第四章 第一节 第3课时 新型化学电源 学案 （含答案）—2023-2024学年（人教版2019）高中化学选择性必修1
文档属性
| 名称 | 第四章 第一节 第3课时 新型化学电源 学案 （含答案）—2023-2024学年（人教版2019）高中化学选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 443.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-30 17:24:00 | ||
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文档简介
第3课时 新型化学电源
[核心素养发展目标]
1.建立原电池工作的思维模型，能解决新型化学电源在新情境下的放电问题。
2.感悟研制新型化学电源的重要性以及可能会引起的环境问题，形成较为客观且正确的能源观，提高开发洁净清洁燃料的意识。
1．常见考查方向
①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的移向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．新型电池中正、负极的判断方法
特别提醒 判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
一、浓差电池
1．(2022·广州高二期末)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A．此处应该用阳离子交换膜
B．B极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 g
D．原电池的总反应不一定是氧化还原反应
二、膜电池
2．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是( )
A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜
B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C．b极为正极
D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
三、其他常见的新型化学电源
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2) 空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
4．(2023·温州质检)锌 空气二次电池在柔性能源方面应用较多，是各类新能源电池中备受关注的储能设备之一。一种强碱性锌空气电池工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．电流从Zn电极流出
B．OH－向气体扩散电极移动
C．隔膜应为氢离子选择性膜
D．负极区的反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O
5．(2022·连云港高二期末)利用微电池技术去除天然气中的H2S并生成FeS的装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．微电池负极的电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋
B．去除过程发生的总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O
C．通入气体一段时间后，去除速率降低的可能原因是铁减少，形成微电池的数量减少
D．该装置使用一段时间后，内部有大量的铁锈产生
6．(2022·北京东城高二期末)热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋向b极区移动
B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋
C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能
D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度
第3课时 新型化学电源
[核心素养发展目标] 1.建立原电池工作的思维模型，能解决新型化学电源在新情境下的放电问题。2.感悟研制新型化学电源的重要性以及可能会引起的环境问题，形成较为客观且正确的能源观，提高开发洁净清洁燃料的意识。
1．常见考查方向
①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的移向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．新型电池中正、负极的判断方法
特别提醒 判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
一、浓差电池
1．(2022·广州高二期末)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1A．此处应该用阳离子交换膜
B．B极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 g
D．原电池的总反应不一定是氧化还原反应
答案 D
解析 由题意知，A电极质量不断减轻，故发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极为负极，B极为正极，负极区Ag＋浓度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区NO经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转移0.1 mol电子时，溶液中减少0.1 mol Ag＋，同时正极有0.1 mol NO移向负极区，故右侧溶液减少质量为0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C错误；负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。
二、膜电池
2．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是( )
A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜
B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C．b极为正极
D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
答案 B
解析 根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合价升高，被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A正确；a极为负极，C失去电子被氧化生成CO2，同时产生H＋，则结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。
三、其他常见的新型化学电源
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案 B
解析 根据VB2电极发生的反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
4．(2023·温州质检)锌-空气二次电池在柔性能源方面应用较多，是各类新能源电池中备受关注的储能设备之一。一种强碱性锌空气电池工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．电流从Zn电极流出
B．OH－向气体扩散电极移动
C．隔膜应为氢离子选择性膜
D．负极区的反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O
答案 D
解析 该装置为原电池装置，右边电极中Zn元素的化合价升高，为负极，气体扩散电极为正极，电流从气体扩散电极流出，A错误；根据原电池工作原理，OH－向负极移动，即向Zn电极移动，B错误；负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，隔膜应为氢氧根离子选择性膜，C错误；负极反应式：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，Zn(OH)再分解成ZnO，离子方程式为Zn===ZnO＋2OH－＋H2O，D正确。
5．(2022·连云港高二期末)利用微电池技术去除天然气中的H2S并生成FeS的装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．微电池负极的电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋
B．去除过程发生的总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O
C．通入气体一段时间后，去除速率降低的可能原因是铁减少，形成微电池的数量减少
D．该装置使用一段时间后，内部有大量的铁锈产生
答案 D
解析 根据题中信息可知，铁生成FeS，铁元素的化合价升高，铁作负极，其电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋，A正确；氧气在正极上发生反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O，B正确；通入气体一段时间后，去除速率降低，可能原因是产生的FeS附着在铁表面，阻碍反应进行，也可能是铁减少，形成微电池的数量减少，C正确；铁锈主要成分为Fe2O3，根据此装置的总反应可知，铁主要被氧化成FeS，D错误。
6．(2022·北京东城高二期末)热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋向b极区移动
B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋
C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能
D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度
答案 C
