第三单元 化学能与电能的转化 第2课时 化学电源--2026苏教版高中化学必修第二册章节练
文档属性
| 名称 | 第三单元 化学能与电能的转化 第2课时 化学电源--2026苏教版高中化学必修第二册章节练 |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 567.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-01-04 15:32:52 | ||
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文档简介
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2026苏教版高中化学必修第二册
专题6 化学反应与能量变化
第三单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
基础过关练
题组一 化学电源的分类及工作原理
1.下列说法中正确的是( )
A.镍氢电池、锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池
B.氢氧燃料电池是一种高效且不会污染环境的燃料电池
C.铅蓄电池放电的时候正极材料是铅,负极材料是二氧化铅
D.铅蓄电池充电时将化学能转化为电能
2.(2025陕西商洛柞水中学月考)“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2 。下列关于该电池的说法错误的是( )
A.镁片作为正极
B.食盐水作为电解质溶液
C.电池工作时镁片逐渐被消耗
D.电池工作时实现了化学能向电能的转化
3.(2025天津南开大学附中)有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是( )
碱性锌 锰电池
普通 锌锰电池
铅蓄 电池
银锌 纽扣电池
A.碱性锌锰电池中,MnO2作氧化剂
B.普通锌锰电池中,电子从锌筒出发经电解质溶液流向石墨棒
C.铅蓄电池在工作过程中,负极的质量逐渐减小
D.银锌纽扣电池中,Zn在工作过程中被还原
4.(2025江苏扬州月考)碱性锌锰电池的总反应是:Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2,电解质为KOH。下列说法正确的是( )
A.MnO2发生了氧化反应
B.Zn为电池正极
C.当反应消耗0.65 g Zn时,有0.01 mol电子发生转移
D.电池中OH-向负极迁移
5.(2024江苏扬州仪征中学月考)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+4KOH+2Fe(OH)3,下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2
B.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化
C.该电池为二次电池
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
题组二 燃料电池
6.(2024江苏扬州邗江中学期中)肼(N2H4)—空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。下列说法中正确的是( )
A.该电池放电时,通入O2的一极为负极
B.电池每释放1 mol N2转移的电子数为6 mol
C.电池工作一段时间后,电解质溶液中c(OH-)不变
D.正极的电极反应式是O2+2H2O+4e- 4OH-
7.(2025江苏南京阶段检测)Ⅰ.氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
(1)a电极的电极反应式是 。
(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因: 。
Ⅱ.某燃料电池中,稀硫酸作电解质溶液,向其中一个电极通入甲醇(CH3OH),同时向另一个电极通入空气,此电池的正极反应式为 。
题组三 电解原理及其应用
8.(2025河南南阳第一中学月考)如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,溶液中氯离子浓度不变
9.(2025河北石家庄段考)如下图所示,A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuSO4溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是 (填字母,下同),属于电解池的是 。
(2)A中Zn是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;Cu电极的电极反应式为 ;A中总反应的离子方程式为 。
(3)B中左边C是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;B中总反应的化学方程式为 。
能力提升练
题组一 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2024四川南充期中)甲烷燃料电池以熔融碳酸盐(K2CO3、Li2CO3)为电解质,该电池工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A.负极的电极反应式为CH4-8e-+2H2O CO2+8H+
B.标准状况下,消耗22.4 L CH4转移的电子数目为8NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C
D.电池工作时,向通入a的一极迁移
