化学电源高二化学暑假作业（选修）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精知识梳理一．电池的评价比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少.比功率：电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。质量轻、体积小而输出电能多、功率大、可储存时间长的电池，更适合使用者的需要。二．实用电池的特点1。能产生比较稳定而且较高电压的电流；2。安全、耐用且便于携带，易于维护;3.能够适用于各种环境;4.便于回收处理，不污染环境或对环境的污染影响较小；5。能量转换率高.三．几种常见的电池1。一次电池:放电之后不能充电,内部的氧化还原反应是不可逆的。碱性锌锰电池构成：负极是锌，正极是MnO2，电解质是KOH负极：Zn+2OH－－2e－=Zn(OH）2；正极：2MnO2+2H2O+2e－=2MnOOH+2OH－总反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn（OH)2特点：比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电.2。二次电池⑴铅蓄电池放电电极反应:负极:Pb(s）+SO42－（aq）－2e－＝PbSO4(s）;正极：PbO2（s)+4H+（aq)+SO42－(aq）+2e－＝PbSO4（s）+2H2O(l)总反应式：Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4(aq)＝2PbSO4（s)+2H2O（l）充电电极反应：阳极：PbSO4(s)+2H2O（l）－2e－=PbO2(s)+4H+(aq）+SO42－（aq)；阴极：PbSO4（s）+2e－=Pb（s）+SO42－（aq）总反应：2PbSO4(s）+2H2O(l）=Pb（s）+PbO2（s）+2H2SO4（aq)总反应方程式：Pb（s）+PbO2(s）+2H2SO4(aq）2PbSO4(s）+2H2O（l)说明:电池充电时,正负极分别和电源的正负极相连.⑵镍一镉碱性蓄电池负极:Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2;正极：2NiO(OH）+2H2O+2e－=2Ni（OH）2+2OH－总反应式：Cd+2NiO（OH）+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)23.燃料电池电池电极反应酸性电解质碱性电解质氢氧燃料电池负极2H2－4e－＝4H+2H2+4OH－－4e－＝4H2O正极O2+4H++4e－＝2H2OO2+2H2O+4e－＝4OH－总反应2H2+O2＝2H2O2H2+O2＝2H2O甲烷燃料电池负极CH4+2H2O－8e－=CO2+8H+CH4+10OH－－8e－=CO32－+7H2O正极2O2+8H++8e－＝4H2O2O2+4H2O+8e－=8OH－总反应CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O甲醇燃料电池负极2CH3OH+2H2O－12e－=2CO2+12H+2CH3OH+16OH－－12e－=2CO32－+12H2O正极3O2+12H++12e－＝6H2O3O2+6H2O+12e－=12OH－总反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O跟踪练习1．以铅蓄电池为电源．将CO2转化为乙烯的装置如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。下列说法不正确的是（)A。b为铅蓄电池的正极B.每生成1mol乙烯,理论上铅蓄电池中消耗12mol硫酸C.电解过程中，阳极区溶液中c(H+)逐渐减小D.阴极反应式：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O【答案】C2．据报导，我国已研制出“可充室温钠-二氧化碳电池”，电极材料为钠金属片和碳钠蜜管，电解液为高氯酸钠—四甘醇二甲醚，电池总反应为：4Na+3CO22Na2CO3+C，生成固体Na2CO3沉积在碳钠米管上.下列叙述不正确的是A.放电时钠金属片发生氧化反应B。充电时碳钠米管接直流电源的正极C.充电时的阳极反应为C+2Na2CO3—4e—=3CO2↑+4Na+D.放电时每消耗3molCO2，转移12mol电子【答案】D【解析】A．放电时钠金属片，作负极，失去电子发生氧化反应，故A正确；B．原电池中正极上C得到电子，则充电时碳纳米管接直流电源的正极，故B正确；C．充电为电解池，阳极与正极相连，阳极失去电子发生氧化反应，则阳极反应为C+2Na2CO3-4e-=3CO2↑+4Na+,故C正确；D．放电时每消耗3molCO2，4molNa失去电子，转移4

