鲁科版 (2019)必修 第一册微项目 科学使用含氯消毒剂——运用氧化还原反应原理解决实际问题同步练习题

化学电源

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．下列说法正确的是(　　)

A．碱性锌锰电池是二次电池

B．铅蓄电池是一次电池

C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生

D．燃料电池的活性物质大量储存在电池内部

C　[碱性锌锰电池是一次电池，铅蓄电池是二次电池，A、B错误；燃料电池的活性物质不需要储存在电池内部，D错误。]

2．锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2NH(aq)===Zn2＋(aq)＋Mn2O3(s)＋2NH3(g)＋H2O(l)，在如图所示装置中，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

C　[Zn在负极上被氧化得到Zn2＋；MnO2在正极上被还原，和NH反应得到Mn2O3、NH3和水。]

3．氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，则下列叙述正确的是(　　)

A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极

B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极

C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大

D．该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大

B　[根据电池总反应式可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，负极区附近溶液中OH－浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。]

4．下面是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

C　[A中通空气的一极为正极，电极反应为O2＋4e－===2O2－。B中通O2的一极为正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。C中通空气的一极为正极，电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O。D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应为2CO2＋O2＋4e－===2CO。]

5．可以将反应Zn＋Br2===ZnBr2设计成可充电电池，下列4个电极反应：

①Br2＋2e－===2Br－　②2Br－－2e－===Br2

③Zn－2e－===Zn2＋　④Zn2＋＋2e－===Zn

其中表示充电时的阳极反应和放电时的负极反应的分别是(　　)

A．②和③　B．②和①    C．③和①　　D．④和①

A　[充电时的阳极和放电时的负极均发生氧化反应。]

6．(素养题)某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是(　　)

A．电子通过外电路从b极流向a极

B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2

D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极

D　[由电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H＋移向正极，正极即b极的电极反应式应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A、B项错误，D项正确；C项没有指明标准状况，故C项错误。]

7．利用如图所示装置可以将温室气体CO2转化为燃料气体CO。下列说法中正确的是(　　)

A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程

B．电极a表面发生还原反应

C．该装置工作时，H＋从b极区向a极区移动

D．该装置中每生成1 mol CO，同时生成1 mol O2

A　[由电子流向可知，该装置的负极(a电极)反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正极(b电极)反应式为2CO2＋4e－＋4H＋===2CO＋2H2O，总反应为2CO2===2CO＋O2，因CO的燃烧为放热反应，故该反应为吸热反应。吸收的能量只能来自太阳能，即反应的过程将太阳能转化为化学能，A项正确；电极a(负极)应该发生失电子的氧化反应，B项错误；原电池中阳离子向正极移动，所以H＋应该向b极区移动，C项错误；根据总反应，每生成1 mol CO得到0.5 mol O2，D项错误。]

8．(双选)据报道，以硼氢化合物NaBH4(硼元素的化合价为＋3)和H2O2作原料的燃料电池可用作通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电池放电时Na＋从a极区移向b极区

B．电极b采用MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用

C．每消耗1 mol H2O2，转移的电子为1 mol

D．该电池的正极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O

AB　[由装置图可知，H2O2得电子化合价降低，所以b为正极，a为负极，原电池中阳离子向正极移动。负极反应为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O。每消耗1 mol H2O2，转移的电子为2 mol。]

9．如图是一种应用广泛的锂电池，LiPF6是电解质，SO(CH3)2是溶剂，反应原理是4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法不正确的是(　　)

A．该装置将化学能转化为电能

B．电子移动方向是由a极流向b极

C．可以用水代替SO(CH3)2作溶剂

D．b极反应式是FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S

C　[该装置是原电池，是将化学能转化为电能的装置，A正确；外电路中电子移动方向为由负极流向正极，由题中反应原理可知a极为负极，b极为正极，即由a极流向b极，B正确；Li能与水反应，所以不能用水代替SO(CH3)2作溶剂，C错误；b极上FeS2得电子发生还原反应，电极反应式为FeS2＋4Li＋＋4e－===Fe＋2Li2S，D正确。]

10．Zn－MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。

(2)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___________________________________。

欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。

A．NaOH     B．Zn

C．Fe  D．NH3·H2O

[解析]　(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极：Zn－2e－===Zn2＋；电池工作时，电子是从负极流向正极。

(2)Zn与Cu2＋发生氧化还原反应，生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快了Zn的腐蚀。

[答案]　(1)Zn(或锌)　正极

(2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀　B

11．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。

回答下列问题：

O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。

(1)电池的负极反应式：________________________。

电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O；

6CO2＋6O===3C2O＋6O2。

反应过程中O2的作用是____________。

(2)该电池的总反应式：____________________________。

[解析]　Al—CO2电池中，Al为负极，反应式为Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应式可知O2的作用是作催化剂。将正、负极两个电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。

[答案]　(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　作催化剂

(2)2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3

[拓展培优练]

12．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 (　　)

A．放电时，ClO向负极移动

B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2

C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C

D．充电时，阳极反应为：Na＋＋e－===Na

D　[电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。]

13．研究人员最近发现了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中该电池的总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电的说法正确的是(　　)

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

B　[原电池的正极得电子发生还原反应，A项错误；每生成1 mol Na2Mn5O10有2 mol Ag被氧化，转移2 mol电子，B项正确；原电池中的阳离子移向正极，所以Na＋不断向“水”电池的正极移动，C项错误；银的化合价升高被氧化，AgCl是氧化产物，D项错误。]

14．如图为镁－次氯酸盐燃料电池的工作原理图，下列有关说法不正确的是(　　)

A．该燃料电池中镁为负极，发生还原反应

B．电池的总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－

C．放电过程中OH－移向负极

D．酸性电解质的镁－过氧化氢燃料电池正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O

A　[该原电池中，镁作负极，负极上镁失电子发生氧化反应，正极上次氯酸根离子得电子发生还原反应，电池总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2↓＋Cl－，原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。负极发生氧化反应，A错误；由上述分析可知，电池总反应式为Mg＋ClO－＋H2O===Mg(OH)2＋Cl－，B正确；原电池中，阴离子向负极移动，故OH－移向负极，C正确；酸性电解质的镁－过氧化氢燃料电池中，正极上过氧化氢得到电子生成水，电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，D正确。]

15．Ⅰ.乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。

碱性乙醇燃料电池　酸性乙醇燃料电池

熔融盐乙醇燃料电池

(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为________。

(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为___________________，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是_____________________。

(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为____________，通过质子交换膜的离子是________。

(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向电极________(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为____________。

Ⅱ.肼(N2H4)­双氧水燃料电池由于其较高的能量密度而广受关注，其工作原理如图所示。则电池正极反应式为_____________，电池工作过程中，A极区溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

[解析]　Ⅰ.(1)燃料电池中通入燃料的为负极，通入氧气或空气的为正极，三种乙醇燃料电池中正极反应物均为氧气。(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a为负极，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，使用空气代替氧气，空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；质子交换膜能够使质子H＋通过。(4)根据图示，a为负极，原电池中阴离子由正极向负极移动，CO向电极a移动，电极b为正极，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。

Ⅱ.肼—双氧水燃料电池中正极发生还原反应，正极反应式为2H2O2＋4e－===4OH－，电池工作过程中，A极为负极，总反应为N2H4＋2H2O2===N2＋4H2O，用总反应方程式减正极反应式得到负极反应式为N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，负极区溶液的pH逐渐减小。

[答案]　Ⅰ.(1)氧气

(2)C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O　空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH

(3)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　H＋

(4)a　O2＋2CO2＋4e－===2CO

Ⅱ.H2O2＋2e－===2OH－　减小