列对该蓄电池的叙述错误的是
A．放电时，Fe参与负极反应，参与正极反应
B．放电时，电解质溶液中的阴离子向负极移动
C．放电时，负极上的电极反应式为
D．充电时，该蓄电池的负极连接电源的负极
2．科学家近年发明了一种新型水介质电池，该电池可将转化为HCOOH。下列说法正确的是
A．Zn为正极 B．发生还原反应
C．电子由正极流向负极 D．电能转化为化学能
3．液流电池是一种将正负极的电解质溶液分开，各自循环的高性能蓄电池，由于存放电解质溶液的液罐和反应场所分离，液流电池能够突破传统电池的体积限制，具有电池容量高、循环使用寿命长的特点。下列有关液流电池的说法错误的是
A．放电时，电子由负极经外电路流向正极 B．放电时，正极发生还原反应
C．正负极电解质溶液的成分可能不同 D．液流电池能将化学能全部转化成电能
4．锂﹣空气电池是一种可充放电池，电池反应为2Li+O2=Li2O2（已知Li2O2是固体），某锂—空气电池的构造原理图如下，下列说法正确的是
A．电解液可选用强电解质的水溶液
B．放电时正极的电极反应式为O2+2Li++2e—=Li2O2
C．每当有1.4gLi参与放电，电路中转移电子0.1mol
D．示意图中，电子流向从含催化剂的多孔电极→锂
5．下列实验装置和操作能达到实验目的的是
A．图一：析出［Cu(NH3)4]SO4晶体
B．图二：证明Cl2可与NaOH溶液反应
C．图三：牺牲阳极法保护铁
D．图四：制备Fe(OH)3胶体
6．氢燃料电池汽车由于具备五大优势：零排放、零污染、无噪音、补充燃料快、续航能力强，而备受关注。某氢燃料电池汽车的结构如图所示：
下列说法错误的是
A．电极A、B采用多孔电极材料的优点是能增大反应物接触面积
B．“电池”能将燃料电池产生的多余电能暂时储存起来
C．电极B的电极反应式为O2+4e =2O2
D．质子通过电解质溶液向电极B迁移
7．交通运输部在南海华阳礁举行华阳灯塔和赤灯塔竣工发光仪式，宣布两座大型多功能灯塔正式发光并投入使用。灯塔可用镁海水电池提供能源，其装置如图所示。下列有关海水电池的说法正确的是
A．X可为铁、铜、石墨等电极，发生氧化反应
B．每转移2 mol电子，2molH+由交换膜左侧向右侧迁移
C．该电池能将化学能全部转化成电能
D．正极的电极反应式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O
8．有、、、四种金属，当、组成原电池时，电子流动方向为；将、分别投入等浓度的盐酸中，比反应剧烈；用惰性电极电解含有相同浓度的、的溶液时，先被还原。则、、、金属活动性由强到弱的顺序为
A．
B．
C．
D．
9．习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和"。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。下列说法正确的是
A．电子由M极经过负载移向N极，再从N极经过溶液移回M极
B．M上的电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑＋4H+
C．该电池工作时溶液中移向N极
D．若消耗标况下22.4 L CO2，电路中转移的电子数目为4NA
10．A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，下列说法不正确的是
装置
现象 金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生
A．装置甲溶液中的阴离子移向B极
B．装置乙中C极的电极反应式为
C．装置丙中电流由A→导线→D→电解质溶液→A
D．四种金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C
二、填空题
11．写出不同介质中甲烷燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质(如)
总反应式： 。负极： 。正极： 。
(2)碱性介质(如)
总反应式： 。负极： 。正极： 。
(3)固体电解质(高温下能传导)
总反应式： 。负极： 。正极： 。
(4)熔融碳酸盐(如熔融)
总反应式： 。负极： 。正极： 。
12．氢能源是一种有广阔发展前景的新型能源。回答下列问题：
(1)氢气是一种热值高、环境友好型燃料。等物质的量的氢气完全燃烧生成液态水与生成气态水相比，生成液态水时放出热量 (填“多”“少”或“相等”)。
(2)乙炔()与选择性反应制乙烯的反应原理为，该反应过程中的能量变化如图所示。则该反应为 (填“放热”或“吸热”)反应；乙烯的电子式为 。
(3)氢氧酸性燃料电池的工作原理示意图如图所示。
①a口应通入 (填“”或“”)。
②正极的电极反应式为 。
