选择性必修1实验活动5 制作简单的燃料电池优秀随堂练习题

4.5实验活动5 制作简单的燃料电池人教版（   2019）高中化学选择性必修一同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共21.0分）

1. 新型的乙醇电池结构如图所示，它用碘酸类质子溶剂，在左右时供电，其效率比甲醇电池高出倍，且更安全。已知电池总反应式为。下列说法不正确的是(    )

A. 极为电池的负极，该电极发生氧化反应
B. 电池工作时电子由极流出沿导线经灯泡到极
C. 电池正极的电极反应式为
D. 电池工作时，乙醇被氧化转移电子

2. 氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下所示。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是(    )

A. 该电池工作时电能转化为化学能
B. 该电池中电极是正极
C. 外电路中电子由电极通过导线流向电极
D. 该电池的总反应：

3. 以硼氢化合物元素的化合价为价和作原料的燃料电池，负极材料采用，正极材料采用，可用作空军通信卫星电源，其工作原理如图所示．下列说法错误的是(    )

A. 电池放电时从极区移向极区
B. 电极采用，既作电极材料又有还原作用
C. 该电池的负极反应为：
D. 每消耗，转移的电子为

4. 下列有关四个常用电化学装置的叙述中，正确的是
    

A. 图Ⅰ所示电池中，是正极，电极反应式是
B. 图Ⅱ所示电池放电过程中，当外电路通过电子时，理论上负极板的质量增加
C. 图Ⅲ所示装置没有形成原电池
D. 图Ⅳ所示电池中，不管溶液换成溶液还是溶液，电池总反应式不变

5. 用酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示，下列说法正确的是(    )

A. 燃料电池工作时，正极反应为
B. 电解精炼铜时，若转移电子，极质量减少
C. 铁表面镀铜时，为铁，为，工作一段时间要使右池溶液复原可加入适量的
D. 若、两极均为石墨时，在相同条件下，极产生的气体与电池中消耗的体积相同

6. 下图是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量监测与控制的功能，下列有关说法正确的是：

A. 电流由呼气所在的铂电极流出
B. 透过质子交换膜流向氧气所在的铂电极
C. 电路中流过电子时，消耗
D. 该电池的负极反应为：
 

7. 锌空气燃料电池广泛用于铁路、航海灯标以及助听器中，其装置示意图如下图，下列说法错误的是(    )

A. 放电时，负极的电极反应式为
B. 放电时，向活性炭电极方向移动
C. 充电时，电极上的电势比活性炭电极上的高
D. 充电时阴极质量减小，理论上阳极生成气体

第II卷（非选择题）

二、流程题（本大题共1小题，共8.0分）

8. 最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳两极发生反应转化为乙醇和乙酸，总反应如下：
   实验室中，以一定浓度的乙醛溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示：
    

若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中极应通入_________填化学式气体。

电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均有无色气体产生。电极反应如下：

阳极：；

___________________________________________________________________________。

阴极：______________________________________________________________________；

。

电解过程中，阴极区的物质的量_________填“增大”“减小”或“不变”。

电解过程中，某时刻测定了阳极区溶液中各组分的物质的量，其中与的物质的量相同。下列关于阳极区溶液中各微粒浓度关系的说法中正确的是_________填序号。

不一定是的倍

高纯度氧化铝是用于制备隔膜的材料。某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：
 

“除杂”操作是加入过氧化氢后，用氨水调节溶液的约为，以除去硫酸铵溶液中的少量。请写出在除去的过程中，发生的主要反应的离子方程式：_____________________________________。

配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是_______________________________________________。

“结晶”这步操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶，得到铵明矾晶体含结晶水。母液不能蒸干的原因是____________________________。

三、实验题（本大题共1小题，共10.0分）

9. 如下图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：

通入氧气的电极为______填“正极”或“负极”，负极的电极反应式为_____________。

铁电极为______填“阳极”或“阴极”，总反应的离子方程式为____________。

反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在_____区填“铁极”或“石墨极”，溶液体积为假设反应前后溶液体积不变。若在标准状况下，甲中有氧气参加反应，丙装置中阴极析出铜的质量________。

如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度与反应前比较，将____________ 填“增大”、“减小”或“不变”。

四、简答题（本大题共2小题，共16.0分）

10. 某研究性学习小组欲探究原电池的工作原理，按如图所示装置进行实验．

第组实验中的负极是 ______ 正极的电极反应式为 ______ 若将烧杯中的液体换为溶液，则负极为 ______ 该电极的电极反应式为 ______ ．
第组实验中，向、极附近分别通入和，则负极的电极反应式为 ______ 正极区溶液的值 ______ 填变大、减小或不变．
第组实验中，向极附近通入，向极附近通入及的混合气体，则正极的电极反应式为 ______ ．
第组实验中，总反应方程式为负极反应式为，则正极的电极反应式为 ______ 该电池工作时，如果正极材料质量增加克，理论上在外电路通过得电子数目为 ______ ．

