第2课时 化学电源
题组一 化学电源概述
1．下列说法不正确的是( )
A．原电池中发生的可逆反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
B．铅酸蓄电池的缺点是比能量低、笨重
C．普通锌锰电池与碱性锌锰电池的比能量不同
D．燃料电池能量转化率高，活性物质由外界加入，可实现连续不间断供电
题组二 一次电池
2．(2022·山东济宁高二期中)鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解质溶液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是( )
A．Ag2O为电池的正极
B．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
C．Al在电池反应中被氧化
D．溶液中的OH－向Al极迁移
3．(2022·成都高二检测)被称为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液。总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列说法不正确的是( )
A．当该电池消耗2 mol MnO2时，与CH4燃料电池消耗0.5 mol CH4产生的电量相等
B．该电池二氧化锰为正极，发生还原反应
C．当0.1 mol Zn完全溶解时，电池外电路转移的电子数约为1.204×1023
D．电池正极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－
4．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C
题组三 二次电池
5．如图所示是铅酸蓄电池构造图，下列说法不正确的是( )
A．铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，H＋移向Pb极
C．电池工作时，电子由Pb极通过外电路流向PbO2极
D．电池工作时，负极发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4
6．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，电池的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2OFe(OH)2＋2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．电池的电解质溶液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池放电过程中，正极附近溶液的酸性增强
D．电池放电时，正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
题组四 燃料电池
7．(2023·金华检测)氢氧燃料电池可以应用在宇宙飞船上，下列说法正确的是( )
A．电池负极发生还原反应
B．电池可以连续使用
C．正极附近溶液的pH减小
D．消耗5.6 L氢气时转移的电子数为0.5NA
8．(2022·河北保定高二期末)某新型燃料电池利用民用燃气为燃料，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．通入空气的电极为该电池的正极
B．电池工作时，电子由b极经电解质流向a极
C．CO在b极的反应式为CO－2e－＋O2－===CO2
D．相同状况下a极消耗1 L O2，理论上b极消耗2 L燃料
9．(2022·武汉高二期中)新型NaBH4/H2O2燃料电池(DBFC)的结构如图，该电池总反应为NaBH4＋4H2O2===NaBO2＋6H2O。下列有关说法正确的是( )
A．电池正极区的电极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O
B．电极B为负极，MnO2层的作用是提高原电池的工作效率
C．燃料电池每消耗3 mol H2O2，理论上电路中通过的电子数为6NA
D．燃料电池在放电过程中，Na＋从正极区向负极区迁移
10．某化工实验室设计了一种新型双微生物燃料电池装置，能够同时消除养殖厂含氮污水和化工厂含醛类废水，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电池工作时，电子由a极经导线流向b极，H＋由b极经质子交换膜流向a极
B．a极的电极反应式为C6H5CHO＋13H2O＋32e－===7CO2＋32H＋
C．a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32
D．该电池装置在加热条件下工作效率会更高
11．研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应式可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，下列有关“水”电池在海水中放电时的说法正确的是( )
A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－===AgCl
B．每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
C．Na＋不断向“水”电池的负极移动
D．AgCl是还原产物
12．(2022·河北邯郸高二期末)微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．a极为该电池的负极
B．b极的电极反应式为4－－e－===3－
C．放电过程中a极附近溶液pH降低
D．当外电路通过1 mol e－时，理论上溶液中会有1 mol H＋通过质子交换膜移向b极
13．(1)Zn-MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。该电池的负极材料是______。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是__________________________。
(2)如图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＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为__________________________________________。
M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是______________________________________。
与铅酸蓄电池相比，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酸蓄电池的________倍。
14．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由________(填字母，下同)极流向________极。
(2)电池正极反应式为_____________________________________________________。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)，原因是_________
