2024-2025学年新教材高中化学第1章化学反应与能量转化第2节第2课时化学电源课时分层作业含解析鲁科版选择性必修1

PAGEPAGE9化学电源(建议用时：40分钟)[合格过关练]1．下列电池属于一次电池的是()A．锌锰干电池 B．铅蓄电池C．锂电池 D．氢氧燃料电池A[铅蓄电池、锂电池属于二次电池；氢氧燃料电池属于燃料电池。]2．氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%～40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应式为2H2＋O2=2H2O，则下列叙述正确的是()A．通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极B．通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极C．该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大D．该电池工作一段时间后，负极区旁边溶液的pH增大B[依据电池总反应式可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H2＋4OH－－4e－=4H2O，负极区旁边溶液中OH－浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。]3．碱性电池具有容量大、放电电流大等特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O=ZnO＋Mn(OH)2。下列说法错误的是()A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－=Mn(OH)2＋2OH－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，理论上锌的质量减小6.5gC[依据电池总反应式可知负极反应式为Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O，正极反应式为MnO2＋2e－＋2H2O=Mn(OH)2＋2OH－，A、B项正确；电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极，C项错误；外电路中每通过0.2mol电子，有0.1mol锌参与反应，其质量为6.5g，D项正确。]4．锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应式为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=2[Zn(OH)4]2－。下列说法正确的是()A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动B．充电时，电解质溶液中c(OH－)渐渐减小C．放电时，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L(标准状况)C[A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动；B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2[Zn(OH)4]2－=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，c(OH－)渐渐增大；C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－=[Zn(OH)4]2－；D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2mol电子时，消耗0.5molO2，其体积为11.2L(标准状况)。]5．如图所示是几种常见的化学电源示意图，下列有关说法不正确的是()氢氧燃料电池示意图A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池B．干电池在长时间运用后，锌筒被破坏C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D．铅蓄电池工作过程中，每通过2mol电子，负极质量减轻207gD[干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池，属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池，A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；氢氧燃料电池不须要将还原剂和氧化剂全部贮存在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，C正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应当增加而非减小，D错误。]6．锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是()A．Li是正极，MnO2是负极B．放电时负极的反应：Li－e－=Li＋C．放电时正极的反应：MnOeq\o\al(－,2)＋e－=MnO2D．电池放电时，产生高锰酸根离子B[Li在负极发生反应：Li－e－=Li＋，MnO2在正极发生反应：MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)。]7．(双选)据报道，以硼氢化合物NaBH4(硼元素的化合价为＋3)和H2O2作原料的燃料电池可用作通信卫星电源，负极材料采纳Pt/C，正极材料采纳MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．电池放电时Na＋从a极区移向b极区B．电极b采纳MnO2，MnO2既作电极材料又有催化作用C．每消耗1molH2O2，转移的电子为1molD．该电池的正极反应为BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2OAB[由装置图可知，H2O2得电子化合价降低，所以b为正极，a为负极，原电池中阳离子向正极移动。负极反应为BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2O。每消耗1molH2O2，转移的电子为2mol。]8．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()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－=NaD[电池放电时，ClOeq\o\al(－,4)向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需汲取CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。]