11. 如图为原电池装置示意图。
    
    请回答下列问题：
    将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是________。
    A.铝片、铜片                                                铜片、铝片
    C.铝片、铝片                                                铜片、铜片
    写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：__________________________。
    若为，为，电解质溶液为溶液，工作时的总反应为。写出电极反应式：______________________；该电池在工作时，电极的质量将________填“增加”“减小”或“不变”。若该电池反应消耗了，则转移电子的数目为________。
    若、均为铂片，电解质溶液为溶液，分别从、两极通入和，该电池即为氢氧燃料电池，写出电极反应式：______________________；该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将________填“增强”“减弱”或“不变”。

五、推断题（本大题共1小题，共10.0分）

12. 钛被称为继铁、铝之后的第三金属，江西省钒钛磁铁矿储量十分丰富．如图所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链可以大大提高资源利用率，减少环境污染．请填写下列空白：
    
    写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式： ______ ．
    已知：
    ；
    ；
    则； ______
    在上述产业链中，合成甲醇理论上需额外补充 ______ 不考虑生产过程中物质的任何损失．
    工业上常利用反应合成甲醇，在最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在、和进行实验，结果如图的实验结果所对应的曲线是 ______ 填字母；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成： 的比值范围是 ______ 填字母．
    A.              
    制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：，
    某温度下该反应的平衡常数试回答下列问题：
    该温度下，若起始时，，反应进行一段时间后，测得的浓度为，则此时该反应正 ______ 逆填“”、“”或“”．
    若降低温度，该反应的值将 ______ 填“增大”、“减小”或“不变”．
    某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置．
    该电池工作时，向极移动 ______ 填“”或“”．
    工作一段时间后，测得溶液的减小，该电池总反应的离子方程式为 ______ ．
    

答案和解析

1.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查原电池知识，题目难度中等，本题注意把握根据电池总反应书写电极方程式的方法以及原电池正极的判断。
【解答】
由质子的定向移动方向可知为负极，为正极，负极发生氧化反应，乙醇被氧化生成和，电极反应式为，正极氧气得到电子被还原，电极反应式为，结合电极反应解答该题。
A、原电池工作时，阳离子向正极移动，则为正极，为负极，乙醇在负极失电子发生氧化反应，故A正确；
B、原电池中电子从负极流向正极，则电子由极流出沿导线经灯泡到极，故B正确；
C.酸性条件下，氧气得电子生成水，所以电池工作时，正极的电极反应式为，故C错误；
D.电池工作时，乙醇被氧化生成和，电极反应式为，则乙醇被氧化转移电子，故D正确。
故选C。  

2.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查了燃料电池，能正确的判断正负极以及电极反应是解答本题的关键，一般规律为原电池的负极上物质失去电子发生氧化反应，电子从负极经导线流向正极，电流从正极流向负极。
【解答】
氢氧燃料电池工作时，是把化学能转变为电能，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为，通入氧气的一极为原电池的正极，电极反应式为，正负极电极反应式相加得电池反应式，电子由负极经外电路流向正极。
A.该电池工作时化学能转化为电能，故A错误；
B.氢氧燃料电池中，在负极上被氧化，在正极上被还原，所以该电池中电极是正极，故B错误；
C.原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即由通过灯泡流向，故C错误；
D.负极电极反应式，正极电极反应式为，正负极电极反应式相加得电池反应式，故D正确。
故选D。  

3.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查原电池工作原理，涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写，注意化合价的变化。
【解答】
以硼氢化合物元素的化合价为价和作原料的燃料电池，电解质溶液呈碱性，由工作原理装置图可知，负极发生氧化反应，电极反应式为，正极发生还原反应，得到电子被还原生成，电极反应式为，结合原电池的工作原理，解答如下：
A.原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则从极区移向极区，故A正确；
B.电极采用，为正极，发生还原反应，得到电子被还原生成，既作电极材料又有催化作用，故B错误；
C.负极发生氧化反应生成，电极反应式为，故C正确；
D.正极电极反应式为，每消耗，转移的电子为，故D正确。
故选B。  

4.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查原电池原理及常见化学电源，掌握相关知识是关键，题目难度不大。
【解答】
A.图Ⅰ所示电池中，正极上得电子发生还原反应，电极反应式是：，故A错误；
B.图Ⅱ所示电池放电过程中，当外电路通过电子时，理论上负极板的质量是的硫酸根的质量增加，故B错误；
C.图Ⅲ所示装置满足原电池形成条件，形成了原电池 ，故C错误；
D.图Ⅳ所示电池中，不管溶液换成溶液还是溶液，电池总反应式都为：，故D正确。
故选D。  

