2024-2025学年高中化学第四章电化学基础2化学电源课后作业含解析新人教版选修4

PAGEPAGE9化学电源eq\o(\s\up7(作业时限：45分钟作业满分：100分),\s\do15())一、选择题(每小题4分，每小题有1个正确选项，共44分)1．一种液氨－液氧燃料电池示意图如图所示，有关说法正确的是(A)A．电池总反应为4NH3＋3O2=2N2＋6H2OB．电池工作时，OH－向正极移动C．电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．电流由电极1经外电路流向电极2解析：该电池反应中，NH3和O2反应生成了N2和H2O，A项正确；B项，原电池工作时，溶液中阴离子向负极移动，B项错误；电极1上，还原剂NH3被氧化，故电极1为负极，电极2上，氧化剂O2发生还原反应，故电极2为正极，由于电解质溶液呈碱性，故正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，C项错误；电流由电极2(正极)经外电路流向电极1(负极)，D项错误。2.固体氧化物燃料电池(SOFC)以固体氧化物作为电解质。其工作原理如图所示。下列关于固体燃料电池的有关说法正确的是(D)A．电极b为电池负极，电极反应式为2O2＋4e－=4O2－B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C．若H2作为燃料气，则接触面上发生的反应为H2＋2OH－－4e－=2H＋＋H2OD．若C2H4作为燃料气，则接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－=2CO2＋2H2O解析：A项中电极b为正极；B项中固体氧化物的作用是通过阴阳离子，电子不能通过；C项中反应应为H2＋O2－－2e－=H2O。3.二甲醚是一种绿色、可再生的新能源。如图是绿色电源“燃料电池”的工作原理示意图(a、b均为多孔性Pt电极)。该电池工作时，下列说法不正确的是(B)A．a电极为该电池负极B．O2在b电极上得电子，被氧化C．电池工作时，a电极反应式：CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋D．电池工作时，燃料电池内部H＋从a电极移向b电极解析：A项，充入燃料二甲醚的a电极为负极，A项正确；B项，O2在b电极上得电子，被还原，B项错误；C项，电池工作时，负极(a电极)反应为CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋，C项正确；D项，电池工作时，燃料电池内部H＋移向正极，即从a电极移向b电极，D项正确。4．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)=Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)下列说法错误的是(C)A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－=2MnOOH(s)＋2OH－(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g解析：由所给的电池总反应可知，电池工作时，每有1molZn参与反应，失去2mol电子，则会有2mol电子从负极Zn起先流经外电路而流向正极，并在正极发生反应，2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－=2MnOOH(s)＋2OH－(aq)，外电路每通过0.2mol电子，Zn的质量就减轻6.5g。5.我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na­CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(D)A．放电时，ClOeq\o\al(－,4)向负极移动B．充电时释放CO2，放电时汲取CO2C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CD．充电时，正极反应为Na＋＋e－=Na解析：依据电池的总反应知，放电时负极反应：4Na－4e－=4Na＋，正极反应：3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C，充电时，阴(负)极：4Na＋＋4e－=4Na，阳(正)极：2COeq\o\al(2－,3)＋C－4e－=3CO2↑，放电时，ClOeq\o\al(－,4)向负极移动。依据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时汲取CO2。6．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是(A)A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2OB．充电过程是化学能转化为电能的过程C．放电时负极旁边溶液的碱性不变D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动解析：由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，负极碱性变弱，C项错误；正极反应为2NiOOH＋2e－＋2H2O=2Ni(OH)2＋2OH－，放电时，OH－由正极向负极移动(内电路)，D项错误；充电时，电能转化为化学能，B项错误；充电时阳极发生氧化反应，即为Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，A项正确。7．热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和PbSO4为电极材料，以无水LiCl－KCl为电解质，电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca=CaCl2＋Li2SO4＋Pb。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法不正确的是(C)A．PbSO4电极发生还原反应B．负极的电极反应为Ca－2e－=Ca2＋C．放电时K＋向负极移动D．每转移1mol电子正极质量削减48g解析：A项，Ca为原电池的负极，PbSO4为正极，正极发生还原反应，A项正确；B项，负极发生氧化反应，电极反应为Ca－2e－=Ca2＋，B项正确；C项，放电时阳离子K＋移向正极，C项错误；D项，正极反应式为PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，每转移1mol电子，正极消耗0.5molPbSO4，产生0.5molPb，故正极削减的质量为0.5mol×(303－207)g·mol－1＝48g，D项正确。8．下图是某种酶生物燃料电池的工作原理示意图。下列说法中不正确的是(C)A．葡萄糖是还原剂B．外电路中电子由A极移向B极C．溶液中H＋由B极区移向A极区D．B极电极反应式为：H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O解析：依据图中信息可知，H2O2转化为H2O，氧元素化合价由－1降为－2价，得到电子发生还原反应，B极为燃料电池的正极，A极为燃料电池的负极。A.葡萄糖发生氧化反应作为还原剂，选项A正确；B.外电路中电子由负极A极移向正极B极，选项B正确；C.电池中阳离子向正极移动，故溶液中H＋由A极区移向B极区，选项C不正确；D.B极为正极，H2O2得到电子发生还原反应，电极反应式为：H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O，选项D正确。答案选C。9．有四种燃料电池：A.固体氧化物燃料电池、B.碱性氢氧化物燃料电池、C.质子交换膜燃料电池、D.熔融盐燃料电池，下面是工作原理示意图，其中正极反应生成水的是(C)解析：A项，正极反应生成O2－；B项，正极反应生成OH－；C项，正极反应生成H2O；D项，正极反应生成COeq\o\al(2－,3)。10.