实验活动5 制作简单的燃料电池 课时作业（含解析）

实验活动5 制作简单的燃料电池 课时作业
一、单选题
1．将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后向两极分别通入C3H8与O2，即可产生电流。下列叙述正确的是
①通入C3H8的电极为正极 ②正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- ③通入C3H8的电极反应式为C3H8+5O2+20e-=3CO2+4H2O ④放电时溶液中的阳离子向正极方向移动 ⑤放电时溶液中的阴离子向正极方向移动
A．①② B．②③ C．②④ D．①⑤
2．工业上冶炼金属铝，经常采用的方法是
A．电解法 B．热分解法 C．热还原法 D．热氧化法
3．如图所示，将铁棒和石墨棒插入1 L 1 mol/L食盐水中。下列说法正确的是（ ）
A．若电键K与N连接，铁被保护不会腐蚀
B．若电键K与N连接，正极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．若电键K与M连接，将石墨棒换成铜棒，可实现铁棒上镀铜
D．若电键K与M连接，当两极共产生28 L(标准状况)气体时，生成了1 mol NaOH
4．关于下列各装置图的叙述不正确的是
A．用图①装置精炼铜，a极为粗铜，b为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．图②装置的盐桥中KCl的Cl－移向乙烧杯
C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护
D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同
5．自热食品无需火电，将水倒在发热包上即可加热食物。发热包的主要成分是：铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、生石灰、碳酸钠、焙烧硅藻土等，下列说法错误的是
A．生石灰和水反应放出热量
B．发热包用后所得产物的碱性增强
C．发热包用后的产物不环保，冷却后要进行回收处理
D．反应过程中有微小原电池形成，负极反应为：Fe-3e－==Fe3+
6．电池是种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是
A．负极反应式为
B．正极反应式为
C．不能被溶液激活
D．负极会发生副反应：
7．NA是阿伏伽德罗常数的值，下列说法正确的是
A．1L0.1mol/LNa2S溶液中S2-和H2S的数目之和小于0.1NA
B．反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)△H=-92kJ/mol，当放出9.2kJ热量时，转移电子0.3NA
C．电解精炼粗铜，阳极溶解铜6.4g时，阴极得电子数目为0.2NA
D．0.1molFeCl3完全水解形成Fe(OH)3胶体的胶粒数为0.1NA
8．硼酸为一元弱酸，已知与足量溶液反应的离子方程式为可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是
A．当电路中通过电子时，可得到
B．将电源的正、负极反接，工作原理不变
C．阴极室的电极反应式为
D．穿过阴膜进入阴极室，穿过阳膜进入产品室
9．氢氧燃料电池已用于航天飞机，以 30%KOH 溶液为电解质溶液的这种电池其工作原理如图所示。关于该燃料电池的说法正确的是
A．该电池总方程式为2H2 +O2 = 2H2O
B．该电池工作时，热能转化为电能
C．电流从a 电极经外电路流向 b 电极
D．燃料电池的能量转化率可达100%
10．全钒电池以惰性材料作电极，在电解质溶液中发生的原电池反应为(黄色)(绿色)(蓝色)(紫色)。下列说法正确的是
A．正极反应为
B．正极附近的溶液由绿色逐渐变为紫色
C．反应每生成时转移电子的物质的量为
D．电池使用过程中溶液的pH逐渐减小
11．有两只串联的电解池(惰性电极)，甲池盛有足量的CuSO4溶液，乙池盛有足量的某硝酸盐的稀溶液。电解时当甲池电极析出6.4 gCu时，乙池电极析出21.6 g金属，则乙池的溶质可能是
A．NaNO3 B．KNO3 C．Al(NO3)3 D．AgNO3
12．锌-空气电池(原理 如图)适宜用作城市电动车的动力电源。该电池放电时Zn转化为ZnO。下列说法正确的是（）
A．每消耗1 mol O2转移2 mol电子