________________________________________________________________________。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为________________________________________。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为________。
15．电池是人类生产和生活中重要的能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。按要求回答下列问题。
(1)世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最，其工作原理如图1所示。光伏电池能将__________(填“化学能”“太阳能”或“热能”)直接转变为电能，在外电路中电流方向为__________(填“从a流向b”或“从b流向a”)。
(2)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图2所示。Pt电极是电池的__________极， Pt电极反应式为__________________________。如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH的物质的量为__________mol。
(3)某新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。如图3所示，其中多孔电极不参与电极反应。写出该反应的负极电极反应式：___________，当有16 g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量为______(1个电子的电量为1.6×10－19 C)。
(4)一氧化氮-空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图4所示，写出放电过程中负极的电极反应式：____________________________________，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为__________L。
(5)以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，电池的能量转换效率为86.4%,1 mol甲烷燃烧释放的热量为890.3 kJ，则该电池的比能量为_________kW·h·kg－1[结果保留1位小数，比能量＝ ,1 kW·h＝3.6×106 J]。
第2课时 化学电源
1．A 2.B 3.A
4．D [该电池负极为Li，外电路电子由负极流向正极，即由a流向b，A错误；Li＋通过离子交换膜在正极上形成LiF，即离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；Li是活泼金属，能与乙醇反应，所以不能用乙醇溶液代替，C错误。]
5．B [蓄电池充电时是将电能转化为化学能的装置，A正确；蓄电池放电时，负极上Pb失电子发生氧化反应，电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，电子由Pb极通过导线流向PbO2极，电解质溶液中的阳离子移向正极，即放电时溶液中的H＋向正极PbO2移动，C、D正确、B错误。]
6．C [该充电电池中活泼金属Fe失去电子，为负极，Ni2O3为正极，因为放电时电极产物为氢氧化物，可以判断电解质溶液为碱性溶液，A正确；放电时，负极铁失去电子生成Fe2＋，因为电解质溶液为碱性溶液，所以负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；放电时正极反应为Ni2O3＋3H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－，C错误、D正确。]
7．B 8.B 9.C
10．C [在电极b硝酸根离子中氮元素化合价由＋5价降低为0价，则该电极为正极，电极a为负极，电子由a极经导线流向b极，H＋移向正极，即b电极，A错误；a极为负极，电极反应式为C6H5CHO＋13H2O－32e－===7CO2＋32H＋，B错误；b电极为正极，1个硝酸根离子转移5个电子，a电极1个C6H5CHO转移32个电子，根据两个电极转移电子数相等得到a极消耗的C6H5CHO和b极消耗的NO的物质的量之比为5∶32，C正确；加热时微生物会变性，效率会降低，D错误。]
11．B [根据总反应式中元素化合价的升降和正、负极的反应原理，正极反应式为5MnO2＋2e－===Mn5O，负极反应式为2Ag＋2Cl－－2e－===2AgCl，A项错误、B项正确；原电池中阳离子向正极移动，C项错误；AgCl是氧化产物，D项错误。]
12．B
13．(1)Zn(或锌) 正极 锌与还原出来的铜构成锌铜原电池而加快锌的腐蚀
(2)xS＋2e－===S 离子导体(导电或电解质)和隔离钠与硫 4.5
14．(1)b a (2)MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2
(3)否 电极Li是活泼金属，能与水反应 (4)3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O 2∶1
15．(1)太阳能 从b流向a (2)负 O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O 2.89×105 C (4)NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋ 33.6 (5)13.4
解析 (1)由图可知，光伏电池将太阳能转化为电能；由图中电荷的移动方向可知，电流由b流向a。(2)Pt原料为甲醇和水，产物为二氧化碳、氢离子，则Pt为负极；Pt原料为氢离子和氧气，产物为水，则电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；工作时C元素化合价由－2价升高到＋4价，失去6个电子，则转移2 mol电子，需要 mol甲醇。(3)由图知，燃料电池中的燃料为甲醇，其负极反应式为CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O；16 g甲醇的物质的量为，由负极反应式可知，1 mol甲醇反应时，转移6 mol电子，1个电子的电量为1.6×0－19 C，则所求电量为×6×6.02×1023 mol－1×1.6× 10－19 C≈2.89×
105 C。(4)由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，当过程中产生2 mol HNO3时转移6 mol e－，需要 1.5 mol O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。(5)甲烷燃料电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为890.3 kJ·mol－1,1 mol甲烷燃烧输出的电能约为≈0.214 kW·h，比能量＝≈13.4 kW·h·kg－1。