科学家用氮化镓材料与铜组装如图所示人工光合系统，利用该装置胜利地实现了以CO2和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(C)A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程B．GaN表面发生氧化反应：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．Cu表面的反应是：CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－D．H＋透过质子交换膜从左向右迁移解析：由电池装置图可知原电池的工作原理：失去电子电极为负极，得到电子的电极为正极，电子由负极流向正极，阳离子向正极移动，阴离子往负极移动。电极反应式：Cu作正极，二氧化碳得到电子生成甲烷，则Cu电极上的电极反应为：CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O，氮化镓作负极，H2O失去电子变成O2，则氮化镓电极反应式为：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，整个过程太阳能转化为化学能，化学能转化为电能。A.该过程是将太阳能转化为化学能，选项A正确；B.GaN作负极发生氧化反应：H2O失去电子变成O2，电极反应式为：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，选项B正确；C.铜电极得电子为正极，电极反应式为：CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O，选项C不正确；D.电池内部H＋透过质子交换膜从左向右迁移，选项D正确。答案选C。11．高铁电池是一种新型可充电电池，与一般高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是(C)A．放电时负极反应为：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2B．充电时阳极反应为：Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OC．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D．放电时正极旁边溶液的碱性增加解析：依据放电的电池反应式，铁的化合价从＋6价降低到＋3价，即1molK2FeO4被还原得到3mol电子。(1)易错选项分析：本题往往会因为搞不清可充电电池的反应方向，混淆电极反应，而错选A或B。放电时Zn为负极，发生氧化反应，充电时阳极发生氧化反应。(2)其他错误选项分析错误选项错因剖析D项缘由在于搞不清可充电电池的反应方向，混淆充、放电时的电极四周的各种粒子改变，放电时的正极反应为：FeOeq\o\al(2－,4)＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－。二、非选择题(共56分)12．(16分)铅蓄电池是典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)eq\o(,\s\up15(放电),\s\do15(充电))2PbSO4＋2H2O。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)放电时，正极的电极反应式是PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O；电解液中H2SO4的浓度将变小；当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加48g。(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成Pb，电极反应：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，B电极上生成PbO2，电极反应：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。解析：(1)放电时正极上发生还原反应，由总电池反应知，发生还原反应的物质为PbO2，产物为PbSO4，同时消耗H2SO4，故正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O。(2)当完全耗尽PbO2和Pb时，按图连接时，A极为电解池的阴极，电解质溶液中PbSO4产生的Pb2＋，在此极上得电子，发生还原反应PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；而B为电解池的阳极，电极反应可由总电池反应2PbSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(充电))Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)减去阴极反应得到：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。13．(10分)(1)我国首创以铝、空气、海水电池作为能源的新型的海水标记灯，以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水数分钟，就会发出刺眼的白光。则电源的负极材料是铝，负极反应为4Al－12e－=4Al3＋；正极材料是石墨等惰性电极，正极反应为3O2＋6H2O＋12e－=12OH－。(2)熔盐电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关电池反应式。阳极反应式：2CO＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=4CO2，阴极反应式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)，电池总反应式：2CO＋O2=2CO2。(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的负极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为H2。(4)“镁—次氯酸盐”燃料电池的装置如图所示，该电池的正极反应式为ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－。解析：(1)该电池为原电池，负极材料为铝，铝失去电子，电极反应式为4Al－12e－=4Al3＋；正极材料为石墨等惰性电极，氧气在正极上得到电子发生还原反应，电极反应式为3O2＋6H2O＋12e－=12OH－。(2)空气中的O2在阴极得到电子并与CO2反应生成COeq\o\al(2－,3)，阴极反应式为：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)；将两个电极方程式相加得到电池总反应式：2CO＋O2=2CO2。(3)钢制品上电镀铝，所以钢制品作阴极，连接电源的负极；Al2Cleq\o\al(－,7)在阴极上得到电子生成Al，从而铝镀在钢制品上，阴极电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)；若改用AlCl3水溶液作电解液，阴极上将是水溶液中的H＋得到电子生成H2，故阴极产物为H2。(4)“镁—次氯酸盐”燃料电池，镁作负极，ClO－在正极上得到电子生成Cl－，同时溶液中产生OH－，所以正极反应式为ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－。14．(14分)Zn­MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2­NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是Zn(或锌)。电池工作时，电子流向正极(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2­NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某