2.(易错题)(2025天津市实验中学月考)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2 ZnMn2O4
C.放电时,主要发生的正极反应为MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.02 mol MnOOH
3.(2025河北保定阶段检测)如图是新型镁—锂双离子二次电池,下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+由左向右迁移
B.放电时,正极的电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4
C.放电时,镁作正极
D.充电时,外加电源的正极与 Y 相连
4.(甄选真题)(2023广东高考)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl-
5.(2024河南周口太康一中月考)(1)下图是某化学兴趣小组探究化学能转变为电能的装置。
若电极a为Zn、电极b为Ag、c为CuSO4溶液,开始时a电极与b电极质量相等,当电路中转移0.2 mol电子时,a电极与b电极质量差为 g。
(2)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。CH4燃料电池工作时电子流向如图所示。
电极A的电极反应式为 ,电极A附近pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器,该电池的电极材料分别为锂和碳,电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2 4LiCl+S+SO2↑。已知SOCl2会与水反应生成有刺激性气味的气体:SOCl2+H2O 2HCl↑+SO2↑。该电池正极的电极反应式为 ;组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是
。
题组二 新型燃料电池
6.(2025河北保定期中)固体氧化物电池的工作原理如图所示。该电池用辛烷(C8H18)作燃料,电池中间部分的固体氧化物可传递O2-,下列说法正确的是( )
A.电池工作时,氧气发生氧化反应
B.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.电子由b电极经外电路流向a电极
D.电池的总反应为2C8H18+25O2 16CO2+18H2O
7.(2024广西钦州月考)一种水煤气(主要成分为CO和H2)燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.若电池的能量利用率为90%,则通入224 L水煤气[n(CO)∶n(H2)=1∶1]时,电路中转移9 mol电子
B.固体超强酸中的H+在放电时向正极移动,正极反应式为O2+4H+-4e-2H2O
C.电路中通过4 mol电子,正极消耗标准状况下22.4 L空气
D.负极反应式为H2-2e- 2H+、CO-2e-+H2O CO2+2H+
8.(2025山东潍坊外国语学校质量检测)热电厂尾气经处理得到较纯的SO2,SO2可用于生产硫酸,其工作原理如图所示。电池工作时,下列说法不正确的是( )
A.电极b附近溶液pH变大
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式为SO2-2e-+2H2O 4H++S
D.一段时间后,a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量相等
答案与分层梯度式解析
专题6 化学反应与能量变化
第三单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
基础过关练
1.B 镍氢电池、锂离子电池为二次电池,锌锰干电池为一次电池,A错误;氢氧燃料电池的产物不污染环境,B正确;铅蓄电池放电时正极材料是PbO2,发生还原反应,负极材料是Pb,发生氧化反应,C错误;铅蓄电池充电时将电能转化为化学能,D错误。
2.A 电池以镁片、活性炭为电极,结合电池反应2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2 ,知反应前后Mg的化合价升高,则该原电池中Mg失电子,镁片作负极,A错误;该原电池中食盐水作为电解质溶液,B正确;电池工作时Mg失电子形成Mg(OH)2,即电池工作时镁片逐渐被消耗,C正确;原电池工作时化学能转化为电能,D正确。
3.A 碱性锌锰电池工作时,Zn为负极,失电子,MnO2为正极,得电子,MnO2作氧化剂,A正确;电子无法经过电解质溶液,B错误;铅蓄电池工作时,负极上Pb失电子,结合S生成PbSO4,负极质量逐渐增大,C错误;银锌纽扣电池工作时,Zn作负极,失电子,被氧化,D错误。
4.D 该反应中,MnO2得电子,Mn的化合价从+4价降低到+3价,MnO2发生还原反应,A错误;Zn失电子转化为氢氧化锌,Zn为电池负极,B错误;反应消耗0.65 g Zn(即0.01 mol),转移电子0.02 mol,C错误;原电池中,电解质溶液中的阴离子向负极移动,D正确。
5.B 该电池放电时,Zn失电子作原电池负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2,A正确;放电时,Fe元素化合价由+6价降为+3价,即每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被还原,B错误;该电池可以充电和放电,属于二次电池,C正确;放电时正极反应式为Fe+3e-+4H2O 5OH-+Fe(OH)3,即正极附近溶液的碱性增强,D正确。
