2023-2024学年人教版新教材必修第二册 第六章第一节 化学反应与能量变化（第3课时） 学案

试卷第=page11页，共=sectionpages33页第一节化学反应与能量变化第3课时常见化学电源了解各种化学电源了解燃料电池一、常见的化学电源1.一次电池(干电池)(1)酸性锌锰干电池锌锰干电池是用筒形锌外壳做负极，正极材料是碳棒，电解质是MnO2、NH4Cl、ZnCl2组成的糊状物。电池中MnO2的作用是将正极上NH+4还原生成的H2氧化成为水，以免产生H2附在石墨表面而增加电池内阻。由于反应中锌筒不断消耗变薄，且有液态水生成，故电池用久后会变软。碱性锌锰干电池为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上做了改进，制成了碱性锌锰电池。电池中发生的氧化还原反应如下：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)22.二次电池(充电电池)二次电池即为可充电电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。由于电池的制造工艺等方面存在不足，所以二次电池的充放电次数有限。常见的二次电池有铅蓄电池、镍镉电池等。铅蓄电池正极为PbO2，负极为Pb，电解质溶液是稀硫酸，目前汽车上使用的大多仍是铅蓄电池。负极：Pb-2e-+SO2-4=PbSO4(氧化反应)正极：PbO2+2e-+4H++SO2-4=PbSO4+2H2O(还原反应)总反应式：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O题型演练1．普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2=[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是()A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－=Mn2O3＋2NH3＋H2OC．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极D．外电路中每通过0.1mol电子，锌的质量理论上减小6.5g2．关于化学电源：①银锌纽扣电池；②氢氧燃料电池；③锌锰干电池；④铅蓄电池，有关说法正确的是A．②和③都属于绿色电池 B．①和③都属于一次电池C．①和④都属于二次电池 D．②可将化学能全部转化为电能3．碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2。下列说法正确的是A．Zn为正极，MnO2为负极B．该电池为二次电池C．负极的电极反应式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2D．工作时电子由MnO2经外电路流向4．下列电池不属于二次电池的是ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池A．A B．B C．C D．D5．下列说法正确的是A．锌锰电池和碱性锌锰电池的正极材料均是锌B．锌锰电池中电解质主要是NH4Cl，而碱性锌锰电池中的电解质主要是KOHC．碱性锌锰电池不如锌锰电池的寿命长D．干电池放电之后还可再充电6．熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为(x=5~3，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是A．Na2S4的电子式为B．放电时正极反应为C．Na和Na2Sx分别为电池的负极和正极D．该电池是以为隔膜的二次电池7．下列说法正确的是A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应基础是氧化还原反应D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO28．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，该电池在放电时的总反应方程式为PbO2(s)+Pb(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)，根据此反应判断下列叙述正确的是A．PbO2是电池的负极，发生氧化反应B．负极的电极反应式为Pb-2e-+＝PbSO4C．铅酸蓄电池放电时，溶液的酸性增强，每转移2mol电子消耗2molH2SO4D．电池放电时，两电极质量均增加，且每转移1mol电子时正极质量增加48g9．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：。根据此反应判断下列叙述中正确的是A．是电池的负极 B．是负极C．得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强燃料电池燃料燃烧是一类剧烈的氧化还原反应，但是燃烧过程中化学能大部分都转化为了热能，很难被人们高效地利用。而利用燃料电池这一装置进行能量的转化，将化学能转化成为电能，能量的转化率理论上可以达到85˜90%，远高于直接燃烧的能量利用效率。氢氧燃料电池的电池反应就是2H2+O2=2H2O，而根据电解质溶液的不同，正负极发生的电极反应可能会不同。例：碱性氢氧燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式为：负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O正极：O2+4e-+2H2O=4OH-总反应式为：2H2+O2=2H2O例：酸性氢氧燃料电池，电解质溶液为稀硫酸，其电极反应式为：负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O总反应式为：2H2+O2=2H2O题型演练10．某燃料电池以乙醇为燃料，空气为氧化剂，强碱溶液为电解质组成，有关该电池的说法正确的是A．放电时正极发生氧化反应B．放电一段时间后，正极附近溶液的pH减小C．放电时负极电极反应为：D．消耗0.2mol乙醇，有1.2mol转移11．下面四种燃料电池中正极的反应产物为水的是ABCD固体氧化物燃料电池碱性燃料电池质子交换膜燃料电池熔融盐燃料电池A．A B．B C．C D．D12．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH­3CH2OH–4e-+H2O=CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是A．检测时，电解质溶液中的H+向负极移动B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2OD．正极上发生的反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-13．乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应为：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2OA．电池工作时，质子向电池的负极迁移B．电池工作时，电子由b极沿导线流向a极C．b极上发生的电极反应是：4H++O2+4e-=2H2OD．a极上发生的电极反应是：C2H5OH+3H2O+12e-=2CO2+12H+14．某燃料电池以熔融的金属氧化物为电解质、为燃料，装置如图所示。下列说法不正确的是A．a为，b为空气B．向负极移动C．正极电极反应式为：D．标准状况下，每消耗甲烷，导线中转移的电子数为15．镁-空气电池是一种新型燃料电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（

