2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第2课时　化学电源（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第2课时　化学电源
基础过关练
题组一　一次电池及工作原理
1.普通锌锰干电池的简图如图所示,它是用锌皮制成的锌筒作电极,中央插一根碳棒,碳棒顶端加一铜帽。在碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 [Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)
A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原
B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e- Mn2O3+2NH3+H2O
C.电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极
D.外电路中每通过0.1 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g
2.电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银,电解质为KOH,其电极反应如下:锌极Zn+2OH--2e- Zn(OH)2,氧化银极Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,下列说法正确的是(　　)
A.锌为正极,被氧化
B.氧化银为正极,被氧化
C.电子从负极流向氧化银极
D.锌为负极,被还原
3.(2021北京丰台期中)碱性锌锰电池以氢氧化钾为电解质,其结构示意图如图所示,电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法中不正确的是(　　)
A.电池工作时,电子转移方向是由Zn经外电路流向MnO2
B.电池正极反应式为2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-
C.电池工作时,KOH不参与反应,没有发挥作用
D.电池工作时,Zn发生氧化反应,MnO2发生还原反应
题组二　二次电池及工作原理
4.(2021福建三明一中月考)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(　　)
A.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B.干电池在长时间使用后,锌筒变软
C.铅蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g
D.碱性氢氧燃料电池的负极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O
5.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为硫酸溶液,放电时的反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。下列说法正确的是(　　)
A.Pb为正极,被氧化
B.放电时电解质溶液的pH不断增大
C.S只向PbO2处移动
D.放电时电解质溶液的密度不断增大
题组三　燃料电池
6.将两个用导线连接的铂电极放置在KOH溶液中,然后分别向两极通入CO和O2,即可产生电流。下列叙述正确的是(　　)
①通入CO的电极为正极
②正极的电极反应式是O2+2H2O+4e- 4OH-
③通入CO的电极反应式是2CO+O2-4e- 2CO2
④负极的电极反应式是CO+4OH--2e- C+2H2O
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动
A.①③⑤　　B.②④⑥　　
C.④⑤⑥　　D.①②③
7.某燃料电池可实现NO和CO的无害转化,其结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.石墨Ⅰ电极上发生氧化反应
B.电池工作时Na+向石墨Ⅱ电极处移动
C.石墨Ⅱ电极上的反应式为CO-2e-+O2- CO2
D.电路中每通过6 mol电子,生成1 mol N2
8.(2021安徽皖北名校联考)LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A.a处通入氧气,b处通入氢气
B.通入H2的电极发生反应:H2-2e- 2H+
C.通入O2的电极发生反应:O2+4e-+2H2O 4OH-
D.该装置将化学能最终转化为电能
题组四　新型化学电源
9.(2021江苏扬州中学月考)我国科学家发明的一种可控锂水电池的工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A.电池工作时,锂离子向正极移动
B.电池总反应为2Li+2H2O 2LiOH+H2↑
C.有机电解质可用水溶液代替
D.该装置不仅可提供电能,还可得到清洁的氢气
能力提升练
题组一　一次电池及工作原理
1.“软电池”采用一张薄层纸片作为载体和传导体,一面附着锌,另一面附着二氧化锰,纸层中水和氧化锌组成电解液。电池总反应为Zn+2MnO2+H2O 2MnOOH+ZnO。下列说法正确的是(　　)
A.该电池的正极为氧化锌
B.锌电极附近溶液的pH不变
C.电池正极反应式:2MnO2+2e-+2H2O 2MnOOH+2OH-
D.当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解液的电子的物质的量为0.2 mol
题组二　二次电池及工作原理
2.(2021安徽蚌埠三中质检)某储能电池的原理如图所示,溶液中c(H+)=2.0 mol·L-1,阴离子为S,a、b均为惰性电极,充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色。下列叙述正确的是(　　)
A.当右槽溶液颜色由绿色变为紫色时,电池中能量转化形式为化学能转化为电能
B.储能电池a、b两极间的电解质溶液中通过电子的定向移动形成闭合回路
C.充电过程中,a极的电极反应式为VO2+-e-+H2O V+2H+
D.放电时,H+从左槽迁移进入右槽
