专题1第二单元化学能与电能的转化同步练习（含解析）高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

专题1第二单元化学能与电能的转化同步练习
一、单选题
1. 中国科学院成功开发出一种新型铝石墨双离子电池，大幅度提升了电池的能量密度。该电池结构如图所示，下列有关该电池的说法不正确的是( )
A. 放电时，电子沿导线流向石墨电极
B. 放电时，正极的电极反应式为
C. 充电时，铝锂电极质量增加
D. 充电时，向阳极移动
2. 氯碱工业的一种节能新工艺是将电解池与燃料电池相结合，相关物料的传输与转化关系如图所示电极未标出。下列说法正确的是( )
A. 电解池的阴极反应式为
B. 通入空气的电极为负极
C. 电解池中产生时，理论上燃料电池中消耗
D. 、、的大小关系为
3. 国内最新研究，实现的固定和储能的多功能电化学反应装置，如图所示。该装置充放电过程并不完全可逆，即充电过程不参与反应。放电过程反应方程式为：，下列叙述正确的是( )
A. 放电过程正极反应式为
B. 若放电过程转移电子物质的量为，理论上可以固定的质量为
C. 充电过程电极为阴极，发生氧化反应
D. 可用 水溶液代替
4. “水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为，如图以“水”电池为电源电解酸性溶液，电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是( )
A. 该装置只涉及两种能量之间的转化
B. 在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断和的还原性强弱
C. “水”电池内不断向正极移动
D. Ⅱ为负极，其电极反应式为
5. 我国科学家研发了一种水系可逆电池，电池工作时，复合膜由、膜复合而成层间的解离成和，在外加电场中可透过相应的离子膜定向移动。当闭合时，电池工作原理如图所示：
下列说法不正确的是( )
A. 闭合时，表面的电极反应式为
B. 闭合时，反应一段时间后，溶液的减小
C. 闭合时，电极与直流电源正极相连
D. 闭合时，通过膜向电极方向移动
6. 磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的循环寿命，放电时的反应为。某磷酸铁锂电池的切面如图所示。下列说法错误的是( )
A. 放电时脱离石墨，经电解质嵌入正极
B. 充电时电子从电源经铝箔流入正极材料
C. 隔膜在反应过程中只允许通过
D. 充电时阳极上发生的反应为
7. 已知外电路中，电子由极流向锌．有关如图所示的装置分析不合理的是( )
A. 该装置中极为正极
B. 当铜极的质量变化为 时，极上消耗的在标准状况下的体积为
C. 极反应的电极反应式为
D. 一段时间后锌片一极质量增加
8. 水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极锌粉、活性炭及粘结剂等为负极，为正极，三氟甲磺酸锌为电解液。下列叙述错误的是( )
A. 放电时，向电极移动
B. 充电时，阳极区电解液的浓度变大
C. 充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应
D. 放电时，电极上的电极反应式为
9. 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。下列说法正确的是( )
A. 电池放电时，极的电极反应式为
B. 电池放电时，电路中每通过电子，浓度降低
C. 电池充电时，从极穿过选择性透过膜移向极
D. 电池充电时，极的电极反应式为
10. 利用电化学原理可同时将、变废为宝，装置如图所示电极均为惰性电极。下列说法不正确的是( )
A. 为负极，发生氧化反应
B. 装置工作时，电子从极流入极
C. 若极消耗，则中左侧溶液质量减轻
D. 电极反应式为
11. 用锂氟化碳氟气与碳生成的夹层化合物电池电解含有尿素的碱性溶液，用于废水处理和煤液化供氢，其装置如图所示。装置中、均为惰性电极，隔膜仅阻止气体通过。下列说法错误的是( )
A. 电极为锂氟化碳电池的负极
B. 电极的电极反应为
C. 装置中电流流动方向：电极电极隔膜电极电极
D. 电极区和电极区产生的气体在相同条件下的体积比为：
12. 某同学按如图所示的装置进行实验。、为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当闭合时，极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是( )
A. 溶液中减小 B. 极的电极反应：
C. 极上有产生，发生还原反应 D. 反应初期，极周围出现白色胶状沉淀
