人教版 (2019)必修 第二册第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化第3课时精练

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化第3课时精练，共12页。试卷主要包含了下列说法中正确的是，下列有关电池的说法不正确的是，如图是氢氧燃料电池构造示意图，2 ml电子等内容，欢迎下载使用。
第3课时　化学电池
基础过关练
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
题组一　常见化学电池
1.(2020湖北武汉高一期中)下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④
C.①②③ D.①③④
2.(2020山西吕梁高一期中)下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铅酸蓄电池是可充电电池,电池的正极材料为PbO2
C.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
D.铜锌原电池工作时,电子从铜电极沿外电路流向锌电极
3.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用,它的充放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2;由此可知,该电池放电时的负极材料是(　　)
A.Cd B.Ni(OH)2
C.Cd(OH)2 D.NiO(OH)
4.(2019江西南昌二中高一下月考)常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等,废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

(1)石墨中化学键类型为　　　　　　,在电池中的作用为　　　　。 
(2)酸性锌锰干电池的负极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)碱性锌锰干电池在放电过程中产生MnOOH,正极反应式为　　　　　　　　　　　　　。 
(4)填充物用60 ℃温水溶解,目的是　　　　　　　　　　　　　　。 
(5)操作A的名称为　　　　　　。 
(6)铜帽溶解时加入H2O2溶液的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。 

题组二　燃料电池
5.(2020山西太原高一期中)如图是氢氧燃料电池构造示意图。下列关于该电池的说法不正确的是(深度解析)

A.a极是负极
B.正极的电极反应式是O2+2H2O+4e- 4OH-
C.电子由a通过灯泡流向b
D.氢氧燃料电池是环保电池
6.如图为某课外小组自制的氢氧燃料电池,a、b均为石墨。

下列叙述不正确的是(　　)
A.a电极是负极,该电极上发生氧化反应
B.总反应为2H2+ O2 2H2O
C.b极反应是O2+ 4H++ 4e- 4H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色能源
题组三　化学电池的相关计算
7.(2020福建福州三中高一期中)由质量均为10 g的铁片、铜片和足量的CuSO4溶液组成原电池装置,经过一段时间后,两电极的质量差为12 g,则下列说法正确的是　(　　)
A.铁片溶解了12 g 　　　　　B.导线中通过了0.2 mol电子
C.铜片上析出了6 g Cu 　　　　　D.铜片溶解了6.4 g
8.一种新型环保电池是采用低毒的铝合金(丢弃的易拉罐)、家庭常用的漂白水、食盐、氢氧化钠(化学药品店常见试剂)等原料制作的。电池的总反应为2Al+3ClO-+2OH- 3Cl-+2AlO2-+H2O。下列说法不正确的是(　　)
A.该电池的优点是电极材料和电解质用完后可以更换
B.该电池发生氧化反应的是金属铝
C.电池的正极得到3 mol电子时,负极减轻的质量为54 g
D.当有0.1 mol Al完全溶解时,流经外电路的电子个数约为1.806×1023

能力提升练
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
题组一　传统化学电源综合
1.(2020吉林长白山高一月考,)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示,放电时的电池反应为PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　)

A.PbO2是电池的负极
B.Pb是电池的负极
C.PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液的酸性增强
2.()根据图1、图2、图3及题中信息,回答下列问题:


(1)图1是锌锰干电池基本构造图,该电池的负极材料是　　　　;工作时NH4+在正极放电产生两种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,正极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　;电路中每通过0.2 mol e-,负极质量减少　　　　。 
(2)图2是利用废旧锌锰干电池内的黑色糊状物分离得到黑色残渣MnO2的流程图。该流程中溶解和过滤操作均要使用到的玻璃仪器有　。 
(3)图3是探究MnO2在制O2过程中的作用的实验装置图,利用该装置完成下表中实验一和实验二,实验过程中有关实验现象和所得数据如下表(已知:两次实验气体的体积在相同条件下测定;H2O2溶液由分液漏斗滴入到圆底烧瓶)。

序号
烧瓶中的物质
实验记录
实验结论
实验一
足量MnO2
a.充分反应后未见黑色固体物质减少
b.收集到112 mL气体
①　　　 
实验二
足量MnO2和稀硫酸
c.充分反应后黑色粉末部分溶解
d.收集到112 mL气体
②　　　 

③在测量气体体积时,除要注意待气体温度恢复至室温、平视读数外,还需要注意　　　　　　　　　　　　　　; 
④实验一、二中参加反应的H2O2的物质的量之比为　　　　。 
题组二　新型化学电源综合
3.(双选)(2020河南洛阳高一开学考试,)某液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。其中以固体氧化物为电解质,生成物为无毒无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是　(　　)