③工作时，负极附近溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。
④工作时，导线中流过电子的电量时，理论上消耗标准状况下的体积为 。
13．某化学小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置如图。回答问题：
(1)若电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为： 。
(2)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，CH4为燃料，采用酸性溶液为电解液；则CH4应通入 极(填a或b，下同)，电子从 极流出。电池的负极反应式为： 。
14．下面是元素周期表的一部分，参照元素①﹣⑧在表中的位置，请用化学用语回答下列问题：
(1)②、⑦、⑧的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是（填化学式） ．
(2)在①、④、⑤、⑧中的某些元素之间可形成既含离子键又含非极性共价键的离子化合物，写出其中一种化合物的电子式：
(3)由②和④组成的化合物与⑤的同周期相邻主族元素的单质反应的化学方程式为：
(4)⑦单质与⑤的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为 ．
(5)常温下，由①②④组成最简单的液态有机物可作为燃料电池的原料之一，请写出其在碱性介质中的电极反应式：
15．某化学兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表:
编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向
1 Al、Mg 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、C(石墨) 稀盐酸 偏向石墨
4 Al、Mg NaOH溶液 偏向Mg
回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极) (填“相同”或“不同”)。
(2)对实验3完成下列填空：石墨为 极，电极反应式： ；
(3)实验4中铝作 极(填“负”或“正”)，理由是 。
【参考答案】
一、选择题
1．C
解析：A．Fe元素化合价由0价变为+2价、Ni元素化合价由+4价变为+2价，则Fe参与负极反应，NiO2参与正极反应，故A正确；
B．放电时为原电池，原电池中，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动，阳离子向正极移动，故B正确；
C．根据题意，电解质为碱性溶液，放电时，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2，故C错误；
D．放电时，Fe作负极，作正极，充电时，Fe电极连接外部电源的负极做电解池的阴极，即该蓄电池的负极连接电源的负极，故D正确；
故选C。
2．B
【分析】新型水介质电池，该电池可将转化为HCOOH，二氧化碳发生还原反应，为正极，则锌为负极；
解析：A．由分析可知，锌为负极，A错误；
B．发生还原反应为原电池的正极，B正确；
C．原电池中电子由负极流向正极，C错误；
D．原电池是化学能转化为电能的装置，D错误；
故选B。
3．D
【分析】液流电池是一种新的蓄电池，是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，其原理为二次电池的充放电原理。
解析：A．原电池放电时，电子由负极经外电路流向正极，故A正确；
B．原电池放电时，正极发生得电子的还原反应，故B正确；
C．由题给信息可知，液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，则正负极电解质溶液的成分可能不同，故C正确；
D．液流电池能将化学能部分转化成电能，部分转化为热能，故D错误；
答案选D。
4．B
【分析】由图可知，放电时，锂电极是原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li—e—=Li+，含催化剂的多孔电极为正极，锂离子作用下空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成过氧化锂，电极反应式为O2+2Li++2e—=Li2O2。
解析：A．锂是活泼金属，能与水反应，所以锂—空气电池的电解液不能选用强电解质的水溶液，故A错误；
B．由分析可知，放电时，含催化剂的多孔电极为正极，锂离子作用下空气中的氧气在正极得到电子发生还原反应生成过氧化锂，电极反应式为O2+2Li++2e—=Li2O2，故B正确；
