高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池优质习题ppt课件

第四章化学反应与电能

第一节　原电池

第2课时　化学电源

课后篇素养形成

夯实基础轻松达标

1.下列有关电池的叙述正确的是(　　)

A.手机用的锂离子电池属于一次电池

B.锌锰干电池中,锌电极是负极

C.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被还原

D.太阳能电池的主要材料为二氧化硅

解析手机用的锂离子电池属于二次电池,A项错误;锌锰干电池中锌失去电子,发生氧化反应,作负极,B项正确;氢氧燃料电池工作时,氢气在负极失电子被氧化,C项错误;太阳能电池的主要材料为硅,光导纤维的主要材料是二氧化硅,D项错误。

答案B

2.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染,其电池总反应为2Zn+O22ZnO,原料为锌粒、空气和电解质溶液。则下列叙述中正确的是(　　)

A.锌为正极,空气进入负极反应

B.电池中有1 mol 电子转移时消耗Zn的质量为65 g

C.正极发生氧化反应

D.电解质溶液肯定不是强酸溶液

解析因电池反应中有ZnO生成,故电解质溶液不可能为强酸溶液,否则ZnO会溶解。

答案D

3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,故得到广泛应用。锌锰碱性电池以KOH溶液为电解液,电池总反应式为Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)Zn(OH)2(s)+2MnO(OH)(s)。

下列说法错误的是(　　)

A.电池工作时,锌失去电子

B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-2MnO(OH)(s)+2OH-(aq)

C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极

D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g

解析根据题意,该电池的负极材料是锌。电池工作时,锌本身失去电子而发生氧化反应,失去的电子由负极通过外电路移向正极;正极上,MnO2获得电子发生还原反应生成MnO(OH):2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-。反应中,外电路每通过0.2 mol电子,消耗掉0.1 mol锌,质量为6.5 g。

答案C

4.(2019浙江4月选考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)

A.甲:Zn2+向Cu电极方向移动,Cu电极附近溶液中H+浓度增加

B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄

D.丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降

解析Zn比Cu活泼,为负极,Zn失电子变Zn2+,电子经导线转移到铜电极,铜电极负电荷变多,吸引了溶液中的阳离子,因而Zn2+和H+迁移至铜电极,H+氧化性较强,得电子变H2,因而Cu极附近溶液中c(H+)减小,A项错误;Ag2O作正极,得到来自Zn失去的电子,被还原成Ag,结合KOH作电解质溶液,故电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,B项正确;Zn为较活泼电极,作负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,锌溶解,因而锌筒会变薄,C项正确;铅酸蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,可知放电一段时间后,H2SO4不断被消耗,因而电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降,D项正确。

答案A

5.如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H+)和电子,电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH+3O22CO2+4H2O。下列有关该电池的说法错误的是(　　)

A.右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气

B.左边的电极为电池的负极,a处通入的是甲醇

C.电池负极的反应式为2CH3OH+2H2O-12e-2CO2+12H+

D.电池正极的反应式为3O2+12H++12e-6H2O

解析在电解质溶液中,阳离子从负极移向正极。从质子通过的方向可知,a处通入的为甲醇,为原电池的负极;b处通入的为空气,为原电池的正极。

答案A

6.高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能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。下列叙述不正确的是(　　)

A.放电时负极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2

B.充电时阳极反应:Fe(OH)3+5OH--3e-Fe+4H2O

C.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化

D.放电时正极附近溶液的碱性增强

解析该电池放电时,负极发生氧化反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,正极发生还原反应:Fe+4H2O+3e-Fe(OH)3+5OH-,正极附近溶液碱性增强,A、D正确,C不正确;充电时阳极发生氧化反应:Fe(OH)3+5OH--3e-Fe+4H2O,B正确。

答案C

7.下面是几种常见的化学电源示意图,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,锌筒被破坏

C.铅酸蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减小207 g

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

解析在干电池中,Zn作负极,逐渐溶解,B项正确。铅酸蓄电池工作时,负极反应为Pb+S-2e-PbSO4,电极质量增大,C项错误。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂储藏在电池内,且工作的最终产物是水,故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D项正确。

答案C

8.目前人们正研究开发一种高能电池——钠硫电池,它以熔融的钠、硫为两极,以Na+导电的β″-Al2O3陶瓷作固体电解质,反应为2Na+xSNa2Sx。以下说法正确的是(　　)

A.放电时,钠作正极,硫作负极

B.放电时,Na+向负极移动

C.充电时,钠极与外电源正极相连,硫极与外电源的负极相连

D.放电时,负极发生的反应是:2Na-2e-2Na+

解析放电时,负极失去电子发生氧化反应,正极得到电子发生还原反应,故钠作负极,硫作正极,A错误;放电时,阳离子向正极移动,B错误;充电时,钠极(负极)与外电源的负极相连,硫极(正极)与外电源的正极相连,C错误;放电时,负极发生失电子的氧化反应,D正确。

答案D

9.经过长时间的研发和多次展示后,科技工作者开发出了甲醇燃料电池,该电池反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O。请回答下列问题:

(1)该燃料电池的电解质是　　　　　。  

(2)由电池反应可知,放电时该电池的负极反应物为　　　　　,该物质发生　　　　　反应,负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　。  

(3)电池使用过程中,当有0.5 mol电子转移时,消耗甲醇的质量是　　　　 g(结果保留两位小数)。  

(4)放电一段时间后,通入O2的电极附近溶液的pH　　　　(填“升高”“不变”或“降低”)。 

解