mol电子，故D错误；故选D。3．现以CO、O2、熔熔盐Z(Na2CO3)组成的燃料电池，采用电解法制备N2O5，装置如图所示,其中Y为CO2,下列说法错误的是A.石墨I是原电池的负极,发生氧化反应B。甲池中的CO32-向石墨I极移动C.乙池中左端Pt极电极反应式：N2O4—2e—+2HNO3=2N2O5+2H+D。若甲池消耗标准状况下的氧气2。24L，则乙池中产生氢气0。05mol【答案】D4．铅蓄电池是常见的二次电池,某学生用铅蓄电池进行下列实验,如下图所示。铅蓄电池的工作原理为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列判断错误的是A.铅蓄电池的结构中栅状极板应交替排列B。铅蓄电池放电时Pb电极的电极反应为：Pb-2e-==Pb2+C.K闭合时，烧杯中SO42—向c电极迁移D。K闭合后,若c、d电极的质量相差3.2g,则转移的电子可能为0。2mol【答案】B【解析】A、铅蓄电池的结构中栅状极板应交替排列，以增大与溶液的接触面积，选项A正确;B、铅蓄电池放电时Pb电极的电极反应为：Pb+SO42--2e—==PbSO4,选项B错误；C、电解池中阴离子向阳极移动，K闭合时，烧杯中SO42—向阳极c电极迁移，选项C正确;D、根据电极反应2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4，K闭合后，若c、d电极的质量相差3。2g，消耗的H2SO4为0.2mol，电路中转移0。2mol电子，选项D正确。答案选B.5．一种以2mol•L—1的Na2SO4溶液为电解质溶液的钠离子电池的总反应如下(P为+5价）：NaTi2（PO4）3+Zn+Na2SO4Na3Ti2（PO4)3+ZnSO4下列有关说法正确的是（)A.放电时,NaTi2(PO4）3发生氧化反应B.放电时，Na＋向锌棒一极移动C.充电时，阳极反应式为+—2e-=3+D.充电时，每转移0。2mol电子,阴极增重6.5g【答案】D6．石墨烯锂硫电池是一种高效、低污染的新型二次电源，其装置如图所示.电池反应为2Li+nS=Li2Sn。Li+可在固体电解质中迁移。下列说法不正确的是（）A.放电时,锂在负极上发生氧化反应B。放电时，正极的电极反应式为nS+2e-+2Li+=Li2SnC.充电时,锂电极为阴极，与电源负极相连D。充电时,理论上阳极失去2mol电子生成32g硫【答案】D【解析】根据总反应2Li+nS=Li2Sn，Li是负极发生氧化反应,S是正极发生还原反应。放电时，锂在负极上失电子发生氧化反应，故A正确；放电时，S在正极得电子，根据总反应,正极电极反应式为nS+2e-+2Li+=Li2Sn,故B正确；充电时，电池负极作阴极，锂与电源负极相连,故C正确;充电时，理论上阳极失去2mol电子生成32ng硫,故D错误。7．石墨烯锂—硫电池是一种高容量、长循环寿命、低成本及环境友好的新型二次电池，该电池结构如图所示,电池反应为2Li+nSLi2Sn。有关该电池的说法正确的是A。放电时,Li+向负极迁移B。充电时，A电极连接电源的负极C.充电时,每生成nmolS转移2nmol电子D。放电时,正极上可发生反应2Li++2Li2S6+2e—=3Li2S4【答案】D8．磷酸铁锂（LiFePO4)电池是一种高效、环保的新型电池，装置如图所示，其中正极材料橄榄石型LiFePO4通过粘合剂附着在铝箔表面，负极石墨材料附着在铜箔表面，电解质为溶解在有机溶剂中的锂盐,电池工作时的总反应为:LiFePO4+6CLi1—xFePO4+LixC6,则下列说法错误的是A.装置中的聚合物隔膜应为阳离子交换膜B.充电时，Li+迁移方向为由右向左C.充电时，LiFePO4中的铁元素被氧化D.放电时，正极的电极反应式为：Li1-xFePO4+xLi++xe—=LiFePO4【答案】B9．高铁酸盐在环保、能源等方面有着广泛的用途。Ⅰ．高铁酸钾（K2FeO4）具有强氧化性,是一种理想的水处理剂,试解释其原因_______。Ⅱ．高铁电池的研制也在进行中。如图是高铁电池的模拟实验装置：（1）该电池放电时正极的电极反应式为___________。（2）盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_______移动（填“左”或“右”）；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向______移动（填“左"或“右”）.(3)如图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有______.