6.D 该燃料电池工作时,通入肼的电极是负极,通入O2的电极是正极,A错误;结合负极反应式N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O,可知电池每释放1 mol N2转移的电子数为4 mol,B错误;电池正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,由正、负极反应式可知,电池工作一段时间后,由于水的生成,电解质溶液中c(OH-)减小,C错误,D正确。
7.答案 Ⅰ.(1)2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
(2)电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得电解质溶液逐渐变稀,一段时间后需要补充KOH
Ⅱ.O2+4e-+4H+ 2H2O
解析 Ⅰ.(1)a电极通入的是NH3,NH3失去电子发生氧化反应,a电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,原因是电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得电解质溶液逐渐变稀,一段时间后需要补充KOH。
Ⅱ.该燃料电池中通入甲醇的电极为负极,正极通入的O2在酸性条件下被还原生成H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O。
名师点睛 解答燃料电池题目的三个关键点
(1)要注意介质是什么,是电解质溶液、熔融电解质还是固体氧化物。
(2)通入负极的物质是燃料,失去电子;通入正极的物质一般是氧气,得到电子。
(3)通过介质中离子的移动方向可判断电池的正、负极,阳离子移向正极,阴离子移向负极;同时要考虑介质中离子是否参与电极反应。
8.C 电流从直流电源的正极流出,因此a为电源正极,b为电源负极,c为阳极,d为阴极;电解CuCl2溶液,阳极(c电极)的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极(d电极)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,故C项正确。
9.答案 (1)A B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Cu2++2e-Cu Zn+Cu2+Zn2++Cu
(3)阴 还原 Cu2++2e-Cu 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
解析 (1)电解池有外接电源而原电池没有,B属于电解池,A属于原电池。
(2)锌比铜活泼,Zn是负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu;A中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu。
(3)B是电解池,左边C和电源负极相连,是阴极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu;B中总反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
能力提升练
1.A 电子流出的一极为负极,即通入a的电极为负极,a为甲烷,电极反应式为CH4-8e-+2H2O;右侧电极为正极,通入O2和CO2,电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C。由上述分析可知,A错误;标准状况下,22.4 L CH4的物质的量为1 mol,由负极反应式CH4-8e-+4C 5CO2+2H2O可知,消耗1 mol CH4转移的电子数目为8NA,B正确;正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C,C正确;电池工作时向负极迁移,D正确。
归纳总结 燃料电池电极反应式书写一般规律
反应条件 负极反应式 (以CH3OH为例) 正极反应式 (以O2为例)
酸性条件 CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+ O2+4H++4e- 2H2O
碱性条件 CH3OH+8OH--6e- C+6H2O O2+2H2O+4e- 4OH-
熔融碳 酸盐 CH3OH+3C -6e- 4CO2 + 2H2O O2+2CO2+4e-2C
2.C 电池放电时MnO2电极为正极,Zn电极为负极,充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极(破题关键)。电解池中阳离子向阴极迁移,即充电时Zn2+向阴极方向迁移,A不正确;充电时Zn2+在阴极得到电子生成Zn,在阳极MnOOH和少量ZnMn2O4失电子生成MnO2,B不正确;放电时MnO2电极为正极,正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4,正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-,C正确;放电时,Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.01 mol),电路中转移0.02 mol电子,由正极的主要反应MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-可知,若正极的还原产物只有MnOOH,则生成MnOOH的物质的量为0.02 mol,但是正极的还原产物还有ZnMn2O4,故生成MnOOH的物质的量小于0.02 mol(易错点),D不正确。
3.C 放电时,Mg电极失电子,Mg电极为负极,右侧电极为正极(破题关键),故C错误; 放电时,阳离子移向正极,所以放电时Li+由左向右迁移,故A正确;放电时正极电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4,故B正确;充电时,外加电源的正极与二次电池的正极相连,所以充电时外加电源的正极与Y相连,故D正确。
