2022-2023学年高中化学苏教版选择性必修1 课时跟踪检测(五)　化学电源 word版含解析

课时跟踪检测(五)　化学电源
[基础巩固练]
知识点一　一次电池
1．现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器(如照相机、收音机等)中。有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上改进的。下列对于碱性锌锰电池的叙述中不正确的是(　　)
A．碱性锌锰电池工作时，电子由Zn极经外电路流向MnO2极
B．这种电池较传统锌锰电池(即干电池)使用寿命长
C．碱性锌锰电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化
D．这种电池的电解质由传统的NH4Cl换成湿的KOH
2．(2021·江苏宿迁高二检测)锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造如图所示。回答下列问题：
(1)普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH，该电池中，负极材料主要是______________，电解质的主要成分是__________，正极发生的主要反应是______________________________________。
(2)与普通锌锰干电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是___________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
知识点二　二次电池
3．(2021·江苏泰州高二月考)已知铅蓄电池的反应为PbO2＋2H2SO4＋Pb2PbSO4＋2H2O。下列关于铅蓄电池的说法中正确的是(　　)
A．铅蓄电池属于充电电池
B．铅蓄电池的放电与充电是可逆反应
C．铅蓄电池放电时，正极不参与电极反应
D．铅蓄电池充电时，把化学能转化为电能
4．(2021·河北保定高二月考)目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的β″－Al2O3陶瓷作固体电解质，反应为2Na＋xSNa2Sx。下列有关说法正确的是(　　)
A．放电时，钠作正极，硫作负极
B．放电时，Na＋向负极移动
C．充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连
D．放电时，负极发生的反应是2Na－2e－===2Na＋
5．2019年10月9日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予古迪纳夫等三位科学家，表彰他们在锂离子电池方面的研究成果，钴酸锂电池是他们的研究成果之一，其工作原理为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Li＋从正极通过导线流向负极
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋
C．充电时，电池的负极与电源的正极相连
D．充电时，阴极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
6．铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池反应为
PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
试回答：
(1)铅蓄电池正极的电极材料是__________。
(2)工作时，该铅蓄电池负极的电极反应式是_________________________________。
(3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，pH________。
(4)如果用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2(Cl－失电子生成Cl2)，当制得0.05 mol Cl2时，在理论上电池内部消耗的H2SO4的物质的量是____________。
知识点三　燃料电池
7．(2021·福建福州高二月考)下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D．该电池提供1 mol e－，消耗0.25 mol氧气
8．(2021·江苏南京高二月考)除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料。已知肼燃烧时发生下列反应：N2H4＋O2N2＋2H2O。以Pt为电极、硫酸为电解质溶液组成肼燃料电池，下列关于肼燃料电池的说法中不正确的是(　　)
A．肼是燃料电池的负极反应物，O2是正极反应物
B．肼燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．肼燃料电池的负极反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
D．电池工作过程中H＋向正极移动，但H＋的物质的量不变
9．(2021·江苏扬州高二检测)固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其中通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)
A．有O2参加反应的a极为电池的负极
B．b极的电极反应式为H2－2e－===2H＋
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O
[素养提升练]
10．(2021·江苏盐城高二检测)锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的电池反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)
A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO
D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋
11．(2021·山东日照高二联考)以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。下列说法正确的是(　　)
A．当外电路中通过2 mol电子时，将消耗11.2 L O2
B．通天然气的电极为负极，发生还原反应
C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3
D．正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO
12．(2021·福建龙岩高二期中)微生物燃料电池可以净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2O浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是(　　)
A．N极为电池正极，Cr2O被还原
B．该电池工作时，M极的电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
C．Cr2O浓度较大时，可能会造成还原菌失去活性
D．当M极产生22.4 L CO2气体(标准状况)时，有4 mol电子从N极进入溶液
13．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＋2AgCl。
①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外电路中每通过4 mol电子，生成的Na2Mn5O10的物质的量是________。
(2)中国科学院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6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA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：________________________________________________________________________。
课时跟踪检测(五)　化学电源
[基础巩固练]
知识点一　一次电池
