第 3 节化学能转化为电能——电池第二课时作业
1.锌、铁、镁、铝、锂等金属都可以用在金属燃料电池中,电池的基本结构如图所示。下列说法正确的
是( )
A.电池工作时,电子沿 M→电解液→电极流动
B.若 M 为铝,溶液的 pH 将不断变大
C.若 M 为镁,电池总的化学方程式为 2Mg+O2===2MgO
D.若 M 为铁,则负极的电极反应式为 Fe-2e-===Fe2+
2.氢氧燃料电池已用于航天飞机,它是以铂作电极,H2SO4 溶液作离子导体,正极反应为 O2+4H++4e-
===2H2O,负极反应为 2H2-4e-===4H+。下列叙述不正确的是( )
A.H2 在负极发生氧化反应
B.燃料电池的能量转化率可达 100%
C.是一种高效、环境友好的发电装置
D.供电时的总反应为 2H2+O2===2H2O
3.燃料电池是一种利用能源物质的新形式,比如我们可用熔融的 K2CO3 作离子导体,惰性材料作电极,一
极通 CH2===CH2,另一极通 O2、CO2。下列说法中不正确的是( )
A.电池的总反应式为 CH2===CH2+3O2 2CO2+2H2O
B.正极发生的电极反应为 3O2+6CO2+12e-===6CO2-
3
C.负极发生的电极反应为 CH2===CH2+6CO2-
3 -12e-===8CO2+2H2O
D.通入乙烯的一极为正极
4.一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A.使用碱性电解质水溶液
B.放电时,正极反应包括 3Mg2++MgS8-6e-===4MgS2
C.使用的隔膜是阳离子交换膜
D.充电时,电子从 Mg 电极流出
5.汽油是一种液体燃料,常用作汽车等机动车的燃料,但科学家制造出一种使用固体离子导体的燃料电
池,使汽油的利用效率更高。一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,其中电池的离子导体是掺杂了
Y2O3(Y 为钇)的 ZrO2(Zr 为锆)晶体,它在高温下能传导 O2-。若以丁烷(C4H10)代表汽油,总反应为 2C4H10
+13O2===8CO2+10H2O。有关该电池的说法错误的是( )
A.该电池负极的电极反应式为 C4H10+13O2--26e-===4CO2+5H2O
B.O2-向负极移动
C.该电池正极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O===4OH-
D.丁烷在放电时发生氧化反应
6.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是
一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是( )
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.炭粒和炭棒上发生的反应为 O2+4e-===2O2-
C.炭棒应与玩具电池的负极相连
D.该电池工作一段时间后炭棒和炭粒的质量会减轻
7.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,其中离子导体 LiClO4 溶
于混合有机溶剂中,Li+通过离子导体迁移入 MnO2 晶格中,生成 LiMnO2。
回答下列问题:
(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
(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
_______________________________________________________。
8.镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应如下:
Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
请回答下列问题:
(1)上述反应式中左边物质的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。
(2)放电时负极发生反应的物质是________,放电时正极的反应式为
_______________________________________________。
(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是____________
_________________________________________________________。
素养训练
1.利用原电池原理,在室温下从含低浓度铜的酸性废水中回收铜的实验装置如图所示,下列说法错误的是
( )
A.电极 1 为负极
B.Y 为阳离子选择性交换膜
C.电极 2 上只有 Cu 析出
D.负极的电极反应式: BH-
4 +8OH--8e-===B(OH)-
4 +4H2O
2.一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示,其中在 VB2 电极发生反应:VB2+16OH--11e-
===VO3-
4 +2B(OH)-
4 +4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是( )
A.负载通过 0.04 mol 电子时,有 0.448 L(标准状况)O2 参与反应
B.正极区溶液的 pH 降低,负极区溶液的 pH 升高
C.电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8B(OH)-
4 +4VO3-
4
D.电流由复合碳电极经负载、VB2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极
3.CO 与 H2 反应可制备 CH3OH,由 CH3OH 和 O2 构成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图。