4.B O2在Pt上得电子发生还原反应,Pt为正极,Ag为负极,A错误;电子由Ag经活性炭流向Pt,B正确;溶液呈酸性,正极的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L O2,转移电子2 mol,根据负极反应Ag-e-+Cl- AgCl可知,最多去除2 mol Cl-,D错误。
5.答案 (1)12.9
(2)CH4-8e-+10OH- C+7H2O 减小
(3)2SOCl2+4e- 4Cl-+S+SO2↑ 锂是活泼金属,易与水和O2反应,SOCl2也可与水反应
解析 (1)该装置为原电池,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,Ag为正极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,当电路中转移0.2 mol电子时,负极溶解0.1 mol Zn,正极析出0.1 mol Cu,则a电极与b电极质量差为0.1 mol×64 g·mol-1+0.1 mol×65 g·mol-1=12.9 g。(2)结合电子流向可知,电极A为负极,CH4在碱性条件下发生氧化反应生成C,电极反应式为CH4-8e-+10OH- C+7H2O,电极A附近溶液的pH减小。(3)根据电池总反应4Li+2SOCl2 4LiCl+S+ SO2↑可知,Li在负极发生氧化反应,SOCl2在正极发生还原反应,正极反应式为2SOCl2+4e- 4Cl-+S+SO2↑;由于锂为活泼金属,易与水和O2反应,SOCl2也可与水反应,故组装该电池必须在无水、无氧条件下进行。
6.D 通入氧气的b电极为正极,O2发生还原反应,A错误;电解质为固体氧化物,可以传递O2-,故正极反应式为O2+4e- 2O2-,B错误;通入辛烷(C8H18)的a电极为负极,电子由a电极经外电路流向b电极,C错误。
7.D 没有明确是否为标准状况,224 L水煤气的物质的量不一定是10 mol,不能计算电路中转移电子的物质的量,A错误;电池工作时,阳离子向正极移动,放电时固体超强酸中H+向正极移动,正极反应式为4H++O2+4e- 2H2O,B错误;由正极反应式可知,电路中通过4 mol电子时,正极消耗标准状况下22.4 L O2,C错误;负极H2和CO失电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e- 2H+、CO-2e-+H2O CO2+2H+,D正确。
8.D 该装置为原电池,由图可知,硫元素化合价升高,SO2失电子,故a极为负极,b极为正极。电极b上氧气得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,b极附近溶液pH变大,A正确;电极b为正极,溶液中H+由a极区向b极区迁移,B正确;电极a为负极,SO2失去电子,被氧化为S,电极反应式为2H2O+SO2-2e- S+4H+,C正确;电池总反应为2H2O+2SO2+O2 2H2SO4,故一段时间后,a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量之比为2∶1,D错误。
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2026苏教版高中化学必修第二册
专题6 化学反应与能量变化
第三单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
基础过关练
题组一 化学电源的分类及工作原理
1.下列说法中正确的是( )
A.镍氢电池、锂离子电池和锌锰干电池都是二次电池
B.氢氧燃料电池是一种高效且不会污染环境的燃料电池
C.铅蓄电池放电的时候正极材料是铅,负极材料是二氧化铅
D.铅蓄电池充电时将化学能转化为电能
2.(2025陕西商洛柞水中学月考)“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2 。下列关于该电池的说法错误的是( )
A.镁片作为正极
B.食盐水作为电解质溶液
C.电池工作时镁片逐渐被消耗
D.电池工作时实现了化学能向电能的转化
3.(2025天津南开大学附中)有关下列四个常用电化学装置的叙述中,正确的是( )
碱性锌 锰电池
普通 锌锰电池
铅蓄 电池
银锌 纽扣电池
A.碱性锌锰电池中,MnO2作氧化剂
B.普通锌锰电池中,电子从锌筒出发经电解质溶液流向石墨棒
C.铅蓄电池在工作过程中,负极的质量逐渐减小
D.银锌纽扣电池中,Zn在工作过程中被还原
4.(2025江苏扬州月考)碱性锌锰电池的总反应是:Zn+2MnO2+2H2O 2MnO(OH)+Zn(OH)2,电解质为KOH。下列说法正确的是( )
A.MnO2发生了氧化反应
B.Zn为电池正极
C.当反应消耗0.65 g Zn时,有0.01 mol电子发生转移
D.电池中OH-向负极迁移
5.(2024江苏扬州仪征中学月考)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+4KOH+2Fe(OH)3,下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2
B.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化
C.该电池为二次电池
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
题组二 燃料电池
6.(2024江苏扬州邗江中学期中)肼(N2H4)—空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。下列说法中正确的是( )