13. 荣获年诺贝尔化学奖的吉野彰是最早开发具有商业价值的锂离子电池的日本科学家，他设计的锂充电电池的工作原理示意图如图所示。该可充电电池的放电反应为。表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A. 该电池用于电动汽车可有效减少光化学烟雾污染
B. 充电时，阴极反应为
C. 充电时，由极移向极
D. 若初始两电极质量相等，当转移个电子时，两电极质量差为
14. 电池的总反应为，其装置如图。
下列说法正确的是( )
A. 放电时，被还原
B. 充电时，极连接电源的正极
C. 充电时，阳极的电极反应式为
D. 若放电时电路中流过电子，则有迁移至正极区
15. 如图是一种已投入生产的大型蓄电系统。电解质通过泵不断地在储罐和电池间循环；电池中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；图中左边的电解质为、，右边电解质为、。充、放电时发生的反应为：，下列说法正确的是( )
A. 充电时端为电源负极
B. 在放电过程中钠离子通过离子选择膜的流向为从右到左
C. 电池充电时，阴极的电极反应为
D. 以此蓄电池为电源电解精炼铜，当有 转移时，阳极有铜溶解
二、实验题
16. 如下图所示，某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中为阳离子交换膜。
根据要求回答相关问题：
通入氧气的电极为______填“正极”或“负极”，负极的电极反应式为_____________。
铁电极为______填“阳极”或“阴极”，总反应的离子方程式为____________。
反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在_____区填“铁极”或“石墨极”，溶液体积为假设反应前后溶液体积不变。若在标准状况下，甲中有氧气参加反应，丙装置中阴极析出铜的质量________。
如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度与反应前比较，将____________ 填“增大”、“减小”或“不变”。
17. 科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
上述生产硫酸的总反应方程式为_______________，是_________极，电极反应式为_________________，生产过程中向__________ 填或电极区域运动。
该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是______________填字母。
A.原电池反应的过程中可能没有电子发生转移
B.原申池装置需要个活泼性不同的金属电极
C.电极一定不能参加反应
D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
若需将反应：设计成原电池装置，则负极材料为________________，溶液为__________________________。
与反应还可制备，可作为燃料使用，用和组合形成的质子交换膜只允许通过燃料电池的结构示意图如下：电池总反应为，电极为____________填“正极”或“负极”，电极反应方程式为_________。
三、简答题
18. 完成下列问题。
我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。
放电时，正极的电极反应为___________________________。若使用铅蓄电池为该装置充电，产生，则铅蓄电池的正极质量_______填“增加”或“减少”_______。
研究发现，使用催化剂或者均能有效减少副产物的生成，其原因是_________________________________________________。
电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用作阴极催化剂电解和合成的原理示意图如下图所示。
电极反应产生的电极反应式_____________________。
实验研究表明，当外加电压超过一定值以后，发现阴极产物中氨气的体积分数随着电压的增大而减小，分析其可能原因_____________________。
该装置使用甲醇燃料电池电解质溶液为作为电源，写出负极的电极反应____________________________。
某学习小组设想利用装置电解制备绿色硝化剂，装置如下、为惰性电极。已知：无水硝酸可在液态中发生微弱电离。
装置中通入一极的电极反应式为_______。
写出生成的电极反应式_______。
19. 下图是乙醇燃料电池工作时的示意图，乙池中、两个电极的材料是石墨和铁中的一种，工作时、两个电极的质量都不减少，请回答：
甲池中通入乙醇的铂电极名称是 ，通入的铂电极反应式为 ；
乙池属于 填“原电池”或“电解池”，工作时，乙池中电子流出的电极是 填“”或“”；