C．由分析可知，放电时，锂电极是原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li—e—=Li+，则每当有1.4g锂参与放电，电路中转移电子的物质的量为×1=0.2mol，故C错误；
D．由分析可知，放电时，锂电极是原电池的负极，含催化剂的多孔电极为正极，则电子流向从锂→含催化剂的多孔电极，故D错误；
故选B。
5．C
解析：A．胶头滴管不能伸入试管，A错误；
B．氯气溶于水也能导致烧瓶中气体的压强减小，使气球由瘪变大，故气球变大不能证明Cl2可与NaOH溶液反应，B错误；
C．装置为原电池，锌作为负极失去电子，可以保护铁电极，属于牺牲阳极的阴极保护法，C正确；
D．制备Fe(OH)3胶体是在沸水中滴加饱和氯化铁溶液继续煮沸，该操作只能得到氢氧化铁沉淀，D错误；
故选C。
6．C
解析：A．多孔电极材料表面积大，吸附性强，能增大反应物接触面积，A正确；
B．汽车行驶过程中，燃料电池产生的电能转化为动能，当汽车处于怠速等过程中，“电池”能将燃料电池产生的多余电能暂时储存起来，B正确；
C．电解质溶液为酸性溶液，电极反应应为4H++O2+4e =2H2O，C错误；
D．电极B通入氧气，发生还原反应，为正极，质子即氢离子为阳离子，向原电池正极移动，D正确；
综上所述答案为C。
7．D
解析：A．该海水电池的负极材料是金属镁，正极X的材料的金属活泼性比金属镁的差，但不能是可以和双氧水之间反应的金属铁等物质，A错误；
B．阳离子会移向正极，即每转移2 mol电子，2molH+由交换膜右侧向左侧迁移，B错误；
C．该电池能将化学能部分转化成电能，部分转化为热能，C错误；
D．原电池的正极上发生得电子的还原反应，其电极方程式为：H2O2+2e-+2H+=2H2O，D正确；
答案选D。
【点晴】电极类型的判断首先在明确属于电解池还是原电池基础上来分析的，原电池对应的是正、负两极，电解池对应的阴、阳两极，根据元素价态变化找出氧化剂与还原产物即可解答。明确原电池的工作原理是解答的关键，原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应，解答时注意灵活应用。
8．D
【分析】原电池中，负极发生失电子的氧化反应，正极发得电子的还原反应，所以电子从负极流出，正极流入，电解池中，阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，结合电化学的工作原理及氧化还原理论分析。
解析：有、、、四种金属，当、组成原电池时，电子流动方向为，则A作负极，即金属活动性：；将、分别投入等浓度的盐酸中，比反应剧烈，则证明金属活动性：；用惰性电极电解含有相同浓度的、的溶液时，先被还原，则说明氧化性：，即还原性：，综上所述，金属活动性由强到弱的顺序是：，D项符合题意。
答案选D。
9．B
【分析】由图可知，该装置为原电池，N极二氧化碳中的+4价碳得到电子变为+2价碳，为正极，则M极为负极，以此解题。
解析：A．由图可知，该装置为原电池，M为负极，N为正极，电子由M极经过负载移向N极，但“电子不入水”，溶液中阴阳离子定向移动形成闭合回路，A错误；
B．M为电池的负极，在紫外光的作用下，水失去电子发生氧化反应生成O2，电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，B正确；
C．N为电池正极，M为负极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极，则移向M极，C错误；
D．电极反应式为CO2+2H++2e-=CO+H2O，标况下22.4 L CO2的物质的量为，当转化1mol CO2时，外电路转移2mol电子，转移的电子数为2NA，D错误；
答案选B。
10．A
【分析】甲中金属A不断溶解，则A作负极，B为正极，乙中C的质量增加，则C为正极，B为负极，丙中A上有气体产生，则A为正极，D为负极。
解析：A．装置甲中，A为负极，B为正极，原电池工作时阴离子向负极移动，即移向A极，故A选项错误；
B．装置乙中，C为正极，正极发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e =Cu，故B选项正确；
C．丙中A上有气体产生，则A为正极，D为负极，因此电流方向为A→导线→D→电解质溶液→A，故C选项正确；
D．原电池装置中，负极金属活泼性强于正极，则四种金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C，故D选项正确；
故答案为A。
二、填空题
11．(1)
(2)
(3)
(4)
【分析】燃料电池中，通入甲烷的一极作负极，通入氧气的一极作正极，据此分析解答。
解析：（1）酸性介质(如)中，总反应式为；负极反应式为；正极反应式为；
（2）碱性介质(如)中，总反应式为；负极反应式为；正极反应式为；
（3）固体电解质(高温下能传导)中，总反应式为；负极反应式为；正极反应式为；
（4）熔融碳酸盐(如熔融)中，总反应式为；负极反应式为；正极反应式为；
12．多 放热 H2 增强 11.2L
解析：(1)液态水变为气态水需吸热，故等物质的量的氢气完全燃烧生成液态水与生成气态水相比，生成液态水时放出热量多；
(2)由图知反应物的能量高于生成物，该反应为放热反应；
乙烯的电子式为：；
(3)①由图中移动方向知，左边多孔铂电极为负极，右端为正极，氢氧燃料电池中氢气被氧化作负极，则a口应通入H2；
②电解质溶液显酸性，所以正极由O2得电子结合转化为H2O，电极反应式为；
③负极反应为，故负极附近溶液的酸性增强；
④由电子守恒知，工作时，导线中流过电子的电量时，理论上消耗H2的物质的量为0.5mol，标准状况下体积为11.2L。
13．(1)2H++2e-=H2↑
(2)b b CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+
【分析】原电池中，还原剂在负极失去电子发生氧化反应，电子从负极流出，沿着导线流向正极，正极上氧化剂得到电子发生还原反应，燃料电池中，通入燃料的一极为负极，通入氧化剂的一极为正极，据此回答。
解析：（1）Fe、Cu、稀硫酸构成原电池时，金属铁做负极，金属铜为正极，正极氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为：2H++2e-=H2↑；故答案为：2H++2e-=H2↑。
（2）燃料电池中，燃料甲烷需通在负极，即b极，正极上氧气得电子，电子从负极即b极流出，负极上甲烷失去电子发生氧化反应，在酸性电解液中生成CO2，电极反应式为：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+；故答案为：b；b；CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+。
14．HClO4＞H2CO3＞H2SiO3 2Mg+CO22MgO+C Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑ CH3OH+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+4H2O
【分析】根据元素周期表短周期元素的结构和性质分析解答；根据元素周期律的应用分析解答；根据燃料电池的原理分析解答。
解析：从元素周期表中可知：①H②C③N④O⑤Na⑥Al⑦Si⑧Cl
(1) ②、⑦、⑧的最高价含氧酸分别是：H2CO3、H2SiO3、HClO4，酸性由强到弱的顺序是HClO4＞H2CO3＞H2SiO3；
(2) ①、④、⑤、⑧中的某些元素之间可形成既含离子键又含非极性共价键的离子化合物可以是NaOH，也可以是Na2O2，电子式为：；
(3) ⑤的同周期相邻主族元素的单质是Mg，②和④组成的化合物是CO2，发生的化学反应方程式为：2Mg+CO22MgO+C；
(4) ⑦单质是Si，⑤的最高价氧化物的水化物是NaOH，他们发生复分解反应为：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑，离子反应方程式为：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2↑；
(5) ①②④分别是H、C、O，形成最简单液态有机物可作为燃料电池的原料之一，该有机物为：CH3OH，它在碱性条件下，作负极反应物，失去电子，故电极方程式为：CH3OH+8OH﹣﹣6e﹣=CO32﹣+4H2O。
【点睛】同周期元素左到右，非金属性逐渐增强，非金属性越强，最高价氧化物的水化物的酸性越强；
燃料电池中，燃料做负极，失去电子，发生氧化反应。
15．不同 正 2H++2e-=H2↑ 负 铝与NaOH溶液可以发生自发的氧化还原反应
解析：(1)金属与酸构成的原电池中，活泼金属作负极，则实验1中Mg的活泼性大于Al，所以Al作正极，而实验2中Al的活泼性大于Cu，所以Al作负极，即实验1、2中Al所作的电极不同；
(2)实验3中Al为负极，电极反应为2Al-6e-＝2Al3+，石墨为正极，其电极反应为2H++2e-＝H2↑；
(3)实验4中Mg与NaOH溶液不发生反应，而发生2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑，所以铝是负极，原因是因为铝与NaOH溶液可以发生自发的氧化还原反应。
【点睛】本题考查探究原电池原理及设计，把握发生的原电池反应及正负极的判断是解答本题的关键，注意利用氧化还原反应中电子的得失来分析正负极，不能仅仅依据金属性强弱，还需要考虑电解质溶液的性质等