A.该电池放电时,通入O2的一极为负极
B.电池每释放1 mol N2转移的电子数为6 mol
C.电池工作一段时间后,电解质溶液中c(OH-)不变
D.正极的电极反应式是O2+2H2O+4e- 4OH-
7.(2025江苏南京阶段检测)Ⅰ.氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
(1)a电极的电极反应式是 。
(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,请依据反应原理解释原因: 。
Ⅱ.某燃料电池中,稀硫酸作电解质溶液,向其中一个电极通入甲醇(CH3OH),同时向另一个电极通入空气,此电池的正极反应式为 。
题组三 电解原理及其应用
8.(2025河南南阳第一中学月考)如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。下列有关判断正确的是( )
A.a为负极,b为正极
B.a为阳极,b为阴极
C.电解过程中,d电极质量增加
D.电解过程中,溶液中氯离子浓度不变
9.(2025河北石家庄段考)如下图所示,A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuSO4溶液。
(1)A、B两个装置中属于原电池的是 (填字母,下同),属于电解池的是 。
(2)A中Zn是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;Cu电极的电极反应式为 ;A中总反应的离子方程式为 。
(3)B中左边C是 极,发生 (填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为 ;B中总反应的化学方程式为 。
能力提升练
题组一 原电池正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2024四川南充期中)甲烷燃料电池以熔融碳酸盐(K2CO3、Li2CO3)为电解质,该电池工作原理如图所示。
下列说法错误的是( )
A.负极的电极反应式为CH4-8e-+2H2O CO2+8H+
B.标准状况下,消耗22.4 L CH4转移的电子数目为8NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
C.正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C
D.电池工作时,向通入a的一极迁移
2.(易错题)(2025天津市实验中学月考)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( )
A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移
B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2 ZnMn2O4
C.放电时,主要发生的正极反应为MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-
D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.02 mol MnOOH
3.(2025河北保定阶段检测)如图是新型镁—锂双离子二次电池,下列关于该电池的说法不正确的是( )
A.放电时,Li+由左向右迁移
B.放电时,正极的电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4
C.放电时,镁作正极
D.充电时,外加电源的正极与 Y 相连
4.(甄选真题)(2023广东高考)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.Ag作原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl-
5.(2024河南周口太康一中月考)(1)下图是某化学兴趣小组探究化学能转变为电能的装置。
若电极a为Zn、电极b为Ag、c为CuSO4溶液,开始时a电极与b电极质量相等,当电路中转移0.2 mol电子时,a电极与b电极质量差为 g。
(2)燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂(如O2)反应所放出的化学能直接转化为电能。CH4燃料电池工作时电子流向如图所示。
电极A的电极反应式为 ,电极A附近pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器,该电池的电极材料分别为锂和碳,电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2 4LiCl+S+SO2↑。已知SOCl2会与水反应生成有刺激性气味的气体:SOCl2+H2O 2HCl↑+SO2↑。该电池正极的电极反应式为 ;组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是
。
题组二 新型燃料电池
6.(2025河北保定期中)固体氧化物电池的工作原理如图所示。该电池用辛烷(C8H18)作燃料,电池中间部分的固体氧化物可传递O2-,下列说法正确的是( )
A.电池工作时,氧气发生氧化反应
B.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.电子由b电极经外电路流向a电极
D.电池的总反应为2C8H18+25O2 16CO2+18H2O
7.(2024广西钦州月考)一种水煤气(主要成分为CO和H2)燃料电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.若电池的能量利用率为90%,则通入224 L水煤气[n(CO)∶n(H2)=1∶1]时,电路中转移9 mol电子