Ⅲ．工业上湿法制备K2FeO4的工艺流程如图。（1）完成“氧化”过程中反应的化学方程式：___FeC13+___NaC1O+___NaOH=___NaFeO4+___NaCl+___H2O（2)加入饱和KOH溶液的目的是___________________。（3)己知25℃时Ksp”表示含钒微粒的浓度，虚线表示或pH的范围尚未准确确定。①V2O5溶于足量2mol•L—1NaOH溶液中，发生反应的离子方程式为_________________，向反应后的溶液中，滴加硫酸溶液至过量(pH〈1)的过程中，开始溶液保持澄淸,滴加一段时间后，观察到有橙黄色沉淀产生，继续滴加硫酸溶液，沉淀又消失.则沉淀消失过程中发生反应的化学方程式为_______________。②上述滴加硫酸溶液的过程中，先后发生如下反应：则“X所示区域溶液中的离子”不可能是___________(填序号）；a.V3O93-b。V4O103—c.V4O124—(3）V2O5是反应2SO2+O22SO3的催化剂。其他条件不变,加入V2O5后,该反应的速率加快的原因是_______________;恒温恒压下，加人V2O5，该反应的平衡常数________________（填“增大"、“减小"或“不变”）；（4)下图所示为可充电的全钒液流电池构造示意图，该电池中的隔膜只允许H+通过。电池放电时，负极区溶液的pH将_____________(填“增大”、“减小”或“不变"），电池充电时，阳极的电极反应式为_____________________。【答案】⑴10Al（s）+3V2O5(s）═5Al2O3（s）+6V(s)ΔH=（2。5a－l。5b)kJ·mol-1⑵V2O5+6OH—═2VO43—+3H2OV2O5+H2SO4═(VO2)2SO4+H2Ob⑶加入V2O5后，反应路径发生改变，反应的活化能降低，反应速率加快不变⑷增大VO2+—e—+H2O═VO2++2H+11．MnO2在电池、玻璃、有机合成等工业生产中应用广泛。利用粗MnO2(含有杂质MnO和MnCO3)制取纯MnO2的流程如下：请回答下列问题：（1）为加快酸浸速率可采取的措施有______________________________________（答两点）.酸浸过程中稀硫酸可否用盐酸代替，回答并说明理由_________________________.（2）操作X的名称是____________.氧化过程反应的离子方程式是________________。(3)加热条件下Cl2与NaOH溶液反应，其氧化产物和还原产物的物质的量之比为________.（4)酸浸过程中得到的溶液所含主要溶质为____________，电解该溶液也可制得MnO2和H2，写出该电解过程中阳极的电极反应式________________________________。（5）MnO2常用作某些化学反应的催化剂。下图为2H2O2=2H2O+O2↑反应过程中的能量变化示意图，下列说法正确的是__________。a．该反应为吸热反应,热效应为△Hb．反应历程b有催化剂参加c．有催化剂时，该反应的活化能为E1+E2d．改变催化剂，可改变该反应的活化能【答案】⑴将MnO2粉碎、适当增大硫酸浓度、升高温度等否MnO2能与元素反应产生氯气⑵过滤5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+⑶1：5⑷MnSO4(或硫酸锰）Mn2+-2e—+2H2O=MnO2↓+4H+⑸bd【解析】粗MnO2(含有较多的MnO2和MnCO3）样品加入硫酸，MnO2不溶于硫酸，所以加稀硫酸时样品中的MnO和MnCO3分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO4,同时产生二氧化碳，过滤后得二氧化锰固体及含有硫酸锰的滤液，向滤液中加入氯酸钠，反应的离子方程式5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+，将产生的氯气和热的氢氧化钠溶液反应可以得到氯酸钠的溶液，蒸发浓缩结晶可以得到氯酸钠的固体物质，将反应后的溶液过滤得固体二氧化锰和含有硫酸的滤液；12．污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要课题.某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已省略）。请回答下列问题：（1)上述流程脱硫实现了____________（选填下列字母编号)。a．废弃物的综合利用b．白色污染的减少c．酸雨的减少（2)KMnO4+MnSO4→MnO2的反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________。