5.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查原电池和电解池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，题目难度中等，易错点为，注意电解质的酸碱性，为解答该题的关键。
右边装置有外接电源，所以是电解池，连接负极的电极是阴极，连接正极的电极是阳极，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应，结合电解反应解答。
【解答】
左边装置是氢氧燃料电池，所以是原电池，原电池放电时，燃料失电子发生氧化反应，所以投放燃料的电极为负极，投放氧化剂的电极为正极，正极上氧化剂得电子发生还原反应，由于电解质溶液呈酸性，正极反应为：；
A.因该燃料电池是在酸性电解质中工作，所以正极反应为：，故A错误；
B.电解精炼铜时，电极是阳极，阳极上失电子发生氧化反应，，电解开始时先是粗铜中的活泼金属锌、铁、镍失电子，所以当转移电子，极质量减少不一定是，故B错误；
C、铁表面镀铜时，为阳极，应该是金属铜做阳极，铁为阴极，电镀液在电解前后不变化，故C错误；
D、若、两极均为石墨时，在相同条件下，极是阳极，产生的气体是氧气，根据电子守恒，阳极产生的氧气和电池中消耗的相等，故D正确。
故选：。  

6.【答案】 

【解析】

【分析】

本题以乙醇为燃料考查了燃料电池，难度不大，注意正负极上电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，即使燃料和氧化剂相同，如果电解质溶液不同，电极反应式也不同。

【解答】

A.乙醇燃料电池中，正极上是氧气所在的铂电极得电子的还原反应，电流由正极流向负极，即从所在的铂电极经外电路流出，故A错误；
B.该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应，由装置图可知酒精在负极被氧气氧化发生氧化反应生成醋酸，，所以透过质子交换膜流向氧气所在的铂电极，故B正确；
C.未指明标准状况下无法计算气体体积，故C错误；
D.该电池的负极上乙醇失电子发生氧化反应，由装置图可知酒精在负极被氧气氧化发生氧化反应生成醋酸，，故D错误。
故选B。

7.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查新型燃料电池、电极方程式的书写、阴阳极的判断、电解的相关计算等，题目难度中等，熟练掌握充电电池的工作原理是解题的关键。
【解答】
根据锌空气碱性燃料电池工作原理图可知：发生失去电子的氧化反应生成、电极为负极，电极反应式为，则通入的活性炭电极为正极，正极上发生得电子的还原反应生成，电池工作时，电子由负极经过导线流向正极石墨，阳离子移向正极活性炭；充电时，为电解池，原电池的正极与外加电源正极相接，活性炭电极作阳极，负极与外加电源负极相接，电极作阴极，阴极反应式为。
A.由装置图知，放电时活性炭为正极、负极，则放电时，负极由失电子结合转化为，电极反应式为，故A正确；
B.放电时，阳离子向正极活性炭电极方向移动，故B正确；
C.充电时，接外加电源负极、活性炭接外加电源正极，故电势电极上的电势比活性炭电极上的低，故C错误；
D.充电时电极作阴极，反应式为，则阴极减少的质量为原子的质量，质量减少即减少，电路中转移电子，阳极反应式为，阳极生成、质量为，故D正确。  

8.【答案】
；或
不变 


抑制水解 
减少可溶性杂质的析出及抑制水解 

【解析】

【分析】
本题综合考查电化学的有关知识，涉及电解池原理以及燃料电池的原理，掌握电解池以及燃料电池电极反应式的书写是解题关键，题目难度中等。
【解答】
为原电池的负极，发生氧化反应，应通入；
阳极发生氧化反应生成乙酸和氧气，生成乙酸的电极反应式为；阴极发生还原反应生成乙醇和氢气，生成的电极反应式为或；
不参与电极反应，且存在阳离子交换膜，故阴极区的物质的量不变；
经过阳离子交换膜进入阴极，而不能经过阳离子交换膜，则不一定是的倍，故正确；该时刻与的物质的量相同，根据物料守恒，则有，故正确；电荷守恒式应为，故错误；醋酸为弱电解质，主要以分子形成存在，则有，故正确；
具有还原性，具有氧化性，在碱性溶液中，被氧化生成，与结合生成沉淀，此反应的离子方程式为；
由于在溶液中存在水解平衡：，所以加入硫酸酸化抑制了的水解；
由于蒸干母液会析出可溶性杂质，且水解程度增大，所以母液不能蒸干。  