B．氧气在石墨电极上发生氧化反应
C．该电池放电时OH-向Zn电极移动
D．该电池的负极反应为Zn+H2O-2e-=ZnO+2H+
13．氨硼烷()电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为。下列说法正确的是
A．正极附近溶液的pH减小
B．电池工作时，通过质子交换膜向负极移动
C．消耗氨硼烷，理论上有电子通过内电路
D．电池负极反应式为
14．有一种瓦斯分析仪（图甲）能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪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a
B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b
C．电极a的反应式为：CH4+4O2--8e-=CO2+2H2O
D．当固体电解质中有1molO2-通过时，电子转移4mol
15．为探究锌与稀硫酸的反应速率[以v(H2)表示]。向反应混合物中加入某些物质，下列判断正确的是(　　)
A．加入NH4HSO4固体，v(H2)不变 B．加入少量锌，v(H2)增大
C．加入CH3COONa固体，v(H2)减小 D．滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
二、填空题
16．电化学自伏打电堆开始，便不断地推进化学学科的发展。伏打电堆示意图如图所示：
（1）将Zn片和Ag片用浸泡有盐溶液的纸片隔开，就可以产生电流，该装置的电流方向是_________（填“Zn→Ag”或“Ag→Zn”）
（2）利用伏打电堆产生的电流，戴维开创了电化学研究，制得并发现系列新元素，请写出电解制Na的化学方程式：______________。
（3）已知铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+ 2H2O，现设计如下图所示装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时，铁电极的质量减少11.2 g。
则A是铅蓄电池的_____（填“正”或“负”）极，写出铅蓄电池放电时的正极反应式：______，如图2表示电解时某个量（纵坐标x）随时间变化的曲线，这个量x最有可能表示的是_____（填序号）。
a．两个U形管中析出的气体体积
b．两个U形管中阳极质量的减少量
c．两个U形管中阴极质量的增加量
17．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：
(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_________。
(2)此电池的正极发生的电极反应：________，负极发生的电极反应：________。
(3)电解液中H+向___极移动，向外电路释放电子的电极是_____。
(4)使用该燃料电池的另一个好处是________。
三、实验题
18．某研究性学习小组为探究铁与稀盐酸反应，取同质量、体积的铁片、同浓度的盐酸做了下列平行实验：实验①：把纯铁片投入到盛有稀盐酸的试管中，发现放出氢气的速率变化如图所示：
实验②：把铁片投入到含FeCl3的同浓度稀盐酸中，发现放出氢气的量减少。
实验③：在稀盐酸中滴入几滴CuCl2溶液，用铁片做实验，发现生成氢气的速率加快。
试回答下列问题：
（1）分析实验①中t1～t2速率变化的主要原因是______，t2～t3速率变化的主要原因是______。
（2）实验②放出氢气的量减少的原因是______(用离子方程式表示)。
（3）某同学认为实验③反应速率加快的主要原因是形成了原电池，你认为是否正确？______(正确填“a”，不正确填“b”)。请回答下列相应的a或b问题。
a.若正确，则写出实验③中原电池的正、负极电极反应式______。b.若不正确，请说明原因。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【分析】
【详解】根据题意，形成了C3H8碱性燃料电池，总反应为：C3H8+5O2+6OH-=3CO32-+7H2O；根据在原电池中正极发生还原反应、负极发生氧化反应规律进行分析，通入C3H8的电极为负极，电极反应式为：C3H8+26OH--20e-=3CO32-+17H2O，故①③错误；通入O2的电极为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故②正确；放电时溶液(原电池内电路)中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故④正确、⑤错误。综上，②④正确；