3.(双选)2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池研发领域作出贡献的三位科学家。一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2(x<1)。下列说法正确的是(　　)
A.充电时a极接外电源的正极
B.放电时Li+在电解质中由a极向b极迁移
C.充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将减少0.14 g
D.该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收
题组三　燃料电池及工作原理
4.某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质,CH4为燃料,该电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.a为CH4,b为CO2
B.C向正极移动
C.此电池在常温下也能工作
D.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C
5.(双选)(2021山东新泰中学阶段性考试)如图是NaBH4/H2O2燃料电池,作为碱性燃料电池研究新方向,MnO2对NaBH4/H2O2燃料电池具有较好的催化活性,克服了传统燃料电池使用贵金属作催化剂的缺点,该电池还具有很高的输出电压、能量转化效率和能量密度等优点。下列说法不正确的是(　　)
A.该电池放电过程中,Na+从负极区向正极区迁移,负极区pH增大
B.电池正极区的电极反应为4H2O2+8e- 8OH-
C.电池负极区的电极反应为B-8e-+8OH- B+6H2O
D.该电池的燃料和氧化剂常温下均为液体,解决了甲烷燃料储运困难的问题题组四　新型化学电源电极反应式的书写及有关计算
6.(2021山东青岛二中月考)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如图所示,图中有机废水中有机物可用C6H10O5表示。下列有关说法正确的是(　　)
A.b电极为该电池的负极
B.b电极附近溶液的pH减小
C.a电极的电极反应为C6H10O5-24e-+7H2O 6CO2↑+24H+
D.中间室:Na+移向左室,Cl-移向右室
7.(2021北京丰台期中测试)热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示,其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物一旦受热熔融,电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb。下列关于该电池的说法中,不正确的是(　　)
A.负极的电极反应式为Ca-2e- Ca2+
B.放电时,K+向硫酸铅电极移动
C.硫酸铅作正极材料,LiCl为正极反应物
D.常温时,在正、负极之间连上检流计,指针不偏转
8.(2021山东烟台莱州一中月考)以氨气为燃料的固体氧化物(含有O2-)燃料电池,其工作原理如图所示。
(1)该电池工作时的总反应方程式为　　　　　　　　　　　。
(2)固体氧化物为该燃料电池的电解质,O2-移动方向为　　　　　　　
　　　　　(填“由电极a向电极b”或“由电极b向电极a”)移动。
(3)该电池工作时,在接触面上发生的电极反应为　　　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　。
答案全解全析
基础过关练
1.C 2.C 3.C 4.C 5.B 6.B 7.C 8.C
9.C
1.C　普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误;根据原电池工作原理,负极发生失电子的氧化反应,B项错误;原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极,C项正确;根据电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 [Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O,可知每通过0.1 mol电子,理论上消耗锌的质量是65 g·mol-1×=3.25 g,D项错误。
2.C　根据化合价变化可知Zn被氧化,锌是负极,A、D错误;根据化合价变化可知,Ag2O为正极,被还原,B错误;电子由负极通过外电路流向正极,即从锌流向氧化银,C正确。
3.C　电池工作时,电子转移方向是由负极经外电路流向正极,因此由Zn经外电路流向MnO2,A正确;MnO2在正极得电子,被还原为MnOOH,电极反应式为2MnO2+2H2O+2e- 2MnOOH+2OH-,B正确;由电池总反应可知KOH没有参与反应,但KOH作为电解质在电池内部起到导电的作用,C错误;该电池工作时,Zn发生氧化反应,MnO2发生还原反应,D正确。
4.C　干电池是一次电池,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,故A正确;在干电池中,Zn作负极,被氧化,所以干电池在长时间使用后,锌筒变软,故B正确;铅蓄电池工作过程中,负极上铅失去电子,生成硫酸铅,硫酸铅是难溶物,所以负极质量应增加,故C错误;碱性氢氧燃料电池的负极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O,故D正确。
5.B　由题给总反应可知,Pb元素化合价升高,Pb被氧化,Pb为原电池负极,故A错误;由铅蓄电池放电时的总反应可知,H2SO4被消耗,所以电解质溶液的酸性减弱,pH增大,故B正确;原电池中,阴离子向负极移动,则S向Pb处移动,故C错误;根据总反应Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,放电时生成水和硫酸铅,硫酸铅难溶于水,反应后电解质溶液的密度减小,故D错误。
6.B　①CO发生氧化反应,因此通入CO的电极为负极,错误;②氧气在正极上发生还原反应,正极的电极反应式是O2+2H2O+4e- 4OH-,正确;③CO发生氧化反应,在碱性环境下转化为C,电极反应式是CO-2e-+4OH- C+2H2O,错误;④通入CO的电极为负极,电极反应式是CO+4OH--2e- C+2H2O,正确;⑤放电时溶液中的阳离子向正极移动,错误;⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动,正确;综合以上分析可知,正确的有②④⑥。
