《创新课堂》第六章 3 第一节 第3课时 课后达标 素养提升 讲义（教师版）化学必修二人教版

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1．下列电池不属于二次电池的是(　　)
答案：D
2．一种氢氧燃料电池以H2为燃料，O2为氧化剂，电解质溶液是溶质质量分数为30%的KOH溶液。下列叙述正确的是(　　)
A．H2在电池负极发生还原反应
B．使用一段时间后KOH溶液中溶质质量分数仍为30%
C．电池的能量转化率可达100%
D．1 mol O2在正极参与反应时得到4 mol电子
解析：选D。H2是还原剂，通入H2的电极是负极，H2失去电子发生氧化反应，A错误；氢氧燃料电池的总反应为2H2 ＋O2===2H2O，反应生成的水将氢氧化钾溶液稀释，B错误；燃料电池的能量利用率高，但不可能达到100%，总有一部分化学能转化为热能，C错误；O2是氧化剂，反应中氧元素化合价从0价降低为－2价，1个O2分子可得到4个电子，故1 mol O2在正极参与反应时得到4 mol电子，D正确。
3．(2024·温州高一统考)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，结构如下图所示。工作时电池总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。下列说法正确的是(　　)
A．PbO2发生氧化反应
B．Pb电极反应式：Pb－2e－===Pb2＋
C．电池工作时，溶液酸性增强
D．电池工作时，电子由Pb电极流向PbO2电极
解析：选D。由放电时总反应可知，PbO2作为电池的正极，电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，PbO2发生还原反应，故A错误；Pb元素的化合价由0价升高为＋2价，失电子作为负极，电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，故B错误；电池放电时，消耗硫酸，生成水，溶液酸性减弱，故C错误；电池工作时，电子由负极流向正极，即电子由Pb电极流向PbO2电极，故D正确。
4．某种鱼雷采用Al-Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH＋3H2O===6Ag＋2K[Al(OH)4]。下列说法错误的是(　　)
A．Ag2O为电池的正极
B．Al在电池反应中被氧化
C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
D．溶液中的OH－向Al极迁移
解析：选C。A项，根据原电池工作原理，Al元素化合价升高，失电子，故铝单质为负极，Ag2O为正极，正确；B项，根据电池总反应，铝元素的化合价升高，被氧化，正确；C项，根据原电池工作原理，外电路中电子从负极流向正极，即由Al极流向Ag2O极，错误；D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向Al极，正确。
5．潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电极b是负极
B．电极a上发生氧化反应
C．电解质溶液中OH－向电极b移动
D．电极b的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析：选B。由题图可知，电极a为燃料电池的负极，碱性条件下，液氨在负极上失去电子，发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为2NH3(l)－6e－＋6OH－===N2↑＋6H2O；电极b为正极，液氧在正极得到电子，发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。燃料电池工作时，电解质溶液中阴离子OH－向负极(电极a)移动。
6．小明利用家中废旧材料制作了一个可使玩具扬声器发出声音的电池，装置如下图所示。下列有关该电池工作时的说法不正确的是(　　)
A．木炭棒是正极材料，发生还原反应
B．电子流向为铝制汽水罐→导线→扬声器→导线→木炭棒
C．食盐水中的Na＋向木炭棒移动
D．木炭棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选D。该原电池的负极是活泼金属铝，易被腐蚀，发生失电子的氧化反应，木炭棒是正极材料，发生还原反应，故A正确；在原电池中，电子从负极流向正极，即该原电池的电子流向为铝制汽水罐→导线→扬声器→导线→木炭棒，故B正确；原电池中，电解质溶液里的阳离子Na＋移向正极，即移向浸透食盐水的木炭棒，故C正确；木炭棒上发生得电子的还原反应，在中性环境下，发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故D错误。
7．(2024·武汉高一检测)通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量，工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．Pt电极上发生的是氧化反应
B．外电路中，电子从Pt电极流向NiO电极
C．NiO电极上的电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2
D．Pt电极上的反应产物是H2O
解析：选C。由离子的定向移动可知，NiO电极为原电池的负极， Pt电极为原电池的正极，发生还原反应，A错误；NiO电极为原电池的负极，外电路中，电子从NiO电极流向Pt电极，B错误；NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮，电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，C正确；Pt电极为原电池的正极，电极反应产物是O2－，D错误。
8．(2024·南通高一期末)科学家利用三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiO(OH)二次电池，结构如下图所示，隔膜只允许OH－通过。电池反应为Zn＋2NiO(OH)＋H2OZnO＋2Ni(OH)2。下列说法不正确的是(　　)
A．3D-Zn具有较大的表面积，有利于沉积ZnO
B．放电时，每沉积0.1 mol ZnO，有0.1 mol OH－通过隔膜
C．放电时正极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
D．放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
