高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池第2课时课时训练

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化学电源(40分钟　70分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分)1．(2021·遵化高二检测)下列说法正确的是(　　)A．铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加B．手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池C．二次电池充电时，正极与外接电源的负极相连D．燃料电池工作时，燃料在电池中燃烧，热能转化为电能【解析】选A。铅蓄电池在放电过程中，负极电极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4，负极生成PbSO4质量增加，正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，正极生成PbSO4质量也增加，故A正确；锂电池可以反复充放电，属于二次电池，故B错误；二次电池充电时，正极与外接电源的正极相连，负极与外接电源的负极相连，故C错误；燃料电池工作时，燃料与氧化剂不接触，所以燃料在电池中不燃烧，是化学能直接转化为电能，故D错误。2．(2021·石家庄高二检测)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)A.甲：电池工作时，在Zn电极产生无色气体B．乙：锌作负极，发生氧化反应C．丙：锌锰干电池是一次电池，放电之后不能充电D．丁：铅蓄电池可实现电能与化学能之间的相互转化【解析】选A。甲图为铜锌原电池，锌为负极，铜为正极，H＋会在铜上得电子发生还原反应，即在Cu电极产生无色气体，故A错误；乙图为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，锌作负极，发生失电子的氧化反应，故B正确；丙图为锌锰干电池，是一次电池，放电之后不能充电，故C正确；图为铅蓄电池，属于二次电池，化学能转化为电能的装置，即可实现电能与化学能之间的相互转化，故D正确。3．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是(　　)A．Pb为正极被氧化B．溶液的pH不断减小C．SO只向PbO2处移动D．电解质溶液的密度不断减小【解析】选D。由题给电极反应可以看出H2SO4不断被消耗，故pH不断增大，H2SO4浓度减小，溶液密度减小，所以B错，D对；由Pb元素化合价的变化，可以看出Pb是负极，所以A不正确；原电池工作时，整个电路中负电荷的流向是一致的，外电路中，电子由Pb极流向PbO2极；内电路中，负电荷(SO和OH－)移向Pb极，所以C不正确。4．(双选)科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)A.右边吸附层中发生了还原反应B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2OC．电池的总反应是2H2＋O2===2H2OD．电解质溶液中Na＋向左移动，ClO向右移动【解析】选C、D。由电子流向可知，右边吸附层为正极，发生了还原反应，故A正确；由电子流向可知，左边吸附层为负极，发生了氧化反应，电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，故B正确；负极电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，正极电极反应是2e－＋2H＋===H2，电池的总反应无氧气参加，故C错误；原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，所以电解质溶液中H＋由左通过氢离子交换膜向右运动，也有左侧溶液中Na＋向右运动，但不能通过氢离子交换膜，而右侧溶液中ClO向左运动，但也不能通过氢离子交换膜，故D错误。【补偿训练】(双选)2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展作出重要贡献的科学家。磷酸铁锂锂离子电池充电时阳极反应式为xLiFePO4－xe－→xLi＋＋xFePO4，放电工作示意图如图。下列叙述不正确的是(　　)A.放电时，Li＋通过隔膜移向负极B．放电时，电子由铝箔沿导线流向铜箔C．放电时正极反应为xFePO4＋xLi＋＋xe－→xLiFePO4D．磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li＋迁移实现，C、Fe、P元素化合价均不发生变化【解析】选A、D。放电时，“同性相吸”即Li＋通过隔膜移向正极，故A错误；放电时，电子由负极即铝箔沿导线流向正极即铜箔，故B正确；放电正极得电子，发生还原反应为xFePO4＋xLi＋＋xe－===xLiFeO4，故C正确；磷酸铁锂锂离子电池充放电过程通过Li＋迁移实现，Fe元素化合价发生变化，故D错误。Ｋ5．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O。有关此电池的推断不正确的是(　　)A．通入氧气的电极为正极B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小【解析】选D。A项，通入乙烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，正确；B项，1 mol乙烷参与反应时转移14 mol电子，则参与反应的氧气的量为＝ mol，故正确；C项，根据电极反应式或总反应方程式可知，氢氧化钾被消耗，故正确；D项，放电时正极产生OH－，则pH增大，D错。6．(2021·渭南高二检测)在环境和能源备受关注的今天，开发清洁、可再生新能源已成为世界各国政府的国家战略，科学家发现产电细菌后，微生物燃料电池(MFC)为可再生能源的开发和难降解废物的处理提供了一条新途径。微生物燃料电池(MFC)示意图如图所示(假设有机物为乙酸盐)。下列说法错误的是(　　)A.A室菌为厌氧菌，B室菌为好氧菌B．A室的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋8H＋C．微生物燃料电池(MFC)电流的流向为b→aD．电池总反应式为CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O【解析】选B。根据装置图可知B室中氧气参与反应，应为好氧菌，故A正确；方程式中电荷和氢原子不守恒，正确的电极反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2＋7H＋，故B错误；MFC电池中氢离子向得电子的正极移动，即向b极移动，b为正极，电流方向是由正极流向负极，即b→a，故C正确；电池的总反应是醋酸根离子在酸性条件下被氧化成CO2、H2O，即CH3COO－＋2O2＋H＋===2CO2＋2H2O，故D正确。7．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是(　　)A．电池的电解质溶液呈碱性，正极为Ni2O3、负极为FeB．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低D．电池充电时，阳极反应2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O【解析】选C。