第4章 专题强化练5　多类型化学电池（含答案解析）-人教版高中化学高二上册（选必一）

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第四章　化学反应与电能专题强化练5　多类型化学电池1.室温钠—硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠—硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极,表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时,在硫电极发生反应:12S8+e−12S82−,12S82−+e−S42−,2Na++x4S42−+2(1−x4)e- Na2Sx下列叙述错误的是 (　　)A.充电时Na+从钠电极向硫电极迁移B.放电时外电路电子流动的方向是a→bC.放电时正极反应为2Na++x8S8+2e- Na2SxD.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能2.某新型水系锌—空气电池通过采用弱酸性的醋酸锌[(CH3COO)2Zn]和醋酸(CH3COOH)的混合水溶液作为电解液,所构成的非碱性锌—空气电池可以在空气中稳定充放电运行近600小时,其结构如图所示。下列说法正确的是 (　　)A.电子由Zn电极流出,经过电解液流向多孔石墨电极B.负极的电极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-C.电路中每转移2 mol e-,多孔石墨电极消耗11.2 L O2D.若选用碱性电解液,在多孔石墨电极表面易生成难溶碳酸盐,降低电池放电效率3.某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A.放电时负极质量减小B.储能过程中电能转变为化学能C.放电时右侧H+通过质子交换膜移向左侧D.充电总反应:Pb+SO42−+2Fe3+ PbSO4+2Fe2+4.如图所示为水系锌离子电池,下列有关该电池的说法不正确的是 (　　)A.放电时,负极反应为Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-B.放电时,每转移1 mol e-,a电极理论上减少43.5 gC.充电时,K2SO4溶液的浓度不断增大D.充电时,a电极附近溶液的pH减小5.一种微生物—光电化学复合系统可高效实现固定CO2并生成CH4,其原理如图所示,双极隔膜可向两极室分别提供H+和OH-。下列有关说法不正确的是 (　　)A.a电极为负极,发生氧化反应B.m为OH-,n为H+C.b电极的电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2OD.b极每生成1.6 g CH4,装置中H2O的质量减小10.8 g6.我国科学家在研究HCOOH燃料电池方面有重大进展,装置如图所示,两电极间用允许离子通过的半透膜隔开。下列说法正确的是 (　　)A.正极电极反应为HCOO--2e-+2OH- HCO3−+H2OB.半透膜为阳离子交换膜,储液池中需补充的物质A为H2SO4C.当电路中转移1 mol电子时,理论上生成174 g K2SO4D.当1 mol HCOOH转化为KHCO3时,有0.1 mol SO42−从右向左迁移7.如图是“海水—河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响),其中a、b均为Ag/AgCl复合电极,b的电极反应式为AgCl+e- Ag+Cl-。下列说法正确的是 (　　)A.a的电极反应式为Ag-e- Ag+B.内电路中,Na+由b极区向a极区迁移C.工作一段时间后,两极NaCl溶液的浓度差增大D.电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g8.利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池,利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理如图所示,其中在参比电极上通入纯氧气,测量电极上通入空气。下列说法错误的是 (　　)A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2-B.工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极C.处于封闭环境时,用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确D.相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越高答案与分层梯度式解析1.A　由“工作时,在硫电极发生反应:12S8+e- 12S82−,12S82−+e- S42−,2Na++x4S42−+2(1-x4)e- Na2Sx”可以看出放电时硫电极得到电子,为原电池的正极。