1．现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器(如照相机、收音机等)中。有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上改进的。下列对于碱性锌锰电池的叙述中不正确的是(　　)
A．碱性锌锰电池工作时，电子由Zn极经外电路流向MnO2极
B．这种电池较传统锌锰电池(即干电池)使用寿命长
C．碱性锌锰电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化
D．这种电池的电解质由传统的NH4Cl换成湿的KOH
解析：C　A项，碱性锌锰电池是一次电池，锌作负极失电子，叙述正确；B项，碱性锌锰电池的使用寿命比传统锌锰电池的使用寿命要长，叙述正确；C项，干电池只能实现化学能向电能的转化，叙述不正确；D项，传统的锌锰干电池电解质为NH4Cl，碱性锌锰电池的电解质为KOH，叙述正确。
2．(2021·江苏宿迁高二检测)锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造如图所示。回答下列问题：
(1)普通锌锰干电池放电时发生的主要反应为Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH，该电池中，负极材料主要是______________，电解质的主要成分是__________，正极发生的主要反应是______________________________________。
(2)与普通锌锰干电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是___________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据电池反应方程式Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnOOH知，反应中Zn被氧化，为电池负极，氯化铵是电解质的主要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应：MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑。(2)与普通锌锰干电池相比，碱性锌锰电池不易发生电解质的泄漏，因为消耗的负极改装在电池的内部；碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中的稳定性比在酸性电解质中的稳定性高。
答案：(1)Zn　NH4Cl　MnO2＋NH＋e－===MnOOH＋NH3↑　(2)碱性锌锰电池不易发生电解质的泄漏，因为消耗的负极改装在电池的内部；碱性锌锰电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中的稳定性比在酸性电解质中的稳定性高
知识点二　二次电池
3．(2021·江苏泰州高二月考)已知铅蓄电池的反应为PbO2＋2H2SO4＋Pb2PbSO4＋2H2O。下列关于铅蓄电池的说法中正确的是(　　)
A．铅蓄电池属于充电电池
B．铅蓄电池的放电与充电是可逆反应
C．铅蓄电池放电时，正极不参与电极反应
D．铅蓄电池充电时，把化学能转化为电能
解析：A　铅蓄电池的充电和放电是在不同的条件下进行的反应，它们不是可逆反应，故B错误；铅蓄电池放电时，将化学能转化为电能，负极(铅)和正极(二氧化铅)都参与电极反应，故C错误；铅蓄电池充电时，把电能转化为化学能，故D错误。
4．(2021·河北保定高二月考)目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池，它以熔融的钠、硫为两极，以Na＋导电的β″－Al2O3陶瓷作固体电解质，反应为2Na＋xSNa2Sx。下列有关说法正确的是(　　)
A．放电时，钠作正极，硫作负极
B．放电时，Na＋向负极移动
C．充电时，钠极与外电源正极相连，硫极与外电源的负极相连
D．放电时，负极发生的反应是2Na－2e－===2Na＋
解析：D　放电时，负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，故钠作负极，硫作正极，A错误；放电时，阳离子向正极移动，B错误；充电时，钠极(负极)与外电源的负极相连，硫极(正极)与外电源的正极相连，C错误；放电时，负极发生氧化反应，即负极发生的反应是2Na－2e－===2Na＋，D正确。
5．2019年10月9日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予古迪纳夫等三位科学家，表彰他们在锂离子电池方面的研究成果，钴酸锂电池是他们的研究成果之一，其工作原理为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Li＋从正极通过导线流向负极
B．放电时，负极的电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋
C．充电时，电池的负极与电源的正极相连
D．充电时，阴极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析：B　放电时，电解质溶液中的阳离子(Li＋)从负极移向正极，故A错误；放电时，负极上Li失去电子发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，故B正确；充电时，电池的负极与电源的负极相连，作阴极，发生还原反应，故C错误；充电时，阴极上Li＋得电子，电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，故D错误。
6．铅蓄电池是化学电源，它工作时的电池反应为
PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
试回答：
(1)铅蓄电池正极的电极材料是__________。
(2)工作时，该铅蓄电池负极的电极反应式是_________________________________。
(3)铅蓄电池工作时，电解质溶液的密度________(填“减小”“增大”或“不变”，下同)，pH________。
(4)如果用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2(Cl－失电子生成Cl2)，当制得0.05 mol Cl2时，在理论上电池内部消耗的H2SO4的物质的量是____________。
解析：(1)根据电池反应方程式知，PbO2中的Pb元素化合价降低，得到电子，即PbO2为正极材料；(2)根据电池反应方程式知，Pb失去电子作负极，PbSO4难溶于水，则电极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4；(3)根据电池反应方程式知，铅蓄电池工作时消耗硫酸，因此电解质溶液的密度减小，pH增大；(4)根据已知：2Cl－－2e－===Cl2↑，及铅蓄电池正极的电极反应式PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，得关系式：Cl2～2e－～2H2SO4，则消耗的硫酸的物质的量为0.05×2 mol＝0.10 mol。
答案：(1)PbO2　(2)Pb＋SO－2e－===PbSO4　
(3)减小　增大　(4)0.10 mol
知识点三　燃料电池
7．(2021·福建福州高二月考)下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列说法不正确的是(　　)
A．左电极为电池的负极，a处通入的物质是甲醇
B．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D．该电池提供1 mol e－，消耗0.25 mol氧气
解析：B　电极反应式为负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋，正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O；根据电子流向，可以判断a处通入的物质是甲醇，b处通入的物质是O2；当电池提供 1 mol 电子时，消耗O2的物质的量为＝0.25 mol。
8．(2021·江苏南京高二月考)除氢气外，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体，均可作燃料电池的燃料。已知肼燃烧时发生下列反应：N2H4＋O2N2＋2H2O。以Pt为电极、硫酸为电解质溶液组成肼燃料电池，下列关于肼燃料电池的说法中不正确的是(　　)