乙池中的电极材料是 ，的电极反应式为 ；
若乙池中某电极析出金属银时，甲池中理论上消耗氧气为 标准状况下；
如要用电解方法精炼粗铜，乙池电解液选用溶液，则电极的材料是 ，反应一段时间以后，溶液的浓度 。填“增大”“减小”“不变”
答案和解析
1.【答案】
【解析】由电池总反应知，放电时铝锂电极作负极、石墨电极作正极，原电池中电子由负极沿导线流向正极，即电子沿导线流向石墨电极，项正确；
放电时，正极得电子被还原，电极反应式为，项错误；
充电时，铝锂电极作阴极，发生得电子的还原反应，电极反应式为，所以铝锂电极质量增加，项正确；
充电时，阴离子向阳极移动，即向阳极移动，项正确。
故选：。
2.【答案】
【解析】错，电解池的阳极反应式为；
错，通入空气主要是化合价降低，化合价降低得到电子，电极为正极；
对，根据选项分析可知，电解池中产生时失去电子，得到电子，因此理论上燃料电池中消耗；
错，根据图中电解池左侧加溶液，说明左侧为阳极，右侧为阴极，阴极生成和，加入燃料电池中，在原电池负极上氢气反应，消耗得到的溶液，燃料电池右侧是氧气得到电子生成，因此、、的大小关系为。
3.【答案】
【解析】解：中元素的化合价降低，得到电子、发生还原反应生成和，电极反应式为，故A正确；
B.放电时总反应为，转移电子，可以固定的质量为，所以放电过程转移电子，理论上可以固定的质量为，故B错误；
C.原电池中极为负极、极为正极，充电时外加电源的正极与原电池正极相接、作阳极、发生失去电子的氧化反应，外加电源的负极与原电池负极相接、作阴极、发生得到电子的还原反应，故C错误；
D.是活泼金属，易与水反应发生自损现象，所以电解质不能用 水溶液代替，故D错误；
故选：。
由原电池图片可知，放电时发生反应：，中元素的化合价降低，得到电子、发生还原反应，电极反应式为，则电极为正极，失去电子、发生氧化反应生成，为负极，电极反应式为，阳离子向正极移动；充电时的两极反应和放电时的相反，据此解答。
本题考查原电池及电解池，为高频考点，把握电极判断、电极反应、工作原理为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意电化学知识的应用及钠的性质，题目难度不大。
4.【答案】
【解析】错，“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化；
对，根据电极附近溶液先变黄可知，先是被氧化，后是被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断、的还原性强弱；
对，“水”电池工作时为原电池，原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则“水”电池内不断向正极移动；
对，结合上述分析可知，Ⅱ为“水”电池的负极，负极上失电子发生氧化反应，其电极反应式为。
5.【答案】
【解析】略
6.【答案】
【解析】原电池放电时，电解质中阳离子移向正极，即脱离石墨，经电解质嵌入正极，故A正确；充电时电子从外电源负极阴极、阳极电源正极，即充电时电子从电源经铜箔流入负极材料，故B错误；该原电池中，负极反应式为，正极反应式为，所以隔膜为阳离子交换膜，在反应过程中只允许通过，故C正确；放电时，正极反应式为，充电时，原电池的正极与外加电源正极相接，电极反应与原电池正极反应相反，即充电时阳极上发生的反应为，故D正确。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查原电池与电解池，明确电极的判断及发生的电极反应为解答的关键，注意利用电子守恒进行计算，注重基础知识的考查，题目难度不大。外电路中，则左图中为原电池，负极的电极反应为，正极上发生；右图为电解池，与正极相连为阳极，发生，为阴极，发生电极反应为，以此来解答。
【解答】
A.该装置中极为电解池的阳极，故A错误；
B.正极上发生，与正极相连为阳极，发生，由电子守恒可知，当铜片的质量变化为时，，则，所以极上消耗的在标准状况下的体积为，故B正确；
C.电解质为，则的电极反应为，故C正确；
D.为阴极，发生电极反应为，所以一段时间后锌片质量增加，故D正确。
故选A。
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查的是新型电池，意在考查学生的知识应用能力，理解原电池工作原理和电解池工作原理是解题的关键。解题时根据电极上的物质变化书写电极反应式。
【解答】
A.放电时，向电极移动，参与该极的反应，故A正确；
B.充电时，阳极区发生氧化反应，电极反应式为：，锌离子通过阳离子交换膜向左移动，电解质溶液浓度没有变大，故B错误；
C.充电时，粉末多孔锌电极是阴极发生还原反应，故C正确；
D.放电时，电极是正极发生还原反应，电极反应式为，故D正确。
故选B。
9.【答案】
【解析】错，电池放电时，是原电池的工作原理，正极极得电子发生还原反应，电极反应式为。
