新教材适用2024-2025学年高中化学第4章化学反应与电能第1节原电池第2课时化学电源提能作业新人教版选择性必修1

第四章第一节第2课时A级·基础达标练一、选择题1．铅蓄电池是最常用的二次电池，其反应方程式为Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2PbSO4＋2H2O，则充电时PbSO4(D)A．在阳极生成B．在阴极生成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\o\al(2－,4)＋2e－=PbSO4＋2H2O，Pb在负极上反应式为Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4；充电时，阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋，阴极反应为PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，充电时，PbSO4在两极上除去。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电极旁边溶液的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：运用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电实力下降解析：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电极旁边溶液的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＋H2SO42PbSO4＋2H2O，运用一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电实力下降，故D正确。3．探讨发觉一种利用微生物将有机物中的化学能干脆转化为电能的装置，其在废水处理和新能源开发领域具有广袤的应用前景。如图为酸性有机污水处理的试验装置。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44gCO2，至少消耗28.0LO2解析：正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，溶液的pH上升，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－=AgC．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之间可采纳阴离子交换膜D．当A电极消耗14g金属锂时，B电极有标准状况下22.4L氧气参加反应解析：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；依据图示，LiOH由正极区流出，说明电解液a、b之间可采纳阳离子交换膜，故C错误；14g金属锂物质的量为2mol，转移电子为2mol，B电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，标准状况下0.5×22.4＝11.2L氧气参加反应，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－=2H2OC．电路中每流过4mol电子，在正极消耗44.8LH2SD．每17gH2S参加反应，有1molH＋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4mol电子，在负极消耗2molH2S，而不是正极，且题中未指明H2S所处的状态，C项错误；依据2H2S－4e－=S2＋4H＋知，17g(0.5mol)H2S参加反应，生成1molH＋经质子膜进入正极区，D项正确。二、非选择题7．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，可制造出既能供应电能，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\o\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；该电池在运用过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，其电极反应式为NO2－e－＋NOeq\o\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，依据装置图反应前稀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，依据原电池工作原理，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\o\al(＋,4)。(2)依据问题(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，依据装置图，石墨Ⅰ为负极，依据原电池工作原理，负极上失去电子，发生氧化反应，化合价上升，Y为氧化物，因此Y为N2O5，其电极反应式为NO2－e－＋NOeq\o\al(－,3)=N2O5。8．“神舟九号”飞船的电源系统共有3种，分别是太阳能电池帆板、镉镍蓄电池和应急电池。(1)飞船在光照区运行时，太阳能电池帆板将_太阳__能转化为_电__能，除供应飞船运用外，多余部分用镉镍蓄电池储存起来。其工作原理为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。充电时，阳极的电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O；当飞船运行到阴影区时，镉镍蓄电池起先为飞船供电，此时负极旁边溶液的碱性_减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)紧急状况下，应急电池会自动启动，工作原理为Zn＋Ag2O＋H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ag＋Zn(OH)2，其负极的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2。解析：(1)阳极是失电子发生氧化反应的一极，Ni(OH)2为阳极；放电时负极反应为Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，溶液的碱性减小。(2)负极上Zn发生氧化反应，转化为Zn(OH)2。B级·实力提升练一、选择题1．(2024·湖南选择性考试)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下。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；该电池不行充电，属于一次电池，故D正确。2．(2024·浙江1月，22)一种钌(Ru)基协作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\o\al(－,3)D．电池的电解质溶液中I－和Ieq\o\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\o\al(－,3)的混合物，Ieq\o\al(－,3)在正极上得电子被还原，正极反应式为Ieq\o\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\o\al(－,3)和I－相互转化，所以电解质溶液中发生反应2Ru3＋＋3I－=2Ru2＋＋Ieq\o\al(－,3)，C项正确；由电池中发生的反应可知，Ieq\o\al(－,3)在正极上得电子被还原为I－，后I－又被氧化为Ieq\o\al(－,3)，Ieq\o\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，全部化学物质都没有被损耗，D项错误。3．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1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g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，做电解池的为阳极，故B正确；由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为(1mol×71g·mol－1)(1mol×32g·mol－1)≈2.221，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2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为eq\f(3.9g,39g·mol－1)×18g·mol－1＝1.8g，故D错误。4．最近，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(C)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＋向右移动，ClOeq\o\al(－,4)向左移动解析：由电子的流淌方向可以得知左边为负极，发生氧化反应，右边为正极，发生还原反应，故选项A、B正确；电池的总反应没有O2参加，总反应方程式不存在氧气，故C选项不正确；在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D选项正确。5．某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(A)A．光照时，b极的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋B．光照时，每转移2mol电子，有2molH＋由a极区经质子交换膜向b极区迁移C．夜间，a极的电极反应式为V3＋＋e－=V2＋D．硅太阳能电池供电原理与该电池相同解析：光照时，b极上VO2＋失去电子，发生氧化反应，电极反应式为VO2＋－e－＋H2O=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋，A项正确；在原电池内部，阳离子向正极(a)移动，B项错误；夜间电池放电，a极电极反应式为V2＋－e－=V3＋，C项错误；电池工作时，发生了氧化还原反应，化学能转化为电能，而硅太阳能电池干脆把光能转化成电能，二者供电原理不同，D项错误。二、非选择题6．高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)是一种志向的水处理剂，高铁电池的研制正在进行中。如图甲是高铁电池的模拟试验装置：AB(1)该电池放电时正极的电极反应式为FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O＋3e－=Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1A，电池工作非常钟，理论消耗Zn_0.2__g。(已知F＝96500C/mol)(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向_右__(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向_左__(填“左”或“右”)移动。(3)图乙为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电过程曲线，由此可得出高铁电池的优点有_运用时间长、工作电压稳定__。解析：(1)依据高铁电池装置可确定Zn和C分别作负极和正极，放电时FeOeq\o\al(2－,4)在正极发生还原反应，其电极反应式为FeOeq\o\