在铁镍蓄电池中，Fe作负极，Ni2O3作正极，由于生成Fe(OH)2，则电解质溶液呈碱性，A项正确；电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B项正确；电池充电时，阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近溶液的pH升高，C项错误；由充电时的总反应减去阴极反应，可得阳极反应，D项正确。8．(2021·钦州高二检测)我国科学家发明了一种“可固氮”的镁­氮二次电池，其装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)A.固氮时，电池的总反应为3Mg＋N2===Mg3N2B．脱氮时，钌复合电极的电极反应式为Mg3N2－6e－===3Mg2＋＋N2↑C．固氮时，外电路中电子由钌复合电极流向镁电极D．当无水LiCl­MgCl2混合物受热熔融后电池才能工作【解析】选C。固氮时，结合图中变化得到，电池的总反应为3Mg＋N2===Mg3N2，故A正确；脱氮时，钌复合电极的电极反应是Mg3N2失电子发生氧化反应生成氮气，电极反应：Mg3N2－6e－===3M2＋＋N2↑，故B正确；固氮时，外电路中电子由负极镁电极流向钌复合电极，故C错误；无水LiCl­MgCl2混合物常温下为固体，无自由移动离子，不能导电，受热熔融后产生自由移动离子导电，电池才能工作，故D正确。【补偿训练】由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关说法正确的是 (　　)A.石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极B．Y的化学式可能为NOC．石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5D．石墨Ⅱ极上发生氧化反应【解析】选C。氧气在反应中被还原，石墨Ⅱ是正极，石墨Ⅰ是负极，A、D不正确；Y是NO2被氧化后的产物，N化合价升高，不可能为NO，B不正确。二、非选择题(本题包括2小题，共22分)9．(10分)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：(1)高铁电池的负极材料是________。(2)放电时，正极发生______(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，则正极反应为__________________________。(3)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。【解析】电池的负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn。由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，正极生成了OH－，碱性增强。答案：(1)Zn　 (2)还原FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－(3)正10．(12分)氢氧燃料电池的工作原理如图所示。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________，正极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________；电池总反应：_____________________________________________________________________________________________________________________________________；电解质溶液pH的变化______(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________，正极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________；电池总反应：_______________________________________________________________________________________________________________________________________；电解质溶液pH的变化______(填“变大”“变小”或“不变”)。【解析】(1)正极上，O2得电子，在酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为2H2＋O2===2H2O，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，pH增大。(2)正极上，O2得电子在碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下与OH－结合生成水。电池总反应也是2H2＋O2===2H2O。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小。答案：(1)2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2===2H2O　变大(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O　变小【补偿训练】微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－根据上述反应式，完成下列填空。(1)下列叙述正确的是____。A．在使用过程中，电解质溶液中的KOH被不断消耗，pH减小B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应(2)写出电池的总反应式：___________________________________________________________________。(3)使用时，负极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH________，电解质溶液的pH________。【解析】(1)在使用过程中，负极消耗OH－，pH减小，正极生成OH－，pH增大，电解质溶液中KOH的量不变，pH不变，A项错；电子流向是由Zn极经外电路流向Ag2O极，B项错；Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，C项对，D项错。(2)将正负两极反应式相加可得总反应式。答案：(1)C(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag(3)减小　增大　不变(20分钟　30分)一、选择题(本题包括1小题，共10分)1．(双选)(2021·淄博高二检测)一种如图所示的三室微生物燃料电池用来处理废水(废水中高浓度有机物用C6H12O6表示)，下列叙述不正确的是(　　)A.a电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋B．b电极附近的溶液pH减小C．温度越高，处理废水的效率越高D．若反应中转移的电子数为NA，则生成标准状况下N2的体积为2.24 L【解析】选B、C。