新教材適用2024-2025學年高中化學第4章化學反應與電能第1節(jié)原電池第2課時化學電源提能作業(yè)新人教版選擇性必修1

第四章第一節(jié)第2課時A級·基礎達標練一、選擇題1．鉛蓄電池是最常用的二次電池，其反應方程式為Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2PbSO4＋2H2O，則充電時PbSO4(D)A．在陽極生成B．在陰極生成C．在兩個電極上生成D．在兩個電極上除去解析：放電時，PbO2在電池正極上反應式為PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O，Pb在負極上反應式為Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；充電時，陽極反應為PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，陰極反應為PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，充電時，PbSO4在兩極上除去。2．化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說法不正確的是(B)A．甲：Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極旁邊溶液的pH增大B．乙：負極的電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋C．丙：鋅筒作負極，發(fā)生氧化反應，鋅筒會變薄D．丁：運用一段時間后，電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導電實力下降解析：甲為銅鋅原電池，鋅失去電子，鋅電極是負極，銅電極是正極，正極上氫離子放電形成氫氣，因此Zn2＋向Cu電極方向移動，Cu電極旁邊溶液的pH增大，故A正確；鋅是負極，電解質(zhì)溶液顯堿性，負極的電極反應式為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2，故B錯誤；Zn為較活潑電極，作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋，反應中鋅溶解，因而鋅筒會變薄，故C正確；鉛蓄電池總反應式為PbO2＋Pb＋H2SO42PbSO4＋2H2O，運用一段時間后，H2SO4不斷被消耗，因而電解質(zhì)溶液的酸性減弱，導電實力下降，故D正確。3．探討發(fā)覺一種利用微生物將有機物中的化學能干脆轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其在廢水處理和新能源開發(fā)領域具有廣袤的應用前景。如圖為酸性有機污水處理的試驗裝置。下列說法正確的是(C)A．工作過程中正極室的溶液pH降低B．工作過程中H＋由正極室向負極室遷移C．若底物為CH3CHO，則負極反應式為CH3CHO－10e－＋3H2O=2CO2↑＋10H＋D．若底物為CH3CHO，且放出44gCO2，至少消耗28.0LO2解析：正極的電極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，溶液的pH上升，A錯誤；H＋由負極室向正極室遷移，B錯誤；沒有標明O2所處溫度、壓強，不能計算O2的體積，D錯誤。4．Mg－AgCl電池是一種以海水為電解質(zhì)溶液的水激活電池。下列敘述錯誤的是(B)A．Mg為負極B．正極反應式為Ag＋＋e－=AgC．電池放電時Cl－由正極向負極遷移D．負極會發(fā)生副反應Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑解析：活潑金屬鎂作負極，失電子發(fā)生氧化反應，A項正確；AgCl是難溶物，正極反應式為AgCl＋e－=Ag＋Cl－，B項錯誤；原電池放電時，陰離子向負極移動，則Cl－在正極產(chǎn)生，由正極移向負極，C項正確；鎂是活潑金屬能與水反應，Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑，D項正確。5．某鋰-空氣電池放電時的工作原理如圖所示。下列敘述正確的是(B)A．放電時電子由B極經(jīng)導線向A極移動B．電池放電時B電極的反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．電解液a、b之間可采納陰離子交換膜D．當A電極消耗14g金屬鋰時，B電極有標準狀況下22.4L氧氣參加反應解析：在原電池中，A是負極，B是正極，電子由A極經(jīng)導線向B極移動，故A錯誤；原電池放電時B電極發(fā)生還原反應：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故B正確；依據(jù)圖示，LiOH由正極區(qū)流出，說明電解液a、b之間可采納陽離子交換膜，故C錯誤；14g金屬鋰物質(zhì)的量為2mol，轉(zhuǎn)移電子為2mol，B電極反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，標準狀況下0.5×22.4＝11.2L氧氣參加反應，故D錯誤。6.科學家設計出質(zhì)子膜H2S燃料電池，實現(xiàn)了利用H2S廢氣資源回收能量并得到單質(zhì)硫。質(zhì)子膜H2S燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。下列說法不正確的是(C)A．電極a為電池的負極B．電極b上發(fā)生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－=2H2OC．電路中每流過4mol電子，在正極消耗44.8LH2SD．