）A．金属Mg电极为负极，其电势低于空气电极的电势B．电子流向：Mg电极→导线→空气电极→电解质溶液→Mg电极C．电池总反应为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2D．回收后的氢氧化镁经一系列转化，可重新制成镁锭循环利用16．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A．a极是负极B．正极的电极反应式是C．电子由a通过灯泡流向bD．氢氧燃料电池是环保电池17．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的______(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB极：O2＋4e－=2O2－则A极是电池的______极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(3)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＋H2OAg2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－总反应为Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag①Zn是_______极，Ag2O发生________反应。②电子由_____极流向_____极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路通过1mol电子时，负极消耗物质的质量是________g。③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量_____(填“增大”“减小”或“不变”)。18．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：(1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl===Na2Mn5O10+2AgCl①该电池的负极反应式是____________；②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的________极(填“正”或“负”)；③外电路每通过4mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是________；(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。①该电池工作时，b口通入的物质为_________；②该电池负极的电极反应式_________；③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有________个电子转移。(3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为KOH溶液，电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_________；参考答案1．C【分析】普通锌锰干电池正极为C棒，负极为Zn，电解质是NH4Cl，电极反应为：负极抄：Zn-2e-==Zn2+正极：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应式：Zn＋2NH＋2MnO2=[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O【详解】A．普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A错误；B．根据原电池工作原理，负极应失电子，而该选项表示的是正极反应，B错误；C．原电池工作时，负极失电子，故电子从负极通过外电路流向正极，C正确；D．由负极的电极反应式可知，每通过0.1mol电子，消耗锌的质量是65g·mol－1×＝3.25g，D错误；故选C。2．B【详解】A．锌锰干电池含有重金属元素，不是绿色电池，A错误；B．①银锌纽扣电池和③锌锰干电池完全放电后均不能再使用，属于一次电池，B正确；C．①银锌纽扣电池完全放电后不能再使用，属于一次电池，C错误；D．燃料电池放电过程中会有一部分化学能转化为热能，D错误；综上所述答案为B。3．C【详解】A．碱性锌锰电池的总反应为：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，Zn的化合价升高，失去电子，被氧化，则Zn为负极，Mn元素的化合价降低，得到电子，被还原，MnO2为正极，故A错误；B．碱性锌锰电池为一次电池，故B错误；C．Zn为负极，Zn失去电子转化为Zn(OH)2，负极的电极反应式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，故C正确；D．Zn为负极，MnO2为正极，原电池中电子从负极经导线流向正极，则工作时电子由经外电路流向MnO2，故D错误；故选C。4．D【详解】A．手机用锂电池，可充电，属于二次电池，故A不选；B．电动汽车用电池，可充电，属于二次电池，故B不选；C．铅酸蓄电池，可充电，属于二次电池，故C不选；D．锌锰干电池不可充电，属于一次电池，故D选；故选D。5．B【详解】A．Zn失电子作负极，所以锌锰电池和碱性锌锰电池的负极材料均是锌，故A错误；B．锌锰电池中电解质主要是NH4Cl，碱性锌锰电池中的电解质是用强碱代替了氯化铵，一般碱性锌锰电池中的电解质主要是KOH，故B正确；C．锌锰电池的负极为锌筒，NH4Cl溶液水解显酸性，所以锌易被NH4Cl溶液腐蚀，因此碱性锌锰电池比锌锰电池的寿命长，故C错误；D．干电池属于一次电池，一次电池不能反复充放电，故D错误；本题答案B。6．C【分析】根据电池反应：可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-=Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为，据此分析。【详解】A．Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为，故A正确；B．放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：，故B正确；C．放电时，Na为电池的负极，正极为硫单质，故C错误；D．放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池，为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D正确；答案选C。7．C【详解】A．镍氢电池、锂离子电池为二次电池，碱性锌锰干电池为一次电池，故A错误；B．燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为CO2、H2O等，不污染环境，故B错误；C．化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的转移，实质为氧化还原反应，故C正确；D．