高中人教版 (2019)第四章 化学反应与电能第一节 原电池第2课时课后作业题

这是一份高中人教版 (2019)第四章 化学反应与电能第一节 原电池第2课时课后作业题，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．铅蓄电池是最常用的二次电池，其反应方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))2PbSO4＋2H2O，则放电时PbSO4( C )
A．在正极生成
B．在负极生成
C．在两个电极上生成
D．在两个电极上除去
解析：放电时，PbO2在电池正极上反应式为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，Pb在负极上反应式为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，放电时，PbSO4在两极上生成。
2．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( B )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液的pH增大
B．乙：负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
解析：甲为铜锌原电池，锌失去电子，锌电极是负极，铜电极是正极，正极上氢离子放电形成氢气，因此Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液的pH增大，故A正确；锌是负极，电解质溶液显碱性，负极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，故B错误；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，反应中锌溶解，因而锌筒会变薄，故C正确；铅蓄电池总反应式为PbO2＋Pb＋H2SO42PbSO4＋2H2O，使用一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，故D正确。
3．研究发现一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，其在废水处理和新能源开发领域具有广阔的应用前景。如图为酸性有机污水处理的实验装置。下列说法正确的是( C )
A．工作过程中正极室的溶液pH降低
B．工作过程中H＋由正极室向负极室迁移
C．若底物为CH3CHO，则负极反应式为CH3CHO－10e－＋3H2O===2CO2↑＋10H＋
D．若底物为CH3CHO，且放出44 g CO2，至少消耗28.0 L O2
解析：正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液的pH升高，A错误；H＋由负极室向正极室迁移，B错误；没有标明O2所处温度、压强，不能计算O2的体积，D错误。
4．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( B )
A．Mg为负极
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
解析：活泼金属镁作负极，失电子发生氧化反应，A项正确；AgCl是难溶物，正极反应式为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则Cl－在正极产生，由正极移向负极，C项正确；镁是活泼金属能与水反应，Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。
5．某锂—空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( B )
A．放电时电子由B极经导线向A极移动
B．电池放电时B电极的反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D．当A电极消耗14 g金属锂时，B电极有标准状况下22.4 L氧气参与反应
解析：在原电池中，A是负极，B是正极，电子由A极经导线向B极移动，故A错误；原电池放电时B电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B正确；根据图示，LiOH由正极区流出，说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜，故C错误；14 g金属锂物质的量为2 ml，转移电子为2ml，B电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，标准状况下0.5×22.4＝11.2 L氧气参与反应，故D错误。
6．科学家设计出质子膜H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法不正确的是( C )
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电路中每流过4 ml电子，在正极消耗44.8 L H2S
D．每17 g H2S参与反应，有1 ml H＋经质子膜进入正极区
解析：电极a上H2S转化为S2，发生氧化反应，则电极a为电池的负极，A项正确；电极b上O2转化为H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B项正确；负极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，电路中每流过4 ml电子，在负极消耗2 ml H2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；根据2H2S－4e－===S2＋4H＋知，17 g(0.5 ml)H2S参与反应，生成1 ml H＋经质子膜进入正极区，D项正确。
7．“重油—氧气—熔融碳酸钠”燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是( C )
A．O2在b极得电子，最终被还原为COeq \\al(2－,3)
B．放电过程中，电子由电极a经导线流向电极b
C．该电池工作时，COeq \\al(2－,3)经“交换膜2”移向b极
D．H2参与的电极反应为H2－2e－＋COeq \\al(2－,3)===H2O＋CO2