名师点睛
　　燃料电池中,燃料在负极发生氧化反应,氧化剂在正极发生还原反应。
7.C　石墨Ⅰ电极上NO发生反应生成N2,氮元素化合价降低,属于还原反应,A错误;电池工作时Na+向正极移动,即向石墨Ⅰ电极处移动,B错误;石墨Ⅱ为负极,电极反应式为CO-2e-+O2- CO2,C正确;氮元素化合价由+2价降低为0价,每生成1 mol N2得到4 mol电子,则电路中每通过6 mol电子,生成1.5 mol N2,D错误。
8.C　根据LED发光二极管中电子移动方向知,b是正极、a是负极,氢氧燃料电池中,负极上通入氢气、正极上通入氧气,则a处通入氢气,b处通入氧气,故A错误;负极上氢气失电子,电极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O,故B错误;正极上O2得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-,故C正确;原电池是将化学能转化为电能,电能通过LED发光二极管,最终转化为光能,部分还转化为热能,故D错误。
9.C　根据图示,锂电极为负极,碳电极为正极,负极上锂发生氧化反应生成锂离子,正极上水发生还原反应生成氢气。该原电池工作时,阳离子锂离子移向正极,故A正确;金属锂和水反应生成氢氧化锂和氢气,即总反应方程式为2Li+2H2O 2LiOH+H2↑,故B正确;金属Li和水反应生成氢氧化锂和氢气,但和有机电解质不反应,所以有机电解质不可用水溶液代替,故C错误;该装置是原电池,将化学能转化为电能,可提供电能,并且反应产物有氢气,属于清洁能源,故D正确。
能力提升练
1.C 2.C 3.AD 4.D 5.AD 6.C 7.C
1.C　根据总反应可知,MnO2发生还原反应,MnO2是正极,A错误;锌电极是负极,负极反应式为Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O,故锌电极附近溶液的pH减小,B错误;根据总反应可知,正极反应式为2MnO2+2e-+2H2O 2MnOOH+2OH-,C正确;电子不能在电解液中移动,D错误。
2.C　
充电过程中左槽溶液颜色由蓝色变为黄色,则外接电源左侧为正极,右侧为负极,a为阳极,b为阴极,放电过程中a为正极,b为负极。当右槽溶液颜色由绿色变为紫色,V3+得到电子,化合价降低,发生还原反应,b作阴极,此时电池中的能量转化形式为电能转化为化学能,A项错误;储能电池a、b两极间的电解质溶液中通过离子的定向移动形成闭合回路,B项错误;充电过程中,a为阳极,VO2+失去电子变成V,电极反应式为VO2+-e-+H2O V+2H+,C项正确;放电过程中H+移向正极,D项错误。
AD　根据电池反应可知,放电时,负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2,充电时,阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反。放电时a极为正极,得电子,充电时a极为阳极,失电子,故充电时a极接外电源的正极,A正确;原电池中b极为负极,a极为正极,放电时,阳离子移向正极、阴离子移向负极,则Li+在电解质中由b极向a极迁移,B错误;放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,充电时阴极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,所以充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将增重0.02 mol×
7 g/mol=0.14 g,C错误;放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于Li+移向正极并进入正极材料,有利于锂在LiCoO2极回收,D正确。
4.D　根据熔融碳酸盐燃料电池的工作原理可知,负极反应式为CH4-8e-+4C 5CO2+2H2O,正极反应式为O2+4e-+2CO2 2C,则a为甲烷,b为空气,A错误,D正确。原电池中,C应向负极移动,B错误。由于电解质是熔融盐,故此电池在常温下不能工作,C错误。
方法总结
　　熟记燃料电池的正极反应,一般在正极发生还原反应的物质都是O2,根据介质的不同,可以写出以下常见正极反应。
然后根据“负极反应式=总反应式-正极反应式”,写出负极反应式。
5.AD　电池放电时,Na+从负极区向正极区迁移,负极区消耗OH-,pH减小,故A不正确;由图可知,该电池放电过程中,B失去电子,A为负极,电极反应式为B+8OH--8e- B+6H2O,H2O2得到电子,B为正极,正极反应式为4H2O2+8e- 8OH-,故B、C正确;甲烷为气体,储运困难,该电池的燃料NaBH4常温下为固体,氧化剂常温下为液体,易于储运,故D错误。
6.C　该原电池中,硝酸根离子得电子发生还原反应,电极b是正极,故A错误;正极的电极反应为2N+10e-+12H+ N2↑+6H2O,消耗氢离子,溶液的pH增大,故B错误;电极a是负极,负极上有机物失电子发生氧化反应,有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳,电极反应为C6H10O5-24e-+7H2O 6CO2↑+24H+,故C正确;放电时,电解质溶液中的Na+移向正极(右室),Cl-移向负极(左室),故D错误。
7.C　电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca CaCl2+Li2SO4+Pb,Ca化合价升高,失去电子,作负极,负极的电极反应式为Ca-2e- Ca2+,A正确;放电时,K+向正极(硫酸铅电极)移动,B正确;硫酸铅作正极材料,熔融的LiCl作电解质,根据电池总反应可知PbSO4为正极反应物,C错误;无水LiCl-KCl混合物受热熔融时才会产生电能,因此常温时,在正、负极之间连上检流计,指针不偏转,D正确。
8.答案　(1)4NH3+3O2 2N2+6H2O
(2)由电极b向电极a
(3)2NH3+3O2--6e- N2+3H2O
解析　(1)该燃料电池的总反应方程式为4NH3+3O2 2N2+6H2O。(2)通入氨气的一极为负极,原电池中阴离子向负极移动,即O2-从电极b向电极a移动。(3)负极上氨气失电子发生氧化反应,负极反应式为2NH3+3O2--6e- N2+3H2O。
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