故选C。
2．A
【详解】铝是活泼的金属，冶炼的方法是电解熔融的氧化铝，答案选A。
【点睛】该题的关键是明确金属冶炼的原理和方法，即金属的冶炼一般是依据金属的活泼性选择相应的方法，常见金属冶炼的方法有：1．热分解法：适用于不活泼的金属,如汞可用氧化汞加热制得；2．热还原法：用还原剂(氢气，焦炭，一氧化碳，活泼金属等)还原；3．电解法：适用于K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属；4．其他方法：如CuSO4+Fe＝Cu+FeSO4。
3．D
【详解】A、若电键K与N连接,则形成原电池,铁作负极,铁被腐蚀，故A错误；
B、若电键K与N连接，形成原电池，铁作负极，发生吸氧腐蚀，正极反应式是:O2+2H2O+4e-=4OH-,故B错误；
C、若电键K与M连接,则形成电解池，将石墨棒换成铜棒，若要在铁棒上镀铜，电解质溶液不能用食盐水，而应用硫酸铜溶液，故C错误；
D、若电键K与M连接,则形成电解池，电解食盐水时，根据反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑可得，1 mol氯化钠全部被电解时产生1 mol NaOH和标准状况下22.4 LH2、Cl2混合气体,而现在产生的气体为28 L，表明电解完氯化钠后继续电解水，根据钠元素守恒，生成氢氧化钠的物质的量不变，即生成1mol NaOH，故D正确；
答案选D。
4．B
【详解】A.用图①装置精炼铜，粗铜为阳极，纯铜为阴极，粗铜被氧化，粗铜与电源正极相连，纯铜与电源负极相连，故a极为粗铜，b为精铜，故A正确；
B．锌为负极，盐桥中KCl的Cl﹣移向负极，即移向甲烧杯，故B错误；
C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连接，为外加电源的阴极保护法，故C正确；
D．图④负极分别为铝、锌，转移相同电量时，消耗的电极质量不同，故D正确；
答案选B。
5．D
【详解】A．CaO与水反应生成Ca(OH)2，是放热反应，A正确，不选；
B．CaO与水反应会生成Ca(OH)2，产物碱性会增强，B正确，不选；
C．发热包使用后，仍会有焦炭，碳酸钠，硅藻土，以及Fe、Al的化合物等，直接遗弃不环保，应回收处理，C正确，不选；
D．加入水后，铁、焦炭、水溶液可以形成微小原电池，负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，D错误，符合题意；
答案选D。
6．C
【详解】A．电池中镁作负极，电极反应式为， A正确；
B．电池中氯化银作正极，电极反应式为，B正确；
C．由题给信息可知，电池以海水为电解质溶液，海水中盐类的主要成分是氯化钠，则可推知氯化钾溶液也能激活该电池，C错误；
D．镁是活泼金属，会与水发生副反应，D正确；
故选C。
7．A
【详解】A．根据物料守恒，1L0.1mol/LNa2S溶液中S2-、HS-和H2S的数目之和等于0.1NA，所以S2-和H2S的数目之和小于0.1NA，故A正确；
B．根据热化学方程式，当放出92kJ热量时，消耗1mol氮气，转移6mol电子，所以当放出9.2kJ热量时，转移电子为0.6NA，故B错误；
C．电解精炼粗铜时，阳极除了铜失去电子外，比铜活泼的金属杂质也会失去电子，所以当阳极溶解6.4g铜时，转移的电子的物质的量不一定为0.2mol，那么阴极得到的电子的物质的量也不一定为0.2mol，故C错误；
D．Fe(OH)3胶体的胶粒是多个Fe(OH)3分子聚集而成的，所以0.1molFeCl3完全水解形成Fe(OH)3胶体的胶粒数小于0.1NA，故D错误；
故选A。
8．A
【分析】由装置图可知，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，阳极氢氧根失电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-═O2↑+4H+，则氢离子穿过阳膜进入产品H3BO3室；阴极氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为4H2O+4e-═2H2↑+4OH-，Na+穿过阳膜进入阴极室，所以阴极室NaOH溶液浓度增大，穿过阴膜进入产品H3BO3室，与氢离子结合生成H3BO3，据此分析解答。