（3）已知：25℃、101kPa时,Mn（s)+O2（g)=MnO2(s)△H=-520kJ·mol-1S(s）+O2(g)=SO2（g）△H=-297kJ·mol-1Mn（s）+S(s)+2O2（g)=MnSO4(s)△H=-1065kJ·mol-1SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式为:_______________________________。（4）MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2其阳极的电极反应式是__________________________________________________。（5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式为：____________________________________________________。若以该电池为电源，以石墨作电极电解CuSO4溶液,阴极析出铜，阳极产物是___________________。【答案】⑴ac⑵2∶3⑶MnO2(s）+SO2(g)=MnSO4(s)△H=-248kJ·mol—1⑷Mn2＋+2H2O-2e-=MnO2+4H＋⑸MnO2+H2O+e—=MnO(OH)+OH-O2、H2SO413．砷(As)是第四周期第VA族元素，用化学用语回答问题:(1)砷的最高价氧化物对应的水化物化学式是_________，气态氢化物的稳定性ASH3________(填写“大于”或“小于")NH3。（2)砷在自然界中主要以硫化物形式(如雄黄As4S4、雌黄As2S3等)存在。雄黄和雌黄的转换关系如图1所示：①气体物质a是_____________（填化学式）。②第I步反应的离子方程式是_________________________________.（3）Na2HAsO3溶液呈碱性，原因是_______________(用离子方程式表示）,该溶液中c（H2AsO3-)______c(AsO33—)（填“>"、“<"或“=”).（4）某原电池装置如图2所示,电池总反应为AsO43—++2I-+H2OAsO33-+I2+2OH-。当P池中溶液由无色变蓝色时，正极上的电极反应式为_________；当电流计指针归中后向Q中加入一定量的NaOH，电流计指针反向偏转，此时P中的反应式是__________________。【答案】⑴H3AsO4小于⑵SO22As2S3+4H++2Sn2+=2H2S+2Sn4++As4S4⑶HAsO32-+H2OH2AsO3-+OH-〉⑷AsO43—+2e-+H2O=AsO33-+2OH—I2+2e-=2I—14．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g)+2H2(g）CH3OH（g)，现在实验室模拟该反应并进行分析。(1）下列各项中，不能够说明该反应已达到平衡的是__________(填序号）。a.恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化b.一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等c.一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变d。一定条件下,单位时间内消耗2molCO，同时生成1molCH3OH（2）如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线.①该反应的焓变ΔH____________0(填“＞”、“＜"或“＝")。②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1____________K2（填“＞”、“＜"或“＝"）。③若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______________。a。升高温度b。将CH3OH(g）从体系中分离c.使用合适的催化剂d.充入He，使体系总压强增大(3）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇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请写出c口通入的物质发生的相应电极反应式_____________________________。②工作一段时间后,当0。2mol甲醇完全反应生成CO2时,有___________NA个电子转移。