A.a电极上的电极反应式为N2H4+2O2-+4e- N2↑+2H2O
B.电池内电路中,电流方向:电极a→电极b
C.当电极a上消耗1 mol N2H4时,电极b上被还原的O2在标准状况下的体积为22.4 L
D.电极b附近的pH变大
4.()Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,示意图如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是(　　)

A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.电子由Mg电极经用电器流向石墨电极
D.电解质溶液中Cl-向石墨电极移动

5.()被称为“软电池”的纸质电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法正确的是(　　)
A.该电池中Zn作负极,发生还原反应
B.该电池反应中MnO2起催化作用
C.该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2
D.该电池正极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-
6.(2019辽宁沈阳东北育才中学高一下期中,)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.微生物细菌对氮的硝化起氧化作用
B.盐桥中K+向Y极移动
C.电子由Y极沿导线流向X极
D.Y极发生的反应为2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O
7.()Ⅰ.氢能是重要的新能源。它的开发、储存和应用,是当前人们关注的热点之一。
(1)开发氢能的方法之一是分解水。开发特殊物质作催化剂,　　　　(填“能”或“不能”)降低水分解过程中所需能量。 
(2)用高压氢气、氧气制作的氢氧燃料电池是氢能源利用的一种重要方式。某氢氧燃料电池的两个电极的极性标志模糊不清,小明利用如图所示装置进行实验判断。

①a电极通入的是氢气,则a电极是　　　　极。 
②工作一段时间后消耗O2 6.4 g,则外电路中通过的电子的物质的量是　　　　mol。深度解析 
Ⅱ.汽车行驶、某些化工厂生产过程,会向空气中排放NOx、CO、SO2等有害气体。
(1)NOx对环境的主要影响有　　　　(填字母)。 
A.硝酸型酸雨　　　 B.温室效应
C.破坏臭氧层　　 D.光化学烟雾
(2)为了减少重型柴油车排放NOx,向尾气处理装置内自动喷入的尿素溶液在一定条件下先转化为NH3,NH3再与NOx反应生成两种无污染的物质。其中NH3与NO2在一定条件下反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)通过CO传感器可监测CO的含量,其工作原理为2CO+O2 2CO2,示意图如下:

通入CO的一极为　　　　极(填“正”或“负”),溶液中H+移向　　　　极(填“A”或“B”)。 
8.(2019浙江余姚中学高一4月月考,)(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。

①上述生产硫酸的总反应为　　　　　　　　　　　　　,b是　　　　极,b电极反应式为　　　　　　　　　　　　　,生产过程中H+向　　　(填“a”或“b”)电极区域运动。 
②该小组同学反思原电池的原理,其中观点正确的是　　　　(填字母)。 
A.原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B.原电池装置一定需要2个活泼性不同的金属电极
C.电极一定不能参加反应
D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
(2)CO与H2反应还可制备CH3OH,CH3OH可作为燃料使用,用CH3OH和O2组合形成的含有质子交换膜(只允许H+通过)的燃料电池的结构示意图如下:

质子交换膜左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1H2SO4溶液。电池总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,c电极为　　　　(填“正极”或“负极”),c电极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析
基础过关练
1.B　①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,可以从外部提供,正确;②锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池可充放电,是二次电池,正确;③锂电池是新一代可充电电池,正确;④我国已成功研制出燃料电池和超级电容混合动力有轨电车,正确。
2.D　手机上用的锂离子电池既能放电又能充电,属于二次电池,A正确;铅酸蓄电池属于可充电电池,电池的正极材料为PbO2,B正确;燃料电池的能量转化率高,且产物不污染环境,所以是一种高效且对环境友好的新型电池,C正确;铜锌原电池工作时,电子从锌电极沿外电路流向铜电极,D错误。
3.A　从总反应Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2可以看出,放电时,Cd由0价升高到+2价,Ni由+3价降低到+2价,所以负极材料是Cd,故选A。
4.答案　(1)共价键(非极性共价键)　导电
(2)Zn-2e- Zn2+
(3)MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-
(4)加快溶解速率
(5)过滤
(6)Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O
解析　(1)石墨中化学键类型为共价键;石墨在电池中作电极,起导电作用。
(2)酸性锌锰干电池的负极为锌,负极反应式为Zn-2e-Zn2+。
(3)在碱性锌锰干电池中,Zn作负极、二氧化锰作正极,正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2OMnOOH+OH-。
(4)填充物用60 ℃温水溶解的目的是加快溶解速率。
(5)分离不溶性固体和液体采用过滤的方法,所以操作A的名称是过滤。
(6)酸性条件下,双氧水能将铜氧化成铜离子,反应的化学方程式为Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。
5.B　根据示意图,a极处H2失电子,发生氧化反应生成H2O,a极是负极,A正确;b极是正极,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,B错误;a极为负极,b极为正极,电子由a极(负极)通过灯泡流向b极(正极),C正确;氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2 2H2O,生成物为H2O,氢氧燃料电池是环保电池,D正确。
规律方法　对于化学电池而言,电流方向是正电荷的移动方向,由此可知,当电极上发生还原反应时,将得到电子,即有电子流入,相当于有正电荷流出,这样的电极为正极;相反,当电极上发生氧化反应时,将失去电子,即有电子流出,这样的电极为负极。上述规律若与氧化还原反应结合分析,不难得出,以自发进行的氧化还原反应作为化学电池的反应原理,反应中的还原剂将作为电池负极的活性物质,氧化剂则作为电池正极的活性物质。
6.C　由题图可知,氢氧燃料电池中通入H2的一极为负极、通入O2的一极为正极。a电极是负极,该电极上发生氧化反应,A项正确;该燃料电池的总反应为2H2+O2 2H2O,B项正确;b极反应是O2+2H2O+4e- 4OH-,C项错误;氢氧燃料电池无污染、能量转化率高,D项正确。
7.B　负极发生反应Fe-2e- Fe2+,正极发生反应Cu2++2e- Cu,设有x mol Fe在负极上反应,则正极生成x mol Cu,则(10+64x)-(10-56x)=12,解得x=0.1,则m(Fe)=0.1 mol×56 g/mol=5.6 g,A错误;x=0.1,则转移的电子的物质的量为0.2 mol,B正确;m(Cu)=0.1 mol×64 g/mol=6.4 g,C错误;在正极上析出的铜的质量为6.4 g,D错误。
8.C　该电池所用材料都是生活中常见的物质,电极材料和电解质用完后可以更换,A正确;金属铝是原电池的负极,发生氧化反应,B正确;在正极上,发生还原反应,得到3 mol电子时,发生反应的铝的物质的量是1 mol,负极减轻的质量是27 g,C错误;当有0.1 mol Al完全溶解时,流经外电路的电子的物质的量为0.3 mol,个数约为1.806×1023,D正确。
能力提升练
1.B　由放电时电池反应PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,PbO2在放电时得到电子被还原,为电池的正极,A、C错误;根据放电反应可知,Pb失去电子被氧化,为电池的负极,B正确;由于电池放电过程中消耗了硫酸,溶液中氢离子浓度逐渐减小,溶液的酸性减弱,D错误。
2.答案　(1)Zn　2NH4++2e- 2NH3↑+H2↑　6.5 g
(2)烧杯和玻璃棒
(3)①二氧化锰作催化剂　②二氧化锰作氧化剂　③上下移动B管,使A、B两管中液面相平　④2∶1