每17gH2S參加反應，有1molH＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)解析：電極a上H2S轉(zhuǎn)化為S2，發(fā)生氧化反應，則電極a為電池的負極，A項正確；電極b上O2轉(zhuǎn)化為H2O，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，B項正確；負極反應式為2H2S－4e－=S2＋4H＋，電路中每流過4mol電子，在負極消耗2molH2S，而不是正極，且題中未指明H2S所處的狀態(tài)，C項錯誤；依據(jù)2H2S－4e－=S2＋4H＋知，17g(0.5mol)H2S參加反應，生成1molH＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)，D項正確。二、非選擇題7．有人設想以N2和H2為反應物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能供應電能，又能固氨的新型燃料電池，裝置如圖所示。(1)電池正極發(fā)生的反應式是N2＋6e－＋8H＋=2NHeq\o\al(＋,4)。(2)A是_氯化銨__(填名稱)。(3)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料電池，其原理見圖，石墨Ⅰ為電池的_負__極；該電池在運用過程中石墨Ⅰ電極上生成氧化物Y，其電極反應式為NO2－e－＋NOeq\o\al(－,3)=N2O5。解析：(1)N2和H2為反應物，溶有A的稀鹽酸作電解質(zhì)溶液，能固氨，發(fā)生的反應是N2＋3H2＋2HCl=2NH4Cl，依據(jù)裝置圖反應前稀A溶液，反應后濃的A溶液，因此A為氯化銨，N元素化合價由0價→－3價，H2中H元素的化合價由0→＋1價，依據(jù)原電池工作原理，通氮氣一極為正極，通氫氣一極為負極，因此正極反應式為N2＋6e－＋8H＋=2NHeq\o\al(＋,4)。(2)依據(jù)問題(1)的分析，A應是氯化銨。(3)燃料電池中通燃料的一極為負極，通氧氣或空氣的一極為正極，依據(jù)裝置圖，石墨Ⅰ為負極，依據(jù)原電池工作原理，負極上失去電子，發(fā)生氧化反應，化合價上升，Y為氧化物，因此Y為N2O5，其電極反應式為NO2－e－＋NOeq\o\al(－,3)=N2O5。8．“神舟九號”飛船的電源系統(tǒng)共有3種，分別是太陽能電池帆板、鎘鎳蓄電池和應急電池。(1)飛船在光照區(qū)運行時，太陽能電池帆板將_太陽__能轉(zhuǎn)化為_電__能，除供應飛船運用外，多余部分用鎘鎳蓄電池儲存起來。其工作原理為Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。充電時，陽極的電極反應式為Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O；當飛船運行到陰影區(qū)時，鎘鎳蓄電池起先為飛船供電，此時負極旁邊溶液的堿性_減小__(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)緊急狀況下，應急電池會自動啟動，工作原理為Zn＋Ag2O＋H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Ag＋Zn(OH)2，其負極的電極反應式為Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2。解析：(1)陽極是失電子發(fā)生氧化反應的一極，Ni(OH)2為陽極；放電時負極反應為Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，溶液的堿性減小。(2)負極上Zn發(fā)生氧化反應，轉(zhuǎn)化為Zn(OH)2。B級·實力提升練一、選擇題1．(2024·湖南選擇性考試)海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰—海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是(B)A．海水起電解質(zhì)溶液作用B．N極僅發(fā)生的電極反應：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能D．該鋰—海水電池屬于一次電池解析：鋰海水電池的總反應為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應，則M電極為負極，電極反應為2Li－2e－=2Li＋，N極為正極，電極反應為2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。海水中含有豐富的電解質(zhì)，如氯化鈉、氯化鎂等，可作為電解質(zhì)溶液，故A正確；N為正極，海水中溶解的O2也能放電，故B錯誤；Li為活潑金屬，易與水反應，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應，也能傳導離子，故C正確；該電池不行充電，屬于一次電池，故D正確。2．(2024·浙江1月，22)一種釕(Ru)基協(xié)作物光敏染料敏化太陽能電池的原理及電池中發(fā)生的主要反應如圖所示。下列說法正確的是(C)A．電池工作時，光能轉(zhuǎn)化為電能，電極X為電池的正極B．鍍鉑導電玻璃的作用是傳遞I－C．電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應：2Ru3＋＋3I－=2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)D．