9.【答案】正极；；

阴极；；

铁极；；

减小

【解析】

【分析】

本题以原电池和电解池原理为载体考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算等知识点，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，燃料相同，如果电解质溶液不同，电极反应式则不同，为易错点。

【解答】

燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为： ，故答案为：正极；；
乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，总的离子反应方程式为：，故答案为：阴极；；
乙池中阴极是铁，阳极是碳，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电，导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，根据电子守恒有：，，故答案为：铁极；；
如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，故答案为：减小。

10.【答案】；；；；
；变大；
；
；或 

【解析】

【分析】
本题考查原电池工作原理，题目难度中等，注意掌握原电池工作原理，明确虽然镁比铝活泼，但在碱性介质中铝为负极，为易错点。
【解答】
金属镁的活泼性强于金属铝，金属镁是负极，正极上是氢离子得电子的还原反应，将烧杯中的液体换为溶液，金属镁和氢氧化钠之间不反应，所以金属镁是正极，金属铝是负极，在负极上是金属铝失电子，发生氧化反应，电极反应为：；
故答案为：；；；；
第组实验中，向、极附近分别通入和，则负极上是燃料氢气失电子的氧化反应，电极反应式为：；正极上是氧气得电子的还原反应，即，所以该电极附近碱性增加，变大；故答案为：；变大；
第组实验中，向极附近通入，向极附近通入及的混合气体，构成燃料电池，在正极上是氧气得电子的还原反应，电极反应式为：，故答案为：；
总反应方程式为，负极反应式为，正负极反应之和即为总反应，则正极的电极反应式为；该电池工作时，消耗硫酸根离子，正极上质量增加，如果正极材料质量增加克，即消耗硫酸根离子是，理论上在外电路通过得电子数目为或，故答案为：；或。  

11.【答案】；
；增加；；
；减弱。 

【解析】

【分析】
本题考查了原电池正负极判断、电极反应式书写、燃料电池以及原电池的设计，题目难度中等。
【解答】
将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以失电子作负极，一组插入烧碱溶液中，与氢氧化钠不反应，失电子作负极，电极反应式为：，
故答案为：；；
为，是原电池的正极，发生还原反应，电解质溶液是硫酸，铅离子能够与硫酸根离子生成沉淀，电极反应式为：
；极失电子生成铅离子能够与硫酸根反应生成沉淀，导致质量增加；据电池反应式可知，每有硫酸反应转移电子，则硫酸反应转移电子数目为，
故答案为：；增加；；
氢氧燃料电池中，氢气在负极发生氧化反应，碱性环境中生成水，为负极，负极的电极反应式为：，因为生成水，导致电解质溶液的浓度减小，所以溶液的进行减弱，
故答案为：；减弱。  

12.【答案】；；；；；；增大；； 

【解析】解：钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛，还生成氯化铁、，该反应化学方程式为：，
故答案为：；
已知：

由盖斯定律，得到热化学方程式为：，故；
故答案为：；
生成甲醇的物质的量为，由可知，需要为，需要氢气为，由，可知需要氯气为，由，可知电解生成氢气为，故需要补充的氢气为：，故需要补充氢气为，
故答案为：；
该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，的转化率越小，结合图象可知，的实验结果所对应的曲线是；
时，工业生产釆用的合成气组成：的比值为时，转化率已经很高，故选B，
故答案为：；；
若起始时，，反应进行一段时间后，测得的浓度为
                       
起始量：                                       
变化量：                              
某时刻：                              
，故反应正向进行，此时该反应正逆，
故答案为：；
反应是放热反应，降低温度，平衡正向进行，该反应的平衡常数值将增大，
故答案为：增大；
装置图分析可知为正极，为负极，该电池工作时，向极移动，
故答案为：；
电池反应为甲醇和氧气反应生成碳酸钾、水，反应的离子方程式为：；
故答案为：
由流程图可知，在高温下与焦炭、氯气反应得到四氯化钛，还生成氯化铁、；
由盖斯定律，可得：，反应热也进行相应计算；
计算合成甲醇时需要、的物质的量，根据氯化过程方程式计算需要氯气物质的量，再由氯气的物质的量计算电解饱和食盐水过程中生成氢气物质的量，可得需要补充氢气的物质的量；
正反应是放热反应，温度越高，反应物转化率越小；选择的温度应使尽可能转化；
计算浓度商，与平衡常数比较判断反应进行分析，进而确定正逆反应速率关系；
反应是放热反应，降低温度平衡正向进行；
由装置图，可知为正极，为负极，原电池中阴离子移向负极；
电池反应为甲醇和氧气反应生成碳酸钾、水，结合电荷守恒书写离子方程式．
本题考查化学工艺流程、反应热计算、化学计算、化学平衡图象、平衡常数影响因素与应用、电解原理等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础．