B.固体超强酸中的H+在放电时向正极移动,正极反应式为O2+4H+-4e-2H2O
C.电路中通过4 mol电子,正极消耗标准状况下22.4 L空气
D.负极反应式为H2-2e- 2H+、CO-2e-+H2O CO2+2H+
8.(2025山东潍坊外国语学校质量检测)热电厂尾气经处理得到较纯的SO2,SO2可用于生产硫酸,其工作原理如图所示。电池工作时,下列说法不正确的是( )
A.电极b附近溶液pH变大
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式为SO2-2e-+2H2O 4H++S
D.一段时间后,a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量相等
答案与分层梯度式解析
专题6 化学反应与能量变化
第三单元 化学能与电能的转化
第2课时 化学电源
基础过关练
1.B 镍氢电池、锂离子电池为二次电池,锌锰干电池为一次电池,A错误;氢氧燃料电池的产物不污染环境,B正确;铅蓄电池放电时正极材料是PbO2,发生还原反应,负极材料是Pb,发生氧化反应,C错误;铅蓄电池充电时将电能转化为化学能,D错误。
2.A 电池以镁片、活性炭为电极,结合电池反应2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2 ,知反应前后Mg的化合价升高,则该原电池中Mg失电子,镁片作负极,A错误;该原电池中食盐水作为电解质溶液,B正确;电池工作时Mg失电子形成Mg(OH)2,即电池工作时镁片逐渐被消耗,C正确;原电池工作时化学能转化为电能,D正确。
3.A 碱性锌锰电池工作时,Zn为负极,失电子,MnO2为正极,得电子,MnO2作氧化剂,A正确;电子无法经过电解质溶液,B错误;铅蓄电池工作时,负极上Pb失电子,结合S生成PbSO4,负极质量逐渐增大,C错误;银锌纽扣电池工作时,Zn作负极,失电子,被氧化,D错误。
4.D 该反应中,MnO2得电子,Mn的化合价从+4价降低到+3价,MnO2发生还原反应,A错误;Zn失电子转化为氢氧化锌,Zn为电池负极,B错误;反应消耗0.65 g Zn(即0.01 mol),转移电子0.02 mol,C错误;原电池中,电解质溶液中的阴离子向负极移动,D正确。
5.B 该电池放电时,Zn失电子作原电池负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2,A正确;放电时,Fe元素化合价由+6价降为+3价,即每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被还原,B错误;该电池可以充电和放电,属于二次电池,C正确;放电时正极反应式为Fe+3e-+4H2O 5OH-+Fe(OH)3,即正极附近溶液的碱性增强,D正确。
6.D 该燃料电池工作时,通入肼的电极是负极,通入O2的电极是正极,A错误;结合负极反应式N2H4-4e-+4OH- N2+4H2O,可知电池每释放1 mol N2转移的电子数为4 mol,B错误;电池正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,由正、负极反应式可知,电池工作一段时间后,由于水的生成,电解质溶液中c(OH-)减小,C错误,D正确。
7.答案 Ⅰ.(1)2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O
(2)电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得电解质溶液逐渐变稀,一段时间后需要补充KOH
Ⅱ.O2+4e-+4H+ 2H2O
解析 Ⅰ.(1)a电极通入的是NH3,NH3失去电子发生氧化反应,a电极作负极,电极反应式是2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。(2)一段时间后,需向装置中补充KOH,原因是电池总反应为4NH3+3O2 2N2+6H2O,有水生成,使得电解质溶液逐渐变稀,一段时间后需要补充KOH。
Ⅱ.该燃料电池中通入甲醇的电极为负极,正极通入的O2在酸性条件下被还原生成H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O。
名师点睛 解答燃料电池题目的三个关键点
(1)要注意介质是什么,是电解质溶液、熔融电解质还是固体氧化物。
(2)通入负极的物质是燃料,失去电子;通入正极的物质一般是氧气,得到电子。
(3)通过介质中离子的移动方向可判断电池的正、负极,阳离子移向正极,阴离子移向负极;同时要考虑介质中离子是否参与电极反应。
8.C 电流从直流电源的正极流出,因此a为电源正极,b为电源负极,c为阳极,d为阴极;电解CuCl2溶液,阳极(c电极)的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极(d电极)的电极反应式为Cu2++2e-Cu,故C项正确。
9.答案 (1)A B
(2)负 氧化 Zn-2e-Zn2+ Cu2++2e-Cu Zn+Cu2+Zn2++Cu
(3)阴 还原 Cu2++2e-Cu 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑
解析 (1)电解池有外接电源而原电池没有,B属于电解池,A属于原电池。
(2)锌比铜活泼,Zn是负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu;A中总反应的离子方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu。