错，放电时，电路中每通过电子，就会有的得电子，减小浓度与体积有关。
错，充电时，从极穿过选择性透过膜移向极。
对，充电时是电解池工作原理，电极连接电源的负极，作阴极，阴极发生得电子的还原反应，所以电极反应式为。
10.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查原电池和电解池原理，为高频考点，侧重考查学生的分析能力，明确各个电极上发生的反应及电解原理是解本题关键，注意把握电解方程式的书写，难度一般。
【解答】
根据装置图可得，为原电池，为电解池，
A.电极通入二氧化硫，二氧化硫在极失去电子转化成硫酸根，则为负极，发生氧化反应，故A正确；
B.装置工作时，为正极，为阳极，则电子从极流入极，故B正确；
C.中左侧水失去电子生成氧气和氢离子，而氢离子通过质子交换膜迁移到右侧，若极消耗，转移电子，则中左侧溶液质量减轻大于，故C错误；
D.电极为阴极，二氧化碳得电子生成甲醇，电解质溶液为稀硫酸，则电极反应式为，故D正确。
故选C。
11.【答案】
【解析】 原电池内电路中阳离子移向正极、阴离子移向负极，电极为负极、电极为正极，负极反应式为，正极反应式为；电解池中，与原电池的正极相接，为阳极，与原电池的负极相接，为阴极，电解尿素的碱性溶液时，阳极上发生失电子的氧化反应生成氮气，电极反应式为，阴极上氢离子发生还原反应生成氢气，电极反应为。
由以上分析可知，电极为负极、电极为正极，故A正确；正极上氟化碳得电子生成单质，结合电子守恒和电荷守恒可得电极反应为，故B正确；电流由原电池的电极流出，经外电路流向电极，所以装置中电流流动方向：电极电极隔膜电极电极，故C正确；电解池中阳极上的反应为，阴极上的反应为，根据电子守恒有，即相同条件下的体积比为，故D错误。
12.【答案】
【解析】A.根据极有黄绿色气体生成可知，极电极反应为，即极为电解池的阳极，极为原电池的正极，极为原电池的负极。极的电极反应式为，溶液中增大，A错误。
B.极为正极，发生还原反应，B错误。
C.极上有产生，发生的是氧化反应，C错误。
D.右边形管中最初的反应为电解溶液，由水电离出的在极上放电，减小，增大，且移向极，反应初期，过量，因此会产生白色胶状沉淀，D正确。
13.【答案】
【解析】略
14.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查了原电池、电解池的工作原理以及电极反应式和电化学综合计算等，难度不大。
【解答】
A.放电时，嵌入，锂元素的化合价不变，故A错误；
B.充电时接外电源负极，作阴极，故B错误；
C.充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式应为，故C正确；
D.放电时，电路中每流过电子，有通过锂离子导体膜，迁移至正极区，项错误。
故选C。
15.【答案】
【解析】解：根据总反应可知放电过程时，元素的化合价从价上升到价，则为负极，放电时负极反应为，元素的化合价从价降到价，则为正极，正极反应为，放电时移向正极；充电时与放电相反，电池充电时外接电源的正极与电池的正极相连，负极与负极相连，则池发生氧化反应，为电解池的阳极，池发生还原反应，为电解池的阴极。
A.放电时为正极，为负极，充电时端为外电源正极，故A错误；
B.在原电池中，阳离子移向正极，经过离子交换膜，即由左池移向右池，故B错误；
C.放电时负极反应为，充电时阴极反应与负极反应相反，所以阴极反应式为，故C正确；
D.电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中含有杂质，电路中转移 时，阴极上析出铜，阳极溶解铜小于，故D错误；
故选：。
本题综合考查原电池和电解池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，分析原理并正确书写电极反应式是解题的关键，注意新型电池的原理分析，题目难度中等。
16.【答案】正极；；
阴极；；
铁极；；
减小

【解析】
【分析】
本题以原电池和电解池原理为载体考查了电极反应式的书写、物质的量的有关计算等知识点，注意燃料电池中电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，燃料相同，如果电解质溶液不同，电极反应式则不同，为易错点。
【解答】
燃料电池是将化学能转变为电能的装置，属于原电池，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以通入氧气的电极是正极，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为： ，故答案为：正极；；
乙池有外接电源属于电解池，铁电极连接原电池的负极，所以是阴极，则石墨电极是阳极，阳极上氯离子放电生成氯气，总的离子反应方程式为：，故答案为：阴极；；