【详解】A．阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为，电路中通过电子时有生成，硼酸为一元弱酸，生成硼酸需要，所以电路中通过电子时，可得到，故A正确；
B．根据以上分析可知，如果将电源的正、负极反接，工作原理将发生变化，故B错误；
C．电解时阴极发生得电子的还原反应，电极反应式为，故C错误；
D．阳极电极反应式为，阴极电极反应式为，阳极室中的氢离子穿过阳膜进入产品室，原料室中的穿过阴膜进入产品室，发生反应：，原料室中的穿过阳膜进入阴极室，故D错误；
答案选A。
9．A
【分析】碱性氢氧燃料电池中，通入燃料氢气的一极为负极，则a为负极，电极反应为2H2+4OH--4e-=4H2O；通入氧气的一极为正极，则b为正极，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，据此分析解答。
【详解】A．根据分析，负极电极反应为2H2+4OH--4e-=4H2O，正电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，正极反应式和负极反应式相加即可得总反应式，则电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，故A正确；
B．氢氧燃料电池是原电池装置，原电池装置中是将化学能转化为电能，故B错误；
C．原电池中，电流由正极经外电路流向负极，a为负极，b为正极，则电流从b电极经外电路流向a电极，故C错误；
D．燃料电池是将化学能转变为电能的装置，还会伴有热能等能量的释放，能量转化率不会达到100%，故D错误；
答案选A。
10．A
【分析】由原电池反应(黄色)(绿色)(蓝色)(紫色)可知，所在电极为正极，所在电极为负极，结合原电池相关知识解答。
【详解】A．结合分析可知放电过程中，正极发生还原反应，极反应为，A正确；
B．正极附近的溶液由（黄色）变化为（蓝色），B错误；
C．结合正极反应式可知，每生成1molH2O时转移电子的物质的量为1mol，C错误；
D．由原电池反应可知，电池使用过程中消耗氢离子，溶液的pH增大，D错误。
答案选A。
11．D
【分析】用惰性电极电解不活泼金属盐溶液时阴极有金属析出。
【详解】A．用惰性电极电解NaNO3溶液时，阴极有氢气生成，不可能有金属析出，故A错误；
B．用惰性电极电解KNO3溶液时，阴极有氢气生成，不可能有金属析出，故B错误；
C．用惰性电极电解Al(NO3)3溶液时，阴极有氢气生成，不可能有金属析出，故C错误；
D．用惰性电极电解AgNO3溶液时，阴极有Ag析出，且==0.2mol，即甲、乙两池析出金属时转移电子数目相等，故D正确；
故答案为D。
12．C
【分析】放电时Zn转化为ZnO，锌作负极，负极上电极反应式为：Zn+2OH--2e-═ZnO+H2O，正极上通入空气，其电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，再结合离子移动方向分析解答。
【详解】A．O2在正极参与电极反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，则每消耗1 mol O2转移4 mol电子，故A错误；
B．氧气在石墨电极上得电子，发生还原反应，故B错误；
C．原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH-向Zn极移动，故C正确；
D．锌作负极，碱性条件下，负极上电极反应式为：Zn+2OH--2e-═ZnO+H2O，故D错误；
故答案为C。
13．D
【详解】A．根据电池总反应可知，正极上发生还原反应；，正极附近减小，溶液pH增大，A项错误；
B．原电池工作时，阳离子向正极移动，故通过质子交换膜向正极移动，B项错误；
C．转化为，N的化合价不变，B的化合价升高，根据，可知，消耗氨硼烷，反应中转移电子，但电子不通过内电路，C项错误；
D．根据电池总反应，负极上氨硼烷发生氧化反应：，D项正确；
故选D。
14．C
【详解】A．电池外电路中电子由负极流向正极，氧气得电子，b极为正极，电子由电极a流向电极b，选项A错误；
B．电极b氧气得电子，生成O2－，O2－由正极(电极b)流向负极(电极a)，选项B错误；
C．甲烷所在电极a为负极，电极反应为CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O，选项C正确；