解析 放电时，Li＋向正极移动，即向b极区移动，A正确；放电时，a极的Li13Si4失电子发生氧化反应，电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋，B正确；由图2可知，调节混合物中KCl的物质的量分数为0.6时，400 ℃时就可以启动电池，D正确。
[核心素养发展目标]
1.建立原电池工作的思维模型，能解决新型化学电源在新情境下的放电问题。
2.感悟研制新型化学电源的重要性以及可能会引起的环境问题，形成较为客观且正确的能源观，提高开发洁净清洁燃料的意识。
1．常见考查方向
①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的移向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．新型电池中正、负极的判断方法
特别提醒 判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
一、浓差电池
1．(2022·广州高二期末)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1
B．B极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 g
D．原电池的总反应不一定是氧化还原反应
二、膜电池
2．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是( )
A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜
B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C．b极为正极
D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
三、其他常见的新型化学电源
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2) 空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
4．(2023·温州质检)锌 空气二次电池在柔性能源方面应用较多，是各类新能源电池中备受关注的储能设备之一。一种强碱性锌空气电池工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．电流从Zn电极流出
B．OH－向气体扩散电极移动
C．隔膜应为氢离子选择性膜
D．负极区的反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O
5．(2022·连云港高二期末)利用微电池技术去除天然气中的H2S并生成FeS的装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．微电池负极的电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋
B．去除过程发生的总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O
C．通入气体一段时间后，去除速率降低的可能原因是铁减少，形成微电池的数量减少
D．该装置使用一段时间后，内部有大量的铁锈产生
6．(2022·北京东城高二期末)热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋向b极区移动
B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋
C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能
D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度
第3课时 新型化学电源
[核心素养发展目标] 1.建立原电池工作的思维模型，能解决新型化学电源在新情境下的放电问题。2.感悟研制新型化学电源的重要性以及可能会引起的环境问题，形成较为客观且正确的能源观，提高开发洁净清洁燃料的意识。
1．常见考查方向
①电极的判断，②电子或电流的流向，③溶液中离子的移向，④电极的反应类型，⑤pH的变化，⑥电子的转移数目，⑦电极反应式的书写。
2．新型电池中正、负极的判断方法
特别提醒 判断一个原电池中的正、负极，最根本的方法是失电子(发生氧化反应)的一极是负极，得电子(发生还原反应)的一极是正极。如果给出一个化学方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，化合价升高、发生氧化反应的一极为负极，化合价降低、发生还原反应的一极为正极。
一、浓差电池
1．(2022·广州高二期末)溶质由高浓度向低浓度扩散而引发的一类电池称为浓差电池。如图是由Ag电极和硝酸银溶液组成的电池(c1
B．B极为正极，发生氧化反应
C．若外电路通过0.1 mol电子，则右侧溶液质量减轻10.8 g
D．原电池的总反应不一定是氧化还原反应
答案 D
解析 由题意知，A电极质量不断减轻，故发生反应：Ag－e－===Ag＋，则A极为负极，B极为正极，负极区Ag＋浓度增大，正极区Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，正极区Ag＋浓度减小，浓差电池中溶质由高浓度向低浓度扩散，故正极区NO经过离子交换膜移向负极，此处离子交换膜为阴离子交换膜，A、B错误；正极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，当转移0.1 mol电子时，溶液中减少0.1 mol Ag＋，同时正极有0.1 mol NO移向负极区，故右侧溶液减少质量为0.1 mol×108 g·mol－1＋0.1 mol×62 g·mol－1＝17 g，C错误；负极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋，正极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，总反应属于非氧化还原反应，D正确。
二、膜电池
2．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是( )
A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜
B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动
C．b极为正极
D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH
答案 B
解析 根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合价升高，被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A正确；a极为负极，C失去电子被氧化生成CO2，同时产生H＋，则结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。
三、其他常见的新型化学电源
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O。该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案 B
解析 根据VB2电极发生的反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
4．(2023·温州质检)锌-空气二次电池在柔性能源方面应用较多，是各类新能源电池中备受关注的储能设备之一。一种强碱性锌空气电池工作示意图如下，下列说法正确的是( )
A．电流从Zn电极流出
B．OH－向气体扩散电极移动
C．隔膜应为氢离子选择性膜
D．负极区的反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn，Zn===ZnO＋2OH－＋H2O
答案 D
解析 该装置为原电池装置，右边电极中Zn元素的化合价升高，为负极，气体扩散电极为正极，电流从气体扩散电极流出，A错误；根据原电池工作原理，OH－向负极移动，即向Zn电极移动，B错误；负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，隔膜应为氢氧根离子选择性膜，C错误；负极反应式：Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，Zn(OH)再分解成ZnO，离子方程式为Zn===ZnO＋2OH－＋H2O，D正确。
5．(2022·连云港高二期末)利用微电池技术去除天然气中的H2S并生成FeS的装置如图所示，下列说法不正确的是( )
A．微电池负极的电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋
B．去除过程发生的总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O
C．通入气体一段时间后，去除速率降低的可能原因是铁减少，形成微电池的数量减少
D．该装置使用一段时间后，内部有大量的铁锈产生
答案 D
解析 根据题中信息可知，铁生成FeS，铁元素的化合价升高，铁作负极，其电极反应式为Fe－2e－＋H2S===FeS＋2H＋，A正确；氧气在正极上发生反应，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应为2Fe＋2H2S＋O2===2FeS＋2H2O，B正确；通入气体一段时间后，去除速率降低，可能原因是产生的FeS附着在铁表面，阻碍反应进行，也可能是铁减少，形成微电池的数量减少，C正确；铁锈主要成分为Fe2O3，根据此装置的总反应可知，铁主要被氧化成FeS，D错误。
6．(2022·北京东城高二期末)热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋向b极区移动
B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋
C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能
D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度
答案 C
解析 放电时，Li＋向正极移动，即向b极区移动，A正确；放电时，a极的Li13Si4失电子发生氧化反应，电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋，B正确；由图2可知，调节混合物中KCl的物质的量分数为0.6时，400 ℃时就可以启动电池，D正确。