乙池中阴极是铁，阳极是碳，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电，导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度溶液呈碱性，所以乙装置中生成氢氧化钠主要在铁极区，根据电子守恒有：，，故答案为：铁极；；
如果粗铜中含有锌、银等杂质，阳极上不仅铜还有锌、银失电子进入溶液，阴极上析出铜，根据转移电子数相等知，阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜，所以丙装置中反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将减小，故答案为：减小。

17.【答案】；正；；；
；
；溶液；
负；。
【解析】
【分析】
本题考查化学电源新型电池，为高频考点，根据元素化合价变化确定正负极，知道各个电极发生的反应及电子流向，难点是电极反应式的书写，题目难度中等。
【解答】
该原电池中，二氧化硫失电子发生氧化反应生成硫酸，所以通入二氧化硫的电极是负极、通入氧气的电极是正极，负极反应式为，正极反应式为，电子从负极沿导线流向正极，据此分析解答；
上述生产硫酸的总反应方程式为；电极是正极；电极反应式为：；根据原电池原理阳离子向正极移动，所以生产过程中向电极移动；
原电池的本质是氧化还原反应，一定有电子转移，故A错误；
B.原电池的电极可以是两个材料一样的金属，也可以是个金属个非金属，故B错误；
C.在的反应构成的原电池中，做负极参与反应，故C错误；
D.根据原电池的原理可知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D正确；
设计成如上图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生的反应类型判断，发生氧化反应，作原电池的负极，所以负极材料是，正极材料是比不活泼的导电物质如石墨、等即可．溶液中含有，如溶液；
甲醇具有还原性，在负极上发生氧化反应生成，根据电子流向可知为负极，电极反应式为：。
18.【答案】；增加；
使用催化剂后，生成的活化能较生成的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于的生成

电压加大后发生副反应，而且该反应速率比生成氨气的反应速率更快，故氨气的体积分数下降

【解析】由图示可知，放电时，正极二氧化碳得电子生成，电极反应式为：，充电时，产生，转移电子，铅蓄电池的正极电极反应式为：，正极质量增加，增加的质量为；
由图示可知，使用催化剂后，生成的活化能较生成的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于的生成，因此使用催化剂或者均能有效减少副产物的生成；
作阴极，由图示可知，阴极氮气得电子生成氨气，电极反应式为：；
超过一定电压后，氢离子得电子变成氢气，即，且反应速率比氮气转化为氨气的反应速率更快，从而使得氨气的体积分数随着电压的增大而减小；
燃料电池中燃料作负极，负极甲醇失电子生成二氧化碳，生成的二氧化碳结合氢氧根离子生成碳酸根离子，因此负极的电极反应式为：；
由题意可知，装置为原电池，其中通入氧气的一极为正极，通入二氧化硫的一极为负极，负极二氧化硫失电子生成硫酸根离子，负极电极反应式为：；
装置为电解池，电极与原电池正极相连为阳极，阳极上放电生成，电极反应式为：。
19.【答案】负极；
电解池；
或铁；
粗铜；减小

【解析】
【分析】
本题考查了原电池原理和电解池原理、电极反应式的书写、电化学的综合计算，明确原电池和电解池电极上发生反应的类型是解题的关键。
【解答】
碱性乙醇燃料电池中加入乙醇的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，乙池为电解池，乙池中、两个电极的材料分别是石墨和铁，工作时、两个电极的质量都不减少，连接原电池的正极，应为电解池的阳极，则应为石墨材料，为阳极，电极反应式是，为阴极，电极材料是，电极反应式为，则乙池的总反应式为；
甲池为原电池装置，碱性乙醇燃料电池通入乙醇的一极为原电池的负极，通入氧气的一极为原电池的正极，正极的电极反应式为；
故答案为：负极；；
乙池为电解池，连接原电池的正极，为电解池的阳极，电子流出的电极是极；
故答案为：电解池；；
乙池中、两个电极的材料是石墨和铁中的一种，工作时、两个电极的质量都不减少，连接原电池的正极，应为电解池的阳极，反应方程式为；则极的材料应为石墨材料，为电解池的阴极，为铁电极；
故答案为：或铁；；
，根据可知转移电子为，甲池中通入氧气的一极为正极，反应式为，则消耗，则；
故答案为：；
电极为阳极，如要用电解方法精炼粗铜，乙池电解液选用溶液，阳极为粗铜，阴极为纯铜，因为阳极先是比铜活泼的金属失电子，而阴极一直为铜离子得电子，所以溶液的浓度减小；
故答案为：粗铜；减小。