9．探讨人员最近发觉了一种“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，在海水中该电池的总反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl=Na2Mn5O10＋2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电的说法正确的是()A．正极反应式：Ag＋Cl－－e－=AgClB．每生成1molNa2Mn5O10转移2mol电子C．Na＋不断向“水”电池的负极移动D．AgCl是还原产物B[原电池的正极得电子发生还原反应，A项错误；每生成1molNa2Mn5O10有2molAg被氧化，转移2mol电子，B项正确；原电池中的阳离子移向正极，所以Na＋不断向“水”电池的正极移动，C项错误；银的化合价上升被氧化，AgCl是氧化产物，D项错误。]10．有一种锂电池，用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯()中形成的，电池总反应方程式为8Li＋3SOCl2=6LiCl＋Li2SO3＋2S。下列叙述正确的是()A．电解质溶液中混入水，对电池反应无影响B．金属锂作电池的正极，石墨作电池的负极C．在电池工作过程中，亚硫酰氯(SOCl2)被还原为Li2SO3D．在电池工作过程中，金属锂供应的电子与正极析出硫的物质的量之比为4∶1D[Li的化学性质活泼，易与水发生反应：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，故电解质溶液应为非水溶液，A项错误；由电池总反应式可知，Li失电子，作电池的负极，石墨作电池的正极，B项错误；电池工作过程中，SOCl2被还原为S，C项错误；由电池总反应式知，8molLi参与反应，供应8mol电子，同时在正极析出2molS，D项正确。]11．(素养题)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2OA[图示所给出的是原电池装置。A.有氧气反应的一极为正极，发生还原反应，因为有质子通过，故正极上电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C6H12O6在微生物的作用下发生氧化反应，电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋，负极上有CO2产生，故A错误；B.微生物电池是指在微生物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确；C.质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确；D.正极的电极反应式为6O2＋24e－＋24H＋=12H2O，负极的电极反应式为C6H12O6－24e－＋6H2O=6CO2↑＋24H＋，两式相加得电池总反应为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O，故D正确。]12．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极，两电极插入KOH溶液中，向两极分别通入乙烷和氧气，其电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－=2COeq\o\al(2－,3)＋12H2O,2H2O＋O2＋4e－=4OH－。有关此电池的推断正确的是()A．电池工作过程中，溶液的pH渐渐减小B．正极与负极上参与反应的气体的物质的量之比为2∶7C．通入乙烷的电极为正极D．电解质溶液中的OH－向正极移动A[电池总反应式为2C2H6＋7O2＋8OH－=4COeq\o\al(2－,3)＋10H2O，故电池工作过程中，溶液的pH渐渐减小，A项正确；正、负极上参与反应的气体的物质的量之比为7∶2，B项错误；通入乙烷的电极为负极，C项错误；电解质溶液中的OH－向负极移动，D项错误。]13．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的实力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是________________，在导线中电子流淌方向为________(用a、b表示)。(2)负极反应式为___________________________________________________________________________________________________。(3)电极表面镀铂粉的缘由为__________________。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供应，电池可连绵不断供应电能。因此，大量平安储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：Ⅰ.2Li＋H2eq\o(=,\s\up8(△))2LiHⅡ.LiH＋H2O=LiOH＋H2↑反应Ⅰ中的还原剂是________，反应Ⅱ中的氧化剂是________。[解析]本题考查电化学学问。(1)原电池的实质为化学能转化成电能。总反应式为2H2＋O2=2H2O，其中H2从0价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于溶液是碱性的，可得到H2＋2OH－－2e－=2H2O。(3)由题目中“铂吸附气体的实力强”，可知电极表面镀铂粉的缘由是增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，从而加快反应速率。(4)Ⅰ.Li从0价升至＋1价，作还原剂。Ⅱ.H2O中的部分氢元素从＋1价降至H2中的0价，故H2O作氧化剂。[答案](1)由化学能转化为电能由a到b(2)2H2＋4OH－－4e－=4H2O(或H2＋2OH－－2e－=2H2O)(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O14．CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：O2协助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。(1)电池的负极反应式：________________________。电池的正极反应式：6O2＋6e－=6Oeq\o\al(－,2)；6CO2＋6Oeq\o\al(－,2)=3C2Oeq\o\al(2－,4)＋6O2。反应过程中O2的作用是____________。(2)该电池的总反应式：____________________________________________。