铅蓄电池放电的时候，Pb被氧化，为原电池的负极，PbO2被还原，为原电池的正极，故D错误；故答案为C。8．B【详解】A．蓄电池放电时，该装置是原电池，负极上失电子发生氧化反应，该装置中Pb失电子发生氧化反应，所以Pb是负极，故A错误；B．负极上Pb失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，即Pb-2e-+＝PbSO4，故B正确；C．铅酸蓄电池放电时消耗硫酸，溶液的酸性降低，1molPb反应转移2mol电子，消耗2mol硫酸，所以当电路中转移2mol电子时消耗2molH2SO4，故C错误；D．铅酸蓄放电时两极板质量均增加，负极铅变为硫酸铅增加硫酸根，正极反应为PbO2+SO+2e-+4H+＝PbSO4+2H2O，每转移1mol电子相当于增加0.5molSO2，即质量增加32g，故D错误；故选B。9．B【详解】A．原电池中负极失去电子发生氧化反应，根据电池放电时的反应：PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O可知，负极Pb失去电子，即Pb为负极，PbO2为正极，故A错误；B．根据A项分析，Pb失去电子，是负极，故B正确；C．PbO2在放电过程中化合价降低，得到电子被还原，故C错误；D．由于原电池放电的过程中消耗硫酸，电解质溶液中氢离子浓度逐渐减小，所以溶液的酸性减弱，故D错误。故选B。10．C【分析】由题意可知，乙醇燃料电池中通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e－+2H2O=4OH－。【详解】A．由分析可知，放电时，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，A错误；B．由分析可知，通入氧气的一极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，正极附近溶液的氢氧根离子浓度增大，溶液碱性增强，B错误；C．由分析可知，放电时，通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，C正确；D．由分析可知，放电时，通入乙醇的一极为负极，碱性条件下，乙醇在负极失去电子发生还原反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，由电极反应式可知，消耗0.2mol乙醇，转移电子的物质的量为2.4mol，D错误；故选C。11．C【详解】A．电解质为能够传导氧离子的固体氧化物，正极氧气得电子生成氧离子，故A不选；B．电解质溶液是氢氧化钾，正极上氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，故B不选；C．存在质子交换膜，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，故C选；D．电解质为熔融碳酸盐，正极氧气得电子结合二氧化碳生成碳酸根离子，故D不选；故选C。12．C【详解】A、该燃料电池的电极反应式分别为正极：O2+4e-+4H+=2H2O，负极：CH­3CH2OH–4e-+H2O=CH3COOH+4H+，电解质溶液中的H+应向正极移动（正极带负电），A不正确；B、根据正极反应式，若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24L氧气，B不正确；C、将正负极电极反应式叠加得CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，C正确；D、酸性条件下正极：O2+4e-+4H+=2H2O，D不正确。答案选C。13．C【详解】A．该燃料电池放电时，带正电荷的微粒向正极移动，所以质子向正极移动，选项A错误；B．燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以该燃料电池放电时，电子从负极a沿导线流向正极b，选项B错误；C．燃料电池中，投放氧化剂的电极是正极，则b极上氧气得电子和氢离子反应生成水，所以电极反应式为4H++O2+4e-=2H2O，选项C正确；D．燃料电池中，投放燃料的电极是负极，负极上燃料失去电子发生氧化反应，所以a电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+，选项D错误；答案选C。14．C【详解】A．燃料电池中，通入燃料的一极为负极，通入氧气或空气的一极为正极，由图可知，左侧电极上失去电子，为负极，则该极通入燃料，故a为，b为空气，A正确；B．在原电池中，阴离子移动向负极，则向负极移动，B正确；C．该燃料电池以熔融的金属氧化物为电解质，则正极电极反应式为：，C错误；D．负极电极反应式为，标准状况下，每消耗甲烷，即0.5mol甲烷，则导线中转移的电子数为，D正确；故选C。15．B【详解】A．金属Mg失电子，Mg为负极，空气电极是正极，正极电势高于负极，故A正确；B．金属Mg失电子，Mg为负极，空气电极是正极，电子流向：Mg电极→导线→空气电极，溶液中没有电子移动，故B错误；C．金属Mg失电子生成镁离子，氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电池总反应为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2，故C正确；D．氢氧化镁和盐酸反应生成氯化镁，在氯化氢气流中蒸发氯化镁溶液，得无水氯化镁，电解熔融氯化镁制取金属镁，故D正确；选B。16．B【分析】由题给示意图可知，氢离子向b极移动，则通入氢气的a电极为燃料电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成氢离子，通入空气的b极为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水。【详解】A.由分析可知，a极是负极，故A正确；B.由分析可知，b极是正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，故B错误；C.电池工作时，电子由负极通过灯泡流向正极，则电子由a极通过灯泡流向b极，故C正确；D.氢氧燃料电池的总反应为，生成物为H2O，则氢氧燃料电池是绿色高效的环保电池，故D正确；故选B。17．b负负流出负还原ZnAg2O32.5不变【详解】(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，X是负极；Y是正极，氧气得电子，氧气应通入正极。(2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，应该是电池的负极，电子从该极流出。(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原发生还原反应。②发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，当通过电路1mol时，负极消耗Zn的质量是32.5g。③根据电极反应式，电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的量不变。18．Ag+Cl--e-=AgCl正2molCH3OHCH3OH-6e-+H2O===CO2＋6H+1.2NAAg2O2+2Zn+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4+2Ag【分析】根据电池总反应，判断元素的化合价升降，由负极上失电子发生氧化反应，