（4）以上述电池做电源,用上图所示装置,在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现Al电极附近逐渐变浑浊并有气泡逸出,原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示)：______________________________________________。【答案】⑴d⑵<〉b⑶O2+4e-+4H+=2H2O1。2Al-3e—=Al3+⑷Al3++3HCO3—=Al(OH）3↓+3CO2↑15．按要求回答以下问题：I.有下列物质：①氢氧化钠固体②铝丝③稀硫酸④饱和食盐水⑤HCl⑥Na2CO3。10H2O⑦酒精⑧熔融的KCl⑨明矾⑩石墨（1)属于电解质的:_______________（2)属于非电解质的：______________（3)可导电的物质：____________________II。在现代生活、生产和科学技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用，请根据题中提供的信息，回答下列问题:(1）氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是H2＋NiO(OH)Ni(OH）2。电池放电时，负极的电极反应式为_________,正极附近溶液的pH______________（填“增大”，“减小”或者“不变”）,充电时阳极的电极反应式为__________________，（2）银制器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去，该过程中负极反应式是_______________________，正极反应式______________________，总反应式___________________________.III。。按要求写出下列方程式明矾净水的原理（用离子方程式表示)_______________________________，盐碱地因含较多的NaCl、Na2CO3，使得土壤呈碱性，不利于作物生长，通过施加适量石膏粉末(主要含有CaSO4,微溶于水）来降低土壤的碱性。写出该过程中使土壤碱性降低的反应化学方程式_______________________________，SOCl2是一种液态化合物，沸点77℃。向盛有10mL水的锥形瓶中，滴加8至10滴SOCl2,可观察到剧烈反应，液面上有雾形成，并有可使品红溶液褪色的气体逸出，根据实验现象，写出SOCl2与水反应的化学方程式_________________________________。【答案】Ⅰ⑴①⑤⑥⑧⑨⑵⑦⑶②③④⑧⑩Ⅱ⑴H2－e－＋OH－===H2O增大Ni（OH)2＋OH－—e－===NiO(OH)＋H2O⑵Al＋3H2O－3e－=Al（OH)3＋3H＋Ag2S+2e－===2Ag+S2—2Al+3Ag2S+6H2O===2Al(OH）3+3H2S+6AgⅢAl3++3H2OAl（OH）3+3H+Na2CO3+CaSO4═Na2SO4+CaCO3SOCl2+H2O===2HCl↑+SO2↑⑦酒精属于非电解质；⑧熔融KCl属于电解质；⑨明矾是KAl（SO4)2·12H2O,属于电解质；⑩石墨属于单质,既不是电解质也不是非电解质；因此属于电解质的是①⑤⑥⑧⑨；属于电解质的是⑦；能够导电的物质是②③④⑧⑩；II.考查电极反应式的书写,（1）放电是电池，根据电池的总反应，H2在负极上反应，因为生成Ni(OH）2，说明此溶液为碱性，因此负极反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2O;正极反应式NiO(OH)＋H2O＋e－=Ni(OH）2＋OH－，正极附近c（OH－)增大，pH增大；充电时，电池的负极接电源的负极，电池的正极接电源的正极，即充电时阳极反应式为Ni(OH)2＋OH－-e－=NiO(OH）＋H2O；（2）构成原电池，铝是活泼金属，铝作负极,Ag2S作正极，负极反应式为：Al＋3H2O－3e－=Al（OH）3＋3H＋，正极反应式为Ag2S＋2e－=2Ag＋S2－;负极×2＋正极×3,总反应式为2Al+3Ag2S+6H2O=2Al(OH）3+3H2S+6Ag；III。考查盐类水解的应用，明矾净水，利用Al3＋水解成氢氧化铝胶体，利用胶体吸附性，吸附水中悬浮固体颗粒，达到净水的目的，其离子反应方程式为:Al3＋＋3H2OAl（OH)3(胶体)＋3H＋;Na2CO3溶液显碱性的原因：CO32－＋H2OHCO3－＋OH－，因为CaCO3难溶于水，CaSO3微溶于水，因此有CaSO3＋CO32－=CaCO3＋SO32－,促使平衡向逆反应方向进行，加入CaSO3,土壤的碱性减弱；液面上