解析：选B。根据电池反应中元素化合价变化可知，放电时3D-Zn电极为负极，NiO(OH)电极为正极，电解质溶液呈碱性，负极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，正极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。A．三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)为多孔结构，具有较大的表面积，有利于沉积ZnO，故A正确；B．放电时，由负极反应Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O可知，每沉积0.1 mol ZnO，有0.2 mol OH－通过隔膜，故B不正确；C．由分析可知，放电时正极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，故C正确；D．由分析知，放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，故D正确。
9．(1)科研人员设想用如图甲所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应式为_______________________________________
________________，b电极是________极，电极反应式为___________________________________________________________，
生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)电极区域移动。
②该小组同学反思原电池的工作原理，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．原电池装置一定需要两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
(2)CO与H2反应可以制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组合形成的原电池如图乙所示，质子交换膜(只允许H＋通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，电极c为________(填“正极”或“负极”)，电极c的反应式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
当电池中有1 mol e－发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为________g (假设反应物耗尽，忽略气体的溶解)。
解析：(1)①根据装置图甲可知，a电极通入SO2，SO2发生失电子的氧化反应，b电极通入O2，O2发生得电子的还原反应，因此生产硫酸的总反应式为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，b电极是正极，O2在酸性条件下得电子生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，原电池中阳离子向正极移动，则生产过程中H＋向b电极区域移动。②原电池反应的过程中一定有电子发生转移，A项错误；原电池装置不一定需要两个活泼性不同的金属电极，也可以是导电的非金属电极，B项错误；原电池中电极可以参加反应，如铜、锌、稀硫酸组成的原电池中，锌电极参加反应，C项错误；原电池中氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生，D项正确。(2)根据装置图乙可知，电子从电极c流出，故电极c是负极，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，所以CH3OH在负极发生失去电子的氧化反应转化为CO2，电极c的反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋；当电池中转移1 mol电子时，左侧溶液质量减轻×12 g＝2 g，还有1 mol H＋通过质子交换膜进入右侧，质量减少1 g，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，右侧质量增加32 g×＝8 g，加上转移过来的1 g H＋，因此左右两侧溶液的质量之差为8 g＋1 g＋2 g＋1 g＝12 g。
答案：(1)①2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4　正　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　b　②D
(2)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　12
10．(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较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＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：
①高铁电池的负极材料是________。
②放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应。已知正极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－，则负极反应式为___________________________________________________________。
③放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
(2)锂锰电池的工作原理如右图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质转移到MnO2晶格中生成LiMnO2。
①外电路的电流方向是由________极流向________极。(填字母)
②正极材料是________。
③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？________(填“是”或“否”)；原因是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析：(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应减去正极反应式得负极反应式，正极消耗水生成OH－，故正极附近溶液碱性增强。(2)①该电池中Li失去电子生成Li＋，所以a极是负极，b极是正极，外电路中的电流方向由正极流向负极，即从b极流向a极。③不能用水代替电池中的混合有机溶剂，因为Li是活泼金属，与水反应，无法参与原电池反应，不能产生电流。
答案：(1)①Zn　②还原　Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2　③正　(2)①b　a　②MnO2　③否　电极Li是活泼金属，能与水反应
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11．下列有关化学电池的叙述不正确的是(　　)
　　
　　
A．图Ⅰ所示电池工作时，锌粉失电子
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，电解质溶液中的SO移向Pb极
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，正极发生氧化反应