(3)B是电解池,左边C和电源负极相连,是阴极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu;B中总反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑。
能力提升练
1.A 电子流出的一极为负极,即通入a的电极为负极,a为甲烷,电极反应式为CH4-8e-+2H2O;右侧电极为正极,通入O2和CO2,电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C。由上述分析可知,A错误;标准状况下,22.4 L CH4的物质的量为1 mol,由负极反应式CH4-8e-+4C 5CO2+2H2O可知,消耗1 mol CH4转移的电子数目为8NA,B正确;正极的电极反应式为O2+2CO2+4e- 2C,C正确;电池工作时向负极迁移,D正确。
归纳总结 燃料电池电极反应式书写一般规律
反应条件 负极反应式 (以CH3OH为例) 正极反应式 (以O2为例)
酸性条件 CH3OH+H2O-6e- CO2+6H+ O2+4H++4e- 2H2O
碱性条件 CH3OH+8OH--6e- C+6H2O O2+2H2O+4e- 4OH-
熔融碳 酸盐 CH3OH+3C -6e- 4CO2 + 2H2O O2+2CO2+4e-2C
2.C 电池放电时MnO2电极为正极,Zn电极为负极,充电时MnO2电极为阳极、Zn电极为阴极(破题关键)。电解池中阳离子向阴极迁移,即充电时Zn2+向阴极方向迁移,A不正确;充电时Zn2+在阴极得到电子生成Zn,在阳极MnOOH和少量ZnMn2O4失电子生成MnO2,B不正确;放电时MnO2电极为正极,正极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4,正极上主要发生的电极反应是MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-,C正确;放电时,Zn电极质量减少0.65 g(物质的量为0.01 mol),电路中转移0.02 mol电子,由正极的主要反应MnO2+H2O+e- MnOOH+OH-可知,若正极的还原产物只有MnOOH,则生成MnOOH的物质的量为0.02 mol,但是正极的还原产物还有ZnMn2O4,故生成MnOOH的物质的量小于0.02 mol(易错点),D不正确。
3.C 放电时,Mg电极失电子,Mg电极为负极,右侧电极为正极(破题关键),故C错误; 放电时,阳离子移向正极,所以放电时Li+由左向右迁移,故A正确;放电时正极电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe- LiFePO4,故B正确;充电时,外加电源的正极与二次电池的正极相连,所以充电时外加电源的正极与Y相连,故D正确。
4.B O2在Pt上得电子发生还原反应,Pt为正极,Ag为负极,A错误;电子由Ag经活性炭流向Pt,B正确;溶液呈酸性,正极的电极反应为O2+4H++4e- 2H2O,C错误;每消耗标准状况下11.2 L O2,转移电子2 mol,根据负极反应Ag-e-+Cl- AgCl可知,最多去除2 mol Cl-,D错误。
5.答案 (1)12.9
(2)CH4-8e-+10OH- C+7H2O 减小
(3)2SOCl2+4e- 4Cl-+S+SO2↑ 锂是活泼金属,易与水和O2反应,SOCl2也可与水反应
解析 (1)该装置为原电池,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,Ag为正极,电极反应式为Cu2++2e- Cu,当电路中转移0.2 mol电子时,负极溶解0.1 mol Zn,正极析出0.1 mol Cu,则a电极与b电极质量差为0.1 mol×64 g·mol-1+0.1 mol×65 g·mol-1=12.9 g。(2)结合电子流向可知,电极A为负极,CH4在碱性条件下发生氧化反应生成C,电极反应式为CH4-8e-+10OH- C+7H2O,电极A附近溶液的pH减小。(3)根据电池总反应4Li+2SOCl2 4LiCl+S+ SO2↑可知,Li在负极发生氧化反应,SOCl2在正极发生还原反应,正极反应式为2SOCl2+4e- 4Cl-+S+SO2↑;由于锂为活泼金属,易与水和O2反应,SOCl2也可与水反应,故组装该电池必须在无水、无氧条件下进行。
6.D 通入氧气的b电极为正极,O2发生还原反应,A错误;电解质为固体氧化物,可以传递O2-,故正极反应式为O2+4e- 2O2-,B错误;通入辛烷(C8H18)的a电极为负极,电子由a电极经外电路流向b电极,C错误。
7.D 没有明确是否为标准状况,224 L水煤气的物质的量不一定是10 mol,不能计算电路中转移电子的物质的量,A错误;电池工作时,阳离子向正极移动,放电时固体超强酸中H+向正极移动,正极反应式为4H++O2+4e- 2H2O,B错误;由正极反应式可知,电路中通过4 mol电子时,正极消耗标准状况下22.4 L O2,C错误;负极H2和CO失电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e- 2H+、CO-2e-+H2O CO2+2H+,D正确。
8.D 该装置为原电池,由图可知,硫元素化合价升高,SO2失电子,故a极为负极,b极为正极。电极b上氧气得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,b极附近溶液pH变大,A正确;电极b为正极,溶液中H+由a极区向b极区迁移,B正确;电极a为负极,SO2失去电子,被氧化为S,电极反应式为2H2O+SO2-2e- S+4H+,C正确;电池总反应为2H2O+2SO2+O2 2H2SO4,故一段时间后,a极消耗的SO2与b极消耗的O2物质的量之比为2∶1,D错误。
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