该原电池中电极a是负极，有机物C6H12O6发生失电子的氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，故A正确；该原电池中电极b是正极，电极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，消耗H＋使溶液pH增大，故B错误；该电池是微生物燃料电池，温度过高会导致微生物死亡，处理废水的效率降低，故C错误；正极反应式为2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，则转移电子1 mol时，生成0.1 mol N2，标准状况下的体积为2.24 L，故D正确。【补偿训练】(2021·南充高二检测)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成原电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　)A.电流从左侧电极A经过负载后流向右侧电极BB．电极B上发生氧化反应C．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜D．电极B上发生的电极反应为2NO2－8e－＋4H2O===N2＋8OH－【解析】选C。该原电池中，通入NO2的电极是正极、通入氨气的电极是负极，放电时，电流从正极沿导线流向负极，即电流从B电极经过负载后流向A电极，故A错误；由原电池反应式可知，NO2中N元素化合价由＋4价变为0价，即通入NO2的B电极为正极，发生还原反应，故B错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，防止二氧化氮与OH－反应生成硝酸盐和亚硝酸盐，导致原电池不能正常工作，故C正确；NO2中N元素化合价由＋4价变为0价，NO2得电子，即通入NO2的B电极为正极，电极反应为2NO2＋8e－＋4H2O===N2＋8OH－，故D错误。二、非选择题(本题包括1小题，共20分)2．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示。(1)判断电极名称：电极(Ⅰ)为____，理由是____________________________；电极(Ⅱ)为______，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)微生物燃料电池需要选择合适的温度，理由是____________________________。(3)写出该微生物燃料电池的电极反应式：电极(Ⅰ)反应式为_______________________________________________________________________________________________________________________________________；电极(Ⅱ)反应式为___________________________________________________________________。(4)“质子交换膜”允许溶液中H＋向______(电极名称)迁移，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)若该电池生成2.24 L CO2(标准状况)，转移电子的物质的量为______。(6)燃料电池中，助燃剂(氧化剂)不一定是氧气。例如，以铂为电极，氢气－氯气在KOH溶液中构成燃料电池，该燃料电池中负极反应式为__________________________________________。燃料电池的总反应方程式为_______________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)根据图示可知，电极(Ⅰ)区域：通入氧气，排出水。O2→H2O：氧元素由0价降至－2价，氧元素的化合价降低，发生还原反应，电极(Ⅰ)为正极；电极(Ⅱ)区域：在微生物作用下，葡萄糖转化成二氧化碳。C6H12O6→CO2，碳元素的化合价升高，发生了氧化反应，电极(Ⅱ)为负极。(2)微生物燃料电池工作效率由微生物的活性决定，在高温下微生物(主要由蛋白质组成)会发生变性，失去活性；温度太低也影响微生物的活性，导致电池工作效率低。(3)C6H12O6→CO2，说明电解质溶液呈酸性，正极反应：6O2＋24H＋＋24e－===12H2O；负极反应：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋。(4)负极发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向正极，所以负极区带正电荷，正极区带负电荷，H＋向正极区迁移，即向电极(Ⅰ)区迁移。(5)该电池总反应式为C6H12O6＋6O2―→6CO2＋6H2O，生成1 mol CO2，转移4 mol电子，n(CO2)＝＝0.1 mol 时，则n(e－)＝0.4 mol。(6)氢气在负极发生氧化反应，KOH参与反应，H2－2e－＋2OH－===2H2O；氯气得电子，发生还原反应，在碱性溶液中生成KCl，Cl2＋2e－===2Cl－，电池的总反应式为H2＋Cl2＋2KOH===2KCl＋2H2O。答案：(1)正极　氧气发生还原反应　负极　葡萄糖发生氧化反应(2)微生物燃料电池的放电效率是由微生物的活性决定的，而微生物一般在30～50 ℃活性最高，温度过高或过低均影响其活性，从而导致电池工作效率低(3)6O2＋24H＋＋24e－===12H2O　C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋(4)电极(Ⅰ)　葡萄糖在电极(Ⅱ)失去电子，电子经外电路流向电极(Ⅰ)，使电极(Ⅰ)区带负电荷，因此H＋向电极(Ⅰ)区迁移(5)0.4 mol(6)H2－2e－＋2OH－===2H2OH2＋Cl2＋2KOH===2KCl＋2H2O【补偿训练】被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图所示为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题：(1)图中通过负载的电子流动方向为______(填“向左”或“向右”)。(2)写出氢氧燃料电池工作时的电极反应和总反应。正极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________，负极：_______________________________________________________________________________________________________________________________________，总反应：_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气。写出C3H8和H2O反应生成H2和CO化学方程式_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若将此燃料电池改为甲烷­空气燃料电池，该电池工作时的负极反应为_______________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】H2在负极上被氧化，O2在正极上被还原，电解质溶液为KOH溶液，在书写电极反应时不出现H＋。书写甲烷­空气燃料电池的电极反应时，甲烷被O2氧化的产物是CO2，在碱溶液中继续反应生成CO。答案：(1)向右(2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－2H2＋4OH－－4e－===4H2O2H2＋O2===2H2O(3)C3H8＋3H2O3CO＋7H2(4)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O