D．1 mol O2得4 mol电子生成2 mol O2－，故当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移2 mol，选项D错误。
答案选C。
15．C
【详解】A.加入NH4HSO4固体，NH4HSO4溶解，溶液中氢离子浓度增大，反应速率v(H2)增大，故A错误；
B.锌为固体，固体的浓度为定值，增加固体的化学反应速率不变，则加入少量锌，反应速率v(H2)不变，故B错误；
C.加入CH3COONa固体，醋酸钠与稀硫酸反应生成弱酸醋酸，溶液中氢离子浓度减小，反应速率v(H2)减小，故C正确；
D.滴加少量CuSO4溶液，锌与硫酸铜溶液发生置换反应生成铜，构成锌铜原电池，化学反应速率v(H2)增大，故D错误；
故选C。
16． Ag→Zn 2NaCl(熔融)=2Na＋Cl2↑ 负 PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋=PbSO4＋2H2O b
【详解】(1)Zn片和Ag片浸泡在盐溶液中，Zn比Ag活泼，Zn失电子，作负极，Ag作正极，在原电池中，电流由正极经外电路流向负极，即电流方向Ag→Zn；
(2)通过电解熔融的NaCl制备Na，化学方程式为2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
(3) 铁电极的质量减少11.2 g，铁作阳极，Ag作阴极，A是负极，B为正极，铅蓄电池中，PbO2得电子，电极方程式PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋=PbSO4＋2H2O；左边的U形管，阳极Fe－2e－=Fe2＋，阴极2H＋＋2e－=H2↑；右边的U形管，阳极Cu－2e－=Cu2＋，阴极Cu2＋＋2e－=Cu；
a．右边U形管不析出气体，左边U形管析出气体，所以稀硫酸析出气体体积大于硫酸铜溶液，故错误；
b．当转移相同电子时，溶解金属的物质的量相等，铜的摩尔质量大于铁，所以右边U形管阳极减少的质量大于左边U 形管阳极减小的质量，故正确；
c．当转移相同电子时，析出物质的物质的量相等，但铜的摩尔质量大于氢气，所以左边U形管析出氢气的质量小于右边U形管析出铜的质量，故错误；
答案选b。
17． 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 3O2+12H++12e-=6H2O 2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+ 正 负极 对环境无污染
【详解】(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O；
(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，电极反应式为3O2+12H++12e-=6H2O；用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式为2CH3OH+2H2O-12e-=2CO2+12H+；
(3)原电池中阳离子移向正极，即H＋移向正极，在正极生成水；原电池中负极失电子；
(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。
18． 反应放热，溶液温度升高，反应速率加快 随反应进行，盐酸的浓度减小，反应速度减慢 2Fe3++Fe=3Fe2+ a 正极：2H++2e-=H2↑；负极：Fe 2e-=Fe2+
【分析】(1)根据影响反应速率的因素分析；
(2)Fe3+氧化性大于H+，所以铁粉先与Fe3+反应生成Fe2+；
(3)铁置换出CuCl2中的Cu，铁、铜、盐酸构成原电池。
【详解】(1)铁与稀盐酸反应放热，溶液温度升高，所以实验①中t1～t2速率加快；随反应进行，盐酸的浓度减小，所以t2～t3反应速度减慢；
(2) 铁与FeCl3反应生成氯化亚铁，与盐酸反应的铁减少，所以放出的氢气减少；铁与FeCl3反应生成氯化亚铁的离子方程式是2Fe3++Fe=3Fe2+；
(3)铁置换出CuCl2中的铜，铜、铁、盐酸构成原电池加快铁与盐酸反应的速率，铁作负极、铜作正极。正极电极反应式是2H++2e =H2↑，负极电极反应式是Fe 2e =Fe2+。
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