解析：A项，O2在b极得电子，生成的O2－与CO2反应，最终O2被还原为COeq \\al(2－,3)，正确；B项，放电过程中，电子由负极经导线流向正极，即由电极a经导线流向电极b，正确；C项，该电池工作时，阴离子移向负极，所以COeq \\al(2－,3)经“交换膜2”移向左侧，错误；D项，H2在负极失电子生成H＋，与COeq \\al(2－,3)结合生成水和二氧化碳，参与的电极反应为H2－2e－＋COeq \\al(2－,3)===H2O＋CO2，正确。
8．工业生产中的二氧化碳过度排放加剧了地球的温室效应，某科技工作团队研究利用电化学将其转化为CO作为燃料再利用，转化的基本原理如图所示。
下列说法正确的是( C )
A．M为电池负极，电池工作一段时间，M极附近溶液pH不变
B．N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－
C．穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向
D．电路中转移1 ml电子时，N极电解质溶液增重8 g
解析：根据图示，M极上水失电子放出氧气，M电极发生氧化反应，M为电池负极，负极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，电池工作一段时间，M极附近溶液pH降低，故A错误；根据图示，N极上二氧化碳得电子生成一氧化碳，N电极发生还原反应，N为电池正极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，故B错误；原电池中阳离子向正极移动，N是正极，穿过“交换膜”的箭头表示的是溶液中质子的移动方向，故C正确；根据CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，电路中转移1 ml电子时，N极生成0.5 ml水，电解质溶液增重9 g，故D错误。
9．利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是( C )
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A的反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.8 ml
解析：由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则电极A为负极，电极B为正极，电流由正极经导线流向负极，故A正确；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B正确；电解质溶液呈碱性，则负极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故C错误；当有4.48 L即0.2 ml NO2(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.2 ml×(4－0)＝0.8 ml，故D正确。
10．海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂—海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是( B )
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂—海水电池属于一次电池
解析：锂海水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为2Li－2e－===2Li＋，N极为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；N为正极，海水中溶解的O2也能放电，故B错误；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，也能传导离子，故C正确；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
11．(2021·浙江1月，22)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的原理及电池中发生的主要反应如图所示。下列说法正确的是( C )
A．电池工作时，光能转化为电能，电极X为电池的正极
B．镀铂导电玻璃的作用是传递I－
C．电解质溶液中发生反应：2Ru3＋＋3I－===2Ru2＋＋Ieq \\al(－,3)
D．电池的电解质溶液中I－和Ieq \\al(－,3)的浓度均不断减小
解析：由图中电子的移动方向可知，电极X为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为2Ru2＋－2e－===2Ru3＋，Y电极为原电池的正极，电解质为I－和Ieq \\al(－,3)的混合物，Ieq \\al(－,3)在正极上得电子被还原，正极反应式为Ieq \\al(－,3)＋2e－===3I－。电极X为原电池的负极，A项错误；镀铂导电玻璃的作用是作正极材料，B项错误；Ru2＋和Ru3＋、Ieq \\al(－,3)和I－相互转化，所以电解质溶液中发生反应2Ru3＋＋3I－===2Ru2＋＋Ieq \\al(－,3)，C项正确；由电池中发生的反应可知，Ieq \\al(－,3)在正极上得电子被还原为I－，后I－又被氧化为Ieq \\al(－,3)，Ieq \\al(－,3)和I－相互转化，反应的实质是光敏有机物在激发态与基态的相互转化，所有化学物质都没有被损耗，D项错误。
12．K－O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( D )
A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
解析：由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－===K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的阳极，故B正确；由分析可知，生成1 ml超氧化钾时，消耗1 ml氧气，两者的质量比值为(1 ml×71 g·ml－1)(1 ml×32 g·ml－1)≈2.221，故C正确；铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 ml水，转移2 ml电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为eq \f(3.9 g,39 g·ml－1)×18 g·ml－1＝1.8 g，故D错误。