充电时为电解池装置,阳离子移向阴极(即钠电极),故钠离子应从硫电极向钠电极迁移,A错误;放电时,电子沿着外电路从钠电极流向硫电极,B正确;放电时,在硫电极(正极)发生反应:12S8+e- 12S82−,12S82−+e- S42−,2Na++x4S42−+2(1-x4)e- Na2Sx,联立三式可得总电极反应2Na++x8S8+2e- Na2Sx,C正确;炭化纤维素纸的导电性强,可以增强硫电极导电性能,D正确。2.D　电子由负极经导线流向正极,不经过电解液,A错误;Zn电极为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,B错误;正极的电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O,每转移2 mol e-,消耗0.5 mol氧气,未指明气体所处状况,无法计算气体的体积,C错误;若选用碱性电解液,石墨可能被氧气氧化为CO2,CO2溶于碱性溶液有碳酸根离子生成,负极Zn失电子得到的Zn2+会移动至多孔石墨电极附近与碳酸根离子结合生成碳酸锌难溶物,降低电池放电效率,D正确。3.B　电池放电时,负极反应式为Pb-2e-+SO42− PbSO4,则负极质量增大,A错误;储能过程为充电过程,电能转化为化学能,充电时电池总反应为PbSO4+2Fe2+ Pb+SO42−+2Fe3+,B正确、D错误;放电时,H+向正极移动,即左侧H+通过质子交换膜移向电池右侧,C错误。反思升华双液电池分析的步骤　　第一步:分析两极材料和两液的成分或两极区域中粒子的转化关系等,确定正、负极。第二步:根据确定的两极,分析电极反应,离子、电子的移动方向及电流流向等。第三步:明确问题,分析出正确答案。4.C　放电时,b电极为负极,碱性条件下锌失去电子,电极反应式为Zn-2e-+4OH- [Zn(OH)4]2-,A正确;放电时,a电极为正极,酸性条件下二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成Mn2+和H2O,电极反应式为MnO2+2e-+4H+ Mn2++2H2O,则外电路转移1 mol e-时,a电极理论上减少1 mol×12×87 g/mol=43.5 g,B正确;充电时,阳极区H+通过阳离子交换膜进入中间区,阴极区OH-通过阴离子交换膜进入中间区,则K2SO4溶液的浓度减小,C错误;充电时,a电极为阳极,电极反应式为Mn2++2H2O-2e- MnO2+4H+,a电极附近溶液的pH减小,D正确。5.D　由题图可知,b极二氧化碳发生还原反应生成甲烷,为正极,电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O,所以n为H+,m为OH-,a极为负极,OH-在负极失去电子,发生氧化反应,A、B正确;b电极的电极反应式为CO2+8H++8e- CH4+2H2O,C正确;电池总反应为CO2+2H2O CH4+2O2,每生成1.6 g CH4,即生成0.1 mol CH4,需消耗0.2 mol水,质量为3.6 g,D错误。6.B　负极电极反应式为HCOO--2e-+2OH- HCO3−+H2O,A错误;放电时K+从左向右迁移,题图中半透膜为阳离子交换膜,储液池中不断消耗氢离子,同时产生硫酸钾,故需补充的物质A为H2SO4,B正确;当电路中转移1 mol电子时,理论上生成0.5 mol K2SO4,质量为87 g,C错误;半透膜为阳离子交换膜,根据负极电极反应式HCOO--2e-+2OH- HCO3−+H2O,可知当1 mol HCOOH转化为KHCO3时,转移2 mol e-,有2 mol K+从左向右迁移,D错误。7.D　根据图中电子的移动方向判断a为原电池的负极,电极反应式为Ag-e-+Cl- AgCl↓,A错误;b为原电池的正极,Na+由a极区向b极区迁移,工作一段时间后,模拟海水区NaCl溶液的浓度减小,模拟河水区NaCl溶液的浓度增大,两极NaCl溶液的浓度差减小,B、C错误;电路中转移1 mol e-时,负极中有1 mol Cl-与Ag+结合生成AgCl,同时有1 mol Na+透过阳离子交换膜移入模拟河水区,理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g,D正确。8.D　相同条件下,纯氧比空气中氧气浓度大,根据“同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池”,可知参比电极O2浓度大,作正极,则测量电极作负极。熔融ZrO2、CaO可用于传递O2-,A正确;电子由负极经外电路流向正极,故工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极,B正确;负极O2-失去电子发生氧化反应会不断生成氧气,导致测量电极处的气体中氧气浓度增大,故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确,C正确;两极氧气浓度差越大,两极电势差越大,则相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越低,D错误。1.A2.D3.B4.C5.D6.B7.D8.D