解析　(1)锌锰干电池的负极上Zn失去电子,负极反应为Zn-2e- Zn2+,该电池的负极材料是Zn;NH4+在正极放电产生2种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,为氨气,另一种为氢气,正极反应为2NH4++2e- 2NH3↑+H2↑,电路中每通过0.2 mol e-,根据负极反应Zn-2e- Zn2+可知,消耗0.1 mol Zn,质量为0.1 mol×65 g/mol=6.5 g。(2)溶解需要玻璃棒、烧杯等仪器,过滤需要玻璃棒、烧杯以及漏斗等仪器,则均使用的玻璃仪器为烧杯和玻璃棒。(3)①充分反应后未见黑色固体物质减少,二氧化锰起到催化剂的作用,过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成氧气;②充分反应后黑色粉末部分溶解,生成锰离子,Mn化合价降低,反应中二氧化锰起到氧化剂的作用;③测量气体体积时,除要注意待气体温度恢复至室温、平视读数外,还要注意上下移动B管,使A、B两管中液面相平;④实验一中涉及的反应为2H2O2 2H2O+O2↑,实验二中反应生成锰离子、水、氧气,离子方程式为H2O2+2H++MnO2 Mn2++2H2O+O2↑,由产生氧气的体积比为1∶1可知,参加反应的H2O2的物质的量之比为2∶1。
3.BC　该燃料电池中,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为N2H4+2O2--4e- N2↑+2H2O,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e- 2O2-,电池总反应为N2H4+O2 N2+2H2O。该燃料电池中a电极是负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为N2H4+2O2--4e- N2↑+2H2O,A错误;该燃料电池内电路中电流方向为电极a→电极b,B正确;由电池总反应N2H4+O2 N2+2H2O可知,当电极a上消耗1 mol N2H4时,电极b上有1 mol O2被还原,在标准状况下的体积是22.4 L,C正确;电极b是正极,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e- 2O2-,电极b附近的pH不变,D错误。
4.C　原电池的负极被氧化,镁为负极,A错误;H2O2作氧化剂,在石墨电极上被还原,发生还原反应,B错误;电子由负极通过外电路流向正极,C正确;电解质溶液中的阴离子向原电池的负极(Mg电极)移动,D错误。
5.D　该原电池中,锌元素化合价由0价变为+2价,锌失电子作负极,发生氧化反应,A错误;该原电池中,锰元素化合价由+4价变为+3价,所以二氧化锰发生还原反应,B错误;电子从负极Zn沿导线流向MnO2,C错误;正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-,D正确。
6.C　由题图可知,微生物细菌对氮的硝化起氧化作用,A正确;X极上NH3失电子,发生氧化反应,X极作负极,Y极上NO3-得电子,发生还原反应,Y极作正极,盐桥中K+向正极移动,B正确;由B项分析可知,X极为电池的负极,电子由X极沿导线流向Y极,C不正确;Y极为正极,电极反应式为2NO3-+10e-+12H+ N2↑+6H2O,D正确。
7.答案　Ⅰ.(1)不能
(2)①负　②0.8
Ⅱ.(1)ACD
(2)8NH3+6NO2 7N2+12H2O
(3)负　A
解析　Ⅰ.(1)催化剂只能降低反应的活化能,不能降低反应过程中所需能量;开发特殊物质作催化剂,不能降低水分解过程中所需能量。(2)①燃料电池工作时,H2失电子,发生氧化反应,则a电极是负极。②消耗O2的物质的量为6.4 g32 g/mol=0.2 mol,则外电路中通过电子的物质的量为0.2 mol×4=0.8 mol。Ⅱ.(1)NOx对环境的影响有:形成硝酸型酸雨、破坏臭氧层、形成光化学烟雾,故答案为ACD。(2)NH3与NOx反应生成两种无污染的物质,根据原子守恒,应生成N2和H2O,NH3与NO2在一定条件下反应的化学方程式为8NH3+6NO2 7N2+12H2O。(3)根据工作原理2CO+O2 2CO2,其中CO发生失电子的氧化反应,O2发生得电子的还原反应。原电池中负极发生失电子的氧化反应,阳离子移向正极,则通入CO的一极为负极,通入O2的一极为正极,溶液中H+移向A极。
知识拓展　在新型化学电池中燃料电池以其洁净和高效而被人们广泛使用,从燃料电池的工作原理分析,我们不难发现燃料电池实质上是一款高效、绿色的“发电机”,燃料电池在工作过程中,只消耗燃料和氧气,而工作装置在电池使用过程中没有发生变化。在我们所研究的常见的燃料电池中,所选用的电解质溶液一般分为两类,即酸性溶液和碱性溶液。若所用燃料为有机物,则在酸性环境下,有机物中的碳元素转变为CO2,在碱性条件下转变为CO32-。
8.答案　(1)①2SO2+O2+2H2O 2H2SO4　正　O2+4e-+4H+ 2H2O　b　②D
(2)负极　CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+
解析　(1)①根据装置图可知,a电极通入SO2,SO2发生失去电子的氧化反应,在b电极上通入O2,则生产硫酸的总反应为2SO2+O2+2H2O 2H2SO4;b电极是正极,O2在酸性条件下得电子生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O;原电池中阳离子向正极移动,则生产过程中H+向b电极区域运动。②原电池反应为氧化还原反应,反应过程中一定有电子发生转移,A项错误;原电池装置不一定需要2个活泼性不同的金属电极,例如燃料电池等,B项错误;原电池中电极可以参加反应,例如铜、锌、稀硫酸组成的原电池,锌电极参加反应,C项错误;原电池中氧化反应和还原反应拆开在两极发生,D项正确。
(2)根据装置图可知,电子从c电极流出,则c电极是负极,电池总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,所以CH3OH在负极(c电极)发生失去电子的氧化反应,电极反应式为CH3OH-6e-+H2O CO2+6H+。