D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
解析：选C。A．该电池反应中，锌粉失电子被氧化，故A正确；B．铅酸蓄电池放电时为原电池，电解质溶液中的阴离子移向负极，即SO移向Pb极，故B正确；C．该装置为原电池，Fe为负极，Cu为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故C错误；D．在原电池中，正极得电子发生还原反应，Ag2O是氧化剂，被还原为Ag，故D正确。
12．(2024·黔东南高一月考)Li-FeS2电池是综合性能很好的一种电池，工作原理如右图所示。已知电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是(　　)
A．Li为电池的正极，发生氧化反应
B．电流由Li经负载流向FeS2
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．负极的电极反应为Li＋e－===Li＋
解析：选C。根据电池放电时的总反应可知，Li元素化合价升高，发生氧化反应，Li为电池负极，A错误；Li为负极，电流应从正极流出，B错误；FeS2为正极，电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－，C正确；Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，D错误。
13．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。下列叙述正确的是(　　)
A．电路中的电子从负极经外电路移向正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路
B．a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为电能
C．电池放电后，电解质溶液中OH－的物质的量浓度不变
D．通入O2的电极发生反应：O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－
解析：选D。A．电路中的电子从负极经外电路移向正极，但是电子不经过KOH溶液，故A不正确；B．由外电路中电子的移动方向可知，a是负极、b是正极，故a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为光能，故B不正确；C．电池放电后，电池反应产物是水，故 OH－的物质的量浓度减小，故C不正确；D．通入O2的电极为正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D正确。
14．我国科学家设计的“海泥电池”，既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利于海洋环境污染治理，其中微生物代谢产物显酸性，电池工作原理如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．A电极为正极
B．微生物代谢反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
C．B电极的电极反应式为HS－＋2e－===S＋H＋
D．质子从海水层通过交接面向海底沉积层移动
解析：选A。由题图可知，A电极上O2得电子转化为H2O，A电极为正极，B电极上HS－失电子转化为S，B电极为负极。由分析可知，A正确；微生物代谢反应为SO＋2CH2O＋H＋===HS－＋2CO2＋2H2O，该反应中SO得电子，为氧化剂，CH2O失电子，为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，B错误；B电极为负极，电极反应式为HS－－2e－===S＋H＋，C错误；原电池中阳离子向正极移动，故质子从海底沉积层通过交接面向海水层移动，D错误。
15．(2024·邯郸高一调研)化学电源在生产、生活中有着广泛的应用。回答下列问题：
甲
(1)铅酸蓄电池是常见的二次电池，工作原理如图甲所示。放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4。
①写出放电时正极的电极反应式：
___________________________________________________________
___________________________________________________________。
②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，正极质量将增大________g。
(2)金属(M)-空气电池(如图乙所示)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。　
eq \o(\s\up8(),\s\do8(乙))
已知：①电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。
②阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。
以Mg、Al、Zn分别作为电极时，“理论比能量”由大到小的顺序为________________；该电池正极的电极反应式为
___________________________________________________________；
若为Mg-空气电池，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用________(填“阳离子”或“阴离子”)交换膜。
解析：(1)①根据放电总反应式Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O和负极电极反应式Pb－2e－＋SO===PbSO4，得正极电极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。②铅酸蓄电池放电一段时间，当转移2 mol电子时，根据PbO2～2e－～PbSO4，正极质量将增大(32＋16×2) g＝64 g。(2)假设三种金属质量都是1 g时，这三种金属转移电子的物质的量分别为Mg： mol×2＝ mol、Al： mol×3＝ mol、Zn： mol×2＝ mol，因此以Mg、Al、Zn分别作为电极时，“理论比能量”由大到小的顺序为Al>Mg>Zn；正极上氧气得电子和水反应生成OH－，因为是阴离子交换膜，所以阳离子不能进入正极区域，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；若为Mg-空气电池，负极上Mg失电子生成Mg2＋，为防止负极区沉积Mg(OH)2，负极区溶液不能含有大量OH－，所以宜采用中性电解质及阳离子交换膜。
答案：(1)①PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O　②64
(2)Al>Mg>Zn　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　阳离子