二、非选择题
13．有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氨的新型燃料电池，装置如图所示。
(1)电池正极发生的反应式是 N2＋6e－＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4) 。
(2)A是氯化铵(填名称)。
(3)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理见图，石墨Ⅰ为电池的负极；该电池在使用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为 NO2－e－＋NOeq \\al(－,3)===N2O5 。
解析：(1)N2和H2为反应物，溶有A的稀盐酸作电解质溶液，能固氨，发生的反应是N2＋3H2＋2HCl===2NH4Cl，根据装置图反应前稀A溶液，反应后浓的A溶液，因此A为氯化铵，N元素化合价由0价→－3价，H2中H元素的化合价由0→＋1价，根据原电池工作原理，通氮气一极为正极，通氢气一极为负极，因此正极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NHeq \\al(＋,4)。
(2)根据问题(1)的分析，A应是氯化铵。
(3)燃料电池中通燃料的一极为负极，通氧气或空气的一极为正极，根据装置图，石墨Ⅰ为负极，根据原电池工作原理，负极上失去电子，发生氧化反应，化合价升高，Y为氧化物，因此Y为N2O5，其电极反应式为NO2－e－＋NOeq \\al(－,3)===N2O5。
14．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：
(1)外电路的电流方向是由b(填字母，下同)极流向a极。
(2)电池正极反应式为 MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2 。
(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂否(填“是”或“否”)，原因是电极Li是活泼金属，能与水反应。
(4)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为 3MnO2＋KClO3＋6KOHeq \(=====,\s\up7(高温))3K2MnO4＋KCl＋3H2O 。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为21。
15．电池是人类生产和生活中重要的能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。按要求回答下列问题。
(1)世博会中国馆、主题馆等建筑所使用的光伏电池，总功率达4兆瓦，是历届世博会之最，其工作原理如图1所示。光伏电池能将太阳能(填“化学能”“太阳能”或“热能”)直接转变为电能，在外电路中电流方向为从b流向a(填“从a流向b”或“从b流向a”)。
(2)燃料电池有节能、超低污染、噪声低、使用寿命长等优点。某甲醇燃料电池工作原理如图2所示。Pt(a)电极是电池的负极，Pt(b)电极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 。如果该电池工作时电路中通过2 ml电子，则消耗的CH3OH的物质的量为 eq \f(1,3) ml。
(3)某新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。如图3所示，其中多孔电极不参与电极反应。写出该反应的负极电极反应式： CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O ，当有16 g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量为2.89×105C(1个电子的电量为1.6×10－19 C)。
(4)一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图4所示，写出放电过程中负极的电极反应式： NO－3e－＋2H2O===NOeq \\al(－,3)＋4H＋ ，若过程中产生2 ml HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为33.6L。
(5)以CH4(g)为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀H2SO4作电解质溶液，电池的能量转换效率为86.4%,1 ml甲烷燃烧释放的热量为890.3 kJ，则该电池的比能量为13.4kW·h·kg－1[结果保留1位小数，比能量＝eq \f(电池输出电能量kW·h,燃料质量kg)，1 kW·h＝3.6×106 J]。
解析：(1)由图可知，光伏电池将太阳能转化为电能；由图中电荷的移动方向可知，电流由b流向a。(2)Pt(a)原料为甲醇和水，产物为二氧化碳、氢离子，则Pt(a)为负极；Pt(b)原料为氢离子和氧气，产物为水，则电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；工作时C元素化合价由－2价升高到＋4价，则转移2 ml电子，需要eq \f(1,3) ml甲醇。(3)由图知，燃料电池中的燃料为甲醇，其负极反应式为CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O；16 g甲醇的物质的量为eq \f(16 g,32 g·ml－1)，由负极反应式可知，1 ml甲醇反应时，转移6 ml电子，1个电子的电量为1.6×10－19 C，则所求电量为eq \f(16 g,32 g·ml－1)×6×6.02×1023 ml－1×1.6×10－19 C≈2.89×105 C。(4)由原电池的工作原理图示可知，左端的铂电极为负极，其电极反应式为NO－3e－＋2H2O===NOeq \\al(－,3)＋4H＋，当过程中产生2 ml HNO3时转移6 ml e－，需要1.5 ml O2参与反应，标准状况下的体积为33.6 L。(5)甲烷燃料电池的能量转换效率为86.4%，甲烷的燃烧热为890.3 kJ·ml－1,1 ml甲烷燃烧输出的电能约为
eq \f(890.3 kJ·ml－1×1 ml×103 J·kJ－1×86.4%,3.6×106 J·kW·h－1)≈0.214 kW·h，比能量＝eq \f(0.214 kW·h,16×10－3 kg)≈13.4 kW·h·kg－1。