電池的電解質(zhì)溶液中I－和Ieq\o\al(－,3)的濃度均不斷減小解析：由圖中電子的移動方向可知，電極X為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為2Ru2＋－2e－=2Ru3＋，Y電極為原電池的正極，電解質(zhì)為I－和Ieq\o\al(－,3)的混合物，Ieq\o\al(－,3)在正極上得電子被還原，正極反應式為Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－。電極X為原電池的負極，A項錯誤；鍍鉑導電玻璃的作用是作正極材料，B項錯誤；Ru2＋和Ru3＋、Ieq\o\al(－,3)和I－相互轉(zhuǎn)化，所以電解質(zhì)溶液中發(fā)生反應2Ru3＋＋3I－=2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)，C項正確；由電池中發(fā)生的反應可知，Ieq\o\al(－,3)在正極上得電子被還原為I－，后I－又被氧化為Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\al(－,3)和I－相互轉(zhuǎn)化，反應的實質(zhì)是光敏有機物在激發(fā)態(tài)與基態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，全部化學物質(zhì)都沒有被損耗，D項錯誤。3．K－O2電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關于該電池，下列說法錯誤的是(D)A．隔膜允許K＋通過，不允許O2通過B．放電時，電流由b電極沿導線流向a電極；充電時，b電極為陽極C．產(chǎn)生1Ah電量時，生成KO2的質(zhì)量與消耗O2的質(zhì)量比值約為2.22D．用此電池為鉛酸蓄電池充電，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗0.9g水解析：由圖可知，a電極為原電池的負極，單質(zhì)鉀片失去電子發(fā)生氧化反應生成鉀離子，電極反應式為K－e－=K＋，b電極為正極，在鉀離子作用下，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應生成超氧化鉀。金屬性強的金屬鉀易與氧氣反應，為防止鉀與氧氣反應，電池所選擇隔膜應允許K＋通過，不允許O2通過，故A正確；由分析可知，放電時，a為負極，b為正極，電流由b電極沿導線流向a電極，充電時，b電極應與直流電源的正極相連，做電解池的為陽極，故B正確；由分析可知，生成1mol超氧化鉀時，消耗1mol氧氣，兩者的質(zhì)量比值為(1mol×71g·mol－1)(1mol×32g·mol－1)≈2.221，故C正確；鉛酸蓄電池充電時的總反應方程式為2PbSO4＋2H2O=PbO2＋Pb＋2H2SO4，反應消耗2mol水，轉(zhuǎn)移2mol電子，由得失電子數(shù)目守恒可知，消耗3.9g鉀時，鉛酸蓄電池消耗水的質(zhì)量為eq\f(3.9g,39g·mol－1)×18g·mol－1＝1.8g，故D錯誤。4．最近，科學家研發(fā)了“全氫電池”，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是(C)A．右邊吸附層中發(fā)生了還原反應B．負極的電極反應是H2－2e－＋2OH－=2H2OC．電池的總反應是2H2＋O2=2H2OD．電解質(zhì)溶液中Na＋向右移動，ClOeq\o\al(－,4)向左移動解析：由電子的流淌方向可以得知左邊為負極，發(fā)生氧化反應，右邊為正極，發(fā)生還原反應，故選項A、B正確；電池的總反應沒有O2參加，總反應方程式不存在氧氣，故C選項不正確；在原電池中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，故D選項正確。5．某太陽能電池的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(A)A．光照時，b極的電極反應式為VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋B．光照時，每轉(zhuǎn)移2mol電子，有2molH＋由a極區(qū)經(jīng)質(zhì)子交換膜向b極區(qū)遷移C．夜間，a極的電極反應式為V3＋＋e－=V2＋D．硅太陽能電池供電原理與該電池相同解析：光照時，b極上VO2＋失去電子，發(fā)生氧化反應，電極反應式為VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，A項正確；在原電池內(nèi)部，陽離子向正極(a)移動，B項錯誤；夜間電池放電，a極電極反應式為V2＋－e－=V3＋，C項錯誤；電池工作時，發(fā)生了氧化還原反應，化學能轉(zhuǎn)化為電能，而硅太陽能電池干脆把光能轉(zhuǎn)化成電能，二者供電原理不同，D項錯誤。二、非選擇題6．高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途。高鐵酸鉀(K2FeO4)是一種志向的水處理劑，高鐵電池的研制正在進行中。如圖甲是高鐵電池的模擬試驗裝置：AB(1)該電池放電時正極的電極反應式為FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3↓＋5OH－；若維持電流強度為1A，電池工作非常鐘，理論消耗Zn_0.2__g。(已知F＝96500C/mol)(2)鹽橋中盛有飽和KCl溶液，此鹽橋中氯離子向_右__(填“左”或“右”)移動；若用陽離子交換膜代替鹽橋，則鉀離子向_左__(填“左”或“右”)移動。(3)圖乙為高鐵電池和常用的高能堿性電池的放電過程曲線，由此可得出高鐵電池的優(yōu)點有_運用時間長、工作電壓穩(wěn)定__。解析：(1)依據(jù)高鐵電池裝置可確定Zn和C分別作負極和正極，放電時FeOeq\o\al(2－,4)在正極發(fā)生還原反應，其電極反應式為FeOeq\o\