电池总反应为 2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,则 c 电极是__________(填“正极”或“负极”),c 电极的电极
反应式为____________________________。
若外电路中转移 2 mol 电子,则上述燃料电池所消耗的 O2 在标准状况下的体积为__________L。
1.锌、铁、镁、铝、锂等金属都可以用在金属燃料电池中,电池的基本结构如图所示。下列说法正确的
是( )
A.电池工作时,电子沿 M→电解液→电极流动
B.若 M 为铝,溶液的 pH 将不断变大
C.若 M 为镁,电池总的化学方程式为 2Mg+O2===2MgO
D.若 M 为铁,则负极的电极反应式为 Fe-2e-===Fe2+
分析:选 D。电子不能通过电解液,A 项错误;M 为铝时发生的反应为 4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3,B
项错误;M 为镁时发生的反应为 2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2,C 项错误。
2.氢氧燃料电池已用于航天飞机,它是以铂作电极,H2SO4 溶液作离子导体,正极反应为 O2+4H++4e-
===2H2O,负极反应为 2H2-4e-===4H+。下列叙述不正确的是( )
A.H2 在负极发生氧化反应
B.燃料电池的能量转化率可达 100%
C.是一种高效、环境友好的发电装置
D.供电时的总反应为 2H2+O2===2H2O
分析:选 B。氢氧燃料电池中 H2 在负极发生氧化反应,A 项正确;燃料电池中能量转化率较高,但达不到
100%,B 项错误;燃料电池是一种高效、对环境友好的发电装置,C 项正确;结合正极和负极反应式可写
出供电时总反应为 2H2+O2===2H2O,D 项正确。
3.燃料电池是一种利用能源物质的新形式,比如我们可用熔融的 K2CO3 作离子导体,惰性材料作电极,一
极通 CH2===CH2,另一极通 O2、CO2。下列说法中不正确的是( )
A.电池的总反应式为 CH2===CH2+3O2 2CO2+2H2O
B.正极发生的电极反应为 3O2+6CO2+12e-===6CO2-
3
C.负极发生的电极反应为 CH2===CH2+6CO2-
3 -12e-===8CO2+2H2O
D.通入乙烯的一极为正极
分析:选 A、D。燃料电池中可燃性气体作负极,支持燃烧的物质作正极,D 项错误;该燃料电池的总反
应式应为 CH2===CH2+3O2===2CO2+2H2O,反应条件不是点燃,A 项错误;正极 O2 得到电子生成 O2-,
O2-与 CO2 反应生成 CO2-
3 ,B 项正确;总反应式减去正极反应式即为负极反应式,C 项正确。
4.一种新型镁硫二次电池的工作原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A.使用碱性电解质水溶液
B.放电时,正极反应包括 3Mg2++MgS8-6e-===4MgS2
C.使用的隔膜是阳离子交换膜
D.充电时,电子从 Mg 电极流出
分析:选 C。Mg 为活泼金属,所以放电时 Mg 被氧化,Mg 电极为负极,聚合物电极为正极。碱性电解质
水溶液中负极生成的 Mg2+会生成 Mg(OH)2 沉淀,降低电池效率,A 错误;放电时为原电池,原电池正极
发生得电子的还原反应,包括 3Mg2++MgS8+6e- ===4MgS2,B 错误;据图可知 Mg2+要通过隔膜移向正
极参与电极反应,所以使用的隔膜是阳离子交换膜,C 正确;放电时 Mg 电极发生氧化反应,充电时 Mg
电极得电子发生还原反应,即电子流入 Mg 电极,D 错误。
5.汽油是一种液体燃料,常用作汽车等机动车的燃料,但科学家制造出一种使用固体离子导体的燃料电
池,使汽油的利用效率更高。一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,其中电池的离子导体是掺杂了
Y2O3(Y 为钇)的 ZrO2(Zr 为锆)晶体,它在高温下能传导 O2-。若以丁烷(C4H10)代表汽油,总反应为 2C4H10
+13O2===8CO2+10H2O。有关该电池的说法错误的是( )
A.该电池负极的电极反应式为 C4H10+13O2--26e-===4CO2+5H2O
B.O2-向负极移动
C.该电池正极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O===4OH-
D.丁烷在放电时发生氧化反应
分析:选 C。丁烷失电子,发生氧化反应,电极反应式为 C4H10-26e-+
13O2-===4CO2+5H2O,故 A 正确;原电池中,阴离子向负极移动,即 O2-向负极移动,故 B 正确;正极
上通入空气,氧气得电子发生还原反应,由电解质的性质知,O2 得电子被还原为 O2-,故电极反应式为
O2+4e-===2O2-,故 C 错误;丁烷在负极放电时发生氧化反应,故 D 正确。
6.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是
一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时,有关说法正确的是( )
A.铝罐将逐渐被腐蚀
B.炭粒和炭棒上发生的反应为 O2+4e-===2O2-
C.炭棒应与玩具电池的负极相连
D.该电池工作一段时间后炭棒和炭粒的质量会减轻
分析:选 A。由废铝罐和炭棒、食盐水等材料制可用于驱动玩具的电池可知,A、铝作负极,铝罐将逐渐
被腐蚀,正确;B、炭棒作正极,炭棒上发生的反应为 O2+4e-+2H2O===4OH-,错误;C、炭棒应与玩具
电池的正极相连,错误;D、该电池工作一段时间后炭棒质量不变,错误。
7.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,其中离子导体 LiClO4 溶
于混合有机溶剂中,Li+通过离子导体迁移入 MnO2 晶格中,生成 LiMnO2。
回答下列问题:
(1)外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
(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
_______________________________________________________。
分析:(1)Li 失去电子为负极,MnO2 为正极,电流从正极流向负极,即由 b 流向 a。(2)正极反应为 MnO2
得电子结合 Li+,生成 LiMnO2。(3)Li 与水反应,故不可用水代替电池中的混合有机溶剂。
答案:(1)b a (2)MnO2+e-+Li+===LiMnO2
(3)否 电极 Li 是活泼金属,能与水反应
8.镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应如下:
Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2
请回答下列问题:
(1)上述反应式中左边物质的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)右边物质的总能量。
(2)放电时负极发生反应的物质是________,放电时正极的反应式为
_______________________________________________。
(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是____________
_________________________________________________________。
分析:(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能,即反应物的总能量大于生成物的总能量。(2)根据总反应
式可知放电时负极(Cd)反应式:Cd+2OH--2e-===Cd(OH)2,正极(NiOOH)反应式:2NiOOH+2H2O+2e
-===2Ni(OH)2+2OH-。(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子可对环境造成污染。
答案:(1)大于
(2)Cd NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染
素养训练
1.利用原电池原理,在室温下从含低浓度铜的酸性废水中回收铜的实验装置如图所示,下列说法错误的是
( )
A.电极 1 为负极
B.Y 为阳离子选择性交换膜
C.电极 2 上只有 Cu 析出
D.负极的电极反应式: BH-
4 +8OH--8e-===B(OH)-
4 +4H2O
分析:选 B、C。由图中可知,1 室中 BH -
4 转变为 B(OH)-
4 化合价升高发生氧化反应,则电极 1 为负极,
电极方程式为 BH-
4 +8OH--8e-===B(OH)-
4 +4H2O ,为了平衡电荷,阳离子流入 2 室;3 室中 Cu2+及
H+在正极上得到电子被还原,故电极 2 为正极,电极方程式为 Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑,阳离
子被消耗,为了平衡电荷,阴离子流入 2 室,故 X 为阳离子交换膜,Y 为阴离子交换膜,故 A 正确,B 错
误;电极 2 上有 Cu、H2 析出,故 C 错误;负极的电极反应式:BH-
4 +8OH--8e-===B(OH)-
4 +4H2O,
故 D 正确。
2.一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如图所示,其中在 VB2 电极发生反应:VB2+16OH--11e-
===VO3-
4 +2B(OH)-
4 +4H2O。该电池工作时,下列说法错误的是( )
A.负载通过 0.04 mol 电子时,有 0.448 L(标准状况)O2 参与反应
B.正极区溶液的 pH 降低,负极区溶液的 pH 升高
C.电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O===8B(OH)-
4 +4VO3-
4
D.电流由复合碳电极经负载、VB2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极
分析:选 A、B。该电池中 O2 在正极发生的反应为 O2+2H2O+4e-===4OH- ,所以负载通过 0.04 mol 电
子时,有 0.224 L(标准状况)O2 参与反应,A 错误;根据正负极电极反应式可知使用过程中负极区溶液的
pH 降低、正极区溶液的 pH 升高,B 错误;根据两极电极反应式可知电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-
+6H2O===8B(OH)-
4 +4VO3-
4 ,C 正确;VB2 电极和复合碳电极分别为电池的负极、正极,可知电流由复
合碳电极经负载、VB2 电极、KOH 溶液回到复合碳电极,D 正确。
3.CO 与 H2 反应可制备 CH3OH,由 CH3OH 和 O2 构成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如图。
电池总反应为 2CH3OH+3O2===2CO2+4H2O,则 c 电极是__________(填“正极”或“负极”),c 电极的电极
反应式为____________________________。
若外电路中转移 2 mol 电子,则上述燃料电池所消耗的 O2 在标准状况下的体积为__________L。
分析:根据图中的电子流向知 c 是负极,此极上甲醇发生氧化反应:CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+,电
路中转移 2 mol 电子时消耗氧气 0.5 mol,即标准状况下消耗 O2 体积为 11.2 L。
答案:负极 CH3OH-6e-+H2O===CO2+6H+ 11.2