A．肼是燃料电池的负极反应物，O2是正极反应物
B．肼燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．肼燃料电池的负极反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
D．电池工作过程中H＋向正极移动，但H＋的物质的量不变
解析：B　根据肼的燃烧反应知，肼是还原剂、氧气是氧化剂。根据原电池原理，在酸性电解质溶液中，肼在负极上发生氧化反应，电极反应式为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋，氧气在正极上发生还原反应，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，电池工作过程中H＋向正极移动，根据电池反应可知，H＋的物质的量不变。
9．(2021·江苏扬州高二检测)固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其中通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)
A．有O2参加反应的a极为电池的负极
B．b极的电极反应式为H2－2e－===2H＋
C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．该电池的电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O
解析：D　由题图可知电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池负极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极的电极反应式为O2＋2e－===O2－，则电池反应方程式为2H2＋O2===2H2O，综上分析，D项正确。
[素养提升练]
10．(2021·江苏盐城高二检测)锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的电池反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　)
A．Li是正极，电极反应式为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO
D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋
解析：B　根据锂电池的电池反应方程式Li＋MnO2===LiMnO2知，失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，故A、D错误，B正确；MnO2是正极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO，故C错误。
11．(2021·山东日照高二联考)以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经重整催化作用提供反应气的燃料电池如图。下列说法正确的是(　　)
A．当外电路中通过2 mol电子时，将消耗11.2 L O2
B．通天然气的电极为负极，发生还原反应
C．该电池使用过程中需补充Li2CO3和K2CO3
D．正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO
解析：D　正极的电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，当外电路中通过2 mol电子时，将消耗0.5 mol O2，但未告知是否为标准状况，因此氧气的体积不一定为11.2 L，故A错误；通天然气的电极为原电池的负极，发生氧化反应，故B错误；假设转移4 mol电子，根据电极反应，负极电极反应式为2H2－4e－＋2CO===2CO2＋2H2O，通入空气和CO2混合气体的一极为原电池的正极，发生还原反应，正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，负极消耗2 mol碳酸根离子，正极产生2 mol碳酸根离子，所以碳酸根离子的浓度不变，无需补充Li2CO3和K2CO3，故C错误，D正确。
12．(2021·福建龙岩高二期中)微生物燃料电池可以净化废水，同时还能获得能源或有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2O浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是(　　)
A．N极为电池正极，Cr2O被还原
B．该电池工作时，M极的电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
C．Cr2O浓度较大时，可能会造成还原菌失去活性
D．当M极产生22.4 L CO2气体(标准状况)时，有4 mol电子从N极进入溶液
解析：D　根据图示，电子由M极流向N极，说明M极为电池负极，N极为电池正极，Cr2O在正极得电子被还原为Cr(OH)3，A正确； M极为负极， CH3COOH在负极被氧化为CO2, B正确；由图2可知当Cr2O浓度为3 mg·L－1时，去除率为0，因为其有强氧化性和毒性，会使还原菌的蛋白质变性而失去活性，C正确； M极产生22.4 L CO2气体(标准状况)时，根据转移电子关系：CO2～4e－，可知有4 mol电子从M极流向N极，但电子不进入溶液，D错误。
13．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＋2AgCl。
①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外电路中每通过4 mol电子，生成的Na2Mn5O10的物质的量是________。
(2)中国科学院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6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA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：________________________________________________________________________。
解析：(1)①根据电池反应5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl可判断出Ag应为原电池的负极，负极的电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl；②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动；③根据电池反应方程式可知每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，则外电路中每通过4 mol电子，生成的Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。(2)①据氢离子的移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇；②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋；③根据2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2＋12H＋知，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，转移的电子的物质的量＝×6＝1.2 mol，则转移的电子的个数为1.2NA。(3)电池放电时正极的Ag2O2转化为Ag，负极的Zn转化为K2Zn(OH)4，正极电极反应式为Ag2O2＋4e－＋2H2O===2Ag＋4OH－，负极电极反应式为2Zn－4e－＋8OH－===2Zn(OH)，反应中还应有KOH参加，则该电池反应方程式为Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn(OH)4＋2Ag。
答案：(1)①Ag－e－＋Cl－===AgCl　②正　③2 mol
(2)①CH3OH　②CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　③1.2　(3)Ag2O2＋2Zn＋4KOH＋2H2O===2K2Zn(OH)4＋2Ag