[解析]Al—CO2电池中，Al为负极，反应式为Al－3e－=Al3＋(或2Al－6e－=2Al3＋)。依据电池的正极反应式可知O2的作用是作催化剂。将正、负极两个电极反应式相加，可得电池的总反应式为2Al＋6CO2=Al2(C2O4)3。[答案](1)Al－3e－=Al3＋(或2Al－6e－=2Al3＋)催化剂(2)2Al＋6CO2=Al2(C2O4)315．航天飞机常采纳新型燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采纳H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可干脆将化学能转化为电能，我国放射的“神舟”五号载人飞船是采纳先进的甲烷电池为电能来源的，该电池以KOH溶液为电解质，其总反应的化学方程式为CH4＋2O2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋3H2O。(1)负极上的电极反应式为_________________________________________。(2)消耗标准状况下的5.6LO2时，有________mol电子发生转移。(3)起先放电时，正极旁边溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。[解析](1)依据总反应的化学方程式知CH4～COeq\o\al(2－,3)，碳元素的化合价由－4→＋4，则有CH4－8e－→COeq\o\al(2－,3)，依据电荷守恒，左边应配10个OH－，最终依据质量守恒得：CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－=8OH－，5.6LO2的物质的量为0.25mol，故得电子的物质的量为0.25mol×4＝1mol。(3)由于正极生成OH－，故其旁边的pH增大。[答案](1)CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)1(3)增大[素养培优练]16．瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3－Na2O，O2－可以在其中自由移动。下列有关叙述中正确的是()A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极aB．电极b是正极，O2－由电极a流向电极bC．电极a的反应式为CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2OD．当固体电解质中有1molO2－通过时，转移4mol电子C[电子不能在电池内电路流淌，只能在外电路中流淌，A错误；电极b中氧气得电子，生成O2－，而电极a须要O2－作为反应物，故O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，B错误；甲烷所在的电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O，C正确；1molO2得4mol电子生成2molO2－，故当固体电解质中有1molO2－通过时，转移2mol电子，D错误。]17．目前，人们正在探讨一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的β­Al2O3陶瓷作固体电解质，电池反应式为2Na＋xSeq\o(,\s\up8(放电),\s\do8(充电))Na2Sx，以下说法正确的是()A．放电时，Na作正极，S作负极B．充电时，钠电极与外接电源的正极相连C．若用此电池电解硝酸银溶液，则当阳极上产生标准状况下的气体1.12L时，消耗金属钠4.6gD．充电时，阴极发生的反应为Seq\o\al(2－,x)－2e－=xSC[放电时，负极失电子被氧化，所以Na作负极，S作正极，A项错误；充电时，钠电极上发生还原反应，作阴极，钠电极与外接电源的负极相连，B项错误；电解AgNO3溶液时，阳极上得到O2，依据电子守恒可知生成1.12L氧气和消耗4.6g金属钠时，转移的电子都是0.2mol，C项正确；充电时，阴极上Na＋得电子被还原，D项错误。]18．金属(M)－空气电池的工作原理如图所示，下列说法不正确的是()A．金属M作电池负极B．M2＋移向金属(M)电极C．正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－D．电池反应为2M＋O2＋2H2O=2M(OH)2B[M失去电子作负极，A正确；原电池中阳离子向正极移动，则M2＋移向正极，金属(M)电极是负极，B错误；正极上氧气得到电子，则正极的电极反应：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，C正确；M失去电子、氧气得到电子，则电池反应为2M＋O2＋2H2O=2M(OH)2，D正确。]19．铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池，电池结构如图所示，工作原理为Fe3＋＋Cr2＋eq\o(,\s\up8(放电),\s\do8(充电))Fe2＋＋Cr3＋。下列说法肯定正确的是()A．电池充电时，b极的电极反应式为Cr3＋＋e－=Cr2＋B．电池放电时，b极的电极反应式为Fe2＋－e－=Fe3＋C．电池放电时，Cl－从b极穿过选择性透过膜移向a极D．电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3＋浓度降低0.1mol·L－1A[解本题的关键是要知道放电过程为原电池工作原理，充电过程为电解池工作原理，结合原理示意图确定电极反应。放电时负极b发生氧化反应：Cr2＋－e－=Cr3＋，充电时该电极发生还原反应：Cr3＋＋e－=Cr2＋，A项正确、B项错误；放电时阴离子向负极b移动，C项错误；电池放电时，电路中每通过0.1mol电子，Fe3＋的物质的量削减0.1mol，D项错误。]20．Ⅰ.干脆乙醇燃料电池(DEFC)具有许多优点，引起了人们的探讨爱好。现有以下三种乙醇燃料电池。碱性乙醇燃料电池酸性乙醇燃料电池熔融盐乙醇燃料电池(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为________。(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为_______________，运用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其缘由是______________________________________________________________________。(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为_______________，通过质子交换膜的离子是________。(4)熔融盐乙醇