4-2化学电源
一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
1．下列说法错误的是( )
A．依据原电池的原理设计出了化学电源
B．原电池是化学电源的雏形
C．原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的负极材料的活泼性
D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源
【解析】 电池的优劣，主要看这种电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少或者输出功率的大小或者电池的可储存时间的长短，C错。
【答案】 C
2．锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为：Zn(s)＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O，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．MnO2和NH D．Zn2＋和NH3
【解析】 从所给的图中可见，Zn为电池的负极，碳棒为电池的正极，负极失电子变成Zn2＋，失去的电子被MnO2和NH得到，生成了Mn2O3和NH3。所以正极上的反应物为NH和MnO2。
【答案】 C
3．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
【解析】 锌锰干电池的碳棒为正极，电极本身不参与反应，A错。氢氧燃料电池是将化学能转化为电能，B错。太阳能电池的主要材料是单质硅，D错。
【答案】 C
4．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
【解析】 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。
【答案】 A
5．(2011年三明一中高二检测)氢镍电池的总反应式是H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2。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
【解析】 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。
【答案】 A
6．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
【解析】 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。
【答案】 C
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H2O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－(aq)
【解析】 燃料电池并没有发生燃烧反应，不会产生蓝色火焰，A错；氢氧燃料电池中H2为负极，O2为正极，B错；反应保持在较高温度，使H2O蒸发，所以KOH溶液的pH不可能减小，C错。
【答案】 D
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．SO离子浓度不变
D．电解质溶液密度不断减小
【解析】 蓄电池工作时相当于原电池，Pb作负极，被氧化。H2SO4不断被消耗，pH增大，B错。SO在正、负极上生成PbSO4，SO离子浓度减小，C错。消耗H2SO4，密度不断减小，D正确。
【答案】 D
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－===CO＋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
【解析】 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－===CO＋3H2O，工作时消耗KOH，D正确。
【答案】 B
10．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应为：2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确的是( )
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋
C．正极发生氧化反应
D．电解质肯定不是强酸
【解析】 在原电池中，负极是还原性物质，失去电子，发生氧化反应，正极是氧化性物质，得到电子，发生还原反应，从原电池的电池反应为：2Zn＋O2===2ZnO知产物与强酸反应，所以电解质溶液肯定不是强酸。
【答案】 BD
11．(2011·运城模拟)锂电池反应原理如下：FePO4＋LiLiFePO4，内部为能够导电的固体电解质，下列有关充电该电池说法正确的是( )
A．可加入硫酸以提高电解质的导电性
B．放电时电池内部Li＋向负极移动
C．放电时，Li发生还原反应
D．放电时电池正极反应为：FePO4＋e－＋Li＋＝LiFePO4
【解析】 若加入H2SO4，则Li与H2SO4发生反应，A错误；放电时，原电池内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B错误；放电时，Li为负极，失电子发生氧化反应，C错误；放电时，原电池正极反应为；FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，D正确．
【答案】 D
12．如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的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，电池总反应式为：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
下列说法中正确的是( )
A．右电极为电池的正极，b处通入的物质是空气
B．左电极为电池的负极，a处通入的物质是空气
C．正极反应式为CH3OH＋H2O===CO2↑＋6H＋＋6e－
D．负极反应式为O2＋4e－===2O2－
【解析】 由图可知，电子在外电路中由左电极流出，故为负极，a处通入的应是甲醇，右电极为正极，b处通入的是空气，故A项正确，B项错误；负极失去电子提供质子，则负极反应式为：CH3OH＋H2O===6e－＋CO2↑＋6H＋，C项错误；由于H＋移向正极，介质为酸性，O2得电子生成H2O，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D项错误．
【答案】 A
13．(2011·合肥模拟)目前常见的燃料电池主要有四种，下列是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是( )
A．固体氧化物燃料电池
B．碱性燃料电池
C．质子交换膜燃料电池
D．熔融盐燃料电池
【解析】 A中通空气的一极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－。B中通O2的一极为正极，电极反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。C中通空气的极为正极，电极反应式为：4H＋＋O2＋4e－===2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应式为：2CO2＋O2＋4e－===2CO.因此质子交换膜燃料电池的正极产物是水。
【答案】 C
14．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图，下列说法正确的是( )
A．该系统中只存在3种形式的能量转化
B．装置Y中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生
D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
【解析】 A项，该系统中存在太阳能与电能、电能与机械能、化学能与电能、电能与化学能等4种形式的能量转化关系，不正确，B项，装置Y是将化学能转化为电能的燃料电池装置，负极应该是H2发生氧化反应，故不正确；C项，装置X为电解水产生氢气和氧气，故正确；D项，装置X、Y形成的子系统可以实现物质的零排放，但不可能实现化学能与电能间的完全转化，能量总是有损失的，故不正确。
【答案】 C
15．氢氧燃料电池的突出优点是把化学能直接转变为电能，而不经过热能这一中间形式，已用于宇宙飞船及潜艇中，其电极反应式为：
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
所产生的水还可作为饮用水，今欲得常温下1 L水，则电池内电子转移的物质的量约为( )
A．8.9×10－3mol B．4.5×10－2mol
C．1.1×102mol D．5.6×10－3mol
【解析】 2H2＋O2＝2H2O 转移电子
36g 4mol
1000g x
解得：x＝1. 11×102mol。
【答案】 C
16．(2011年孝感高中高二改编)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：MgxMo3S4xMg＋Mo3S4
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
B．放电时的正极反应为：Mo3S－2xe－===Mo3S4
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＋
【解析】 放电时正极得电子，发生还原反应，电极反应式为Mo3S4＋2xe－===Mo3S，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。
【答案】 B
二、非选择题
17．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：_____________________________ ___________________________________________________________________________________________________________________。
(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。
【答案】 (1)C
(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag
(3)减小 增大 不变
18．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置，下图为电池示意图，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，H2和O2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＋H22LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
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0.82g/cm3，用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为________。
③由②生成的LiH与H2O作用，放出的H2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。
【解析】 (1)电池即是把化学能转变为电能的装置；在电池中电子是从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。
(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O。
(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。
(4)LiH中Li为＋1价，H为－1价，故反应Ⅰ中还原剂是Li，反应Ⅱ中氧化剂是H2O。由反应Ⅰ可知吸收标准状况下224 L H2时生成160g LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH体积与被吸收的H2的体积比为：＝。由②生成的20mol LiH与H2O反应，由反应Ⅱ可知生成20molH2，H2～2e－，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20mol×2×80%＝32mol。
【答案】 (1)由化学能转变为电能 由a到b
(2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率
(4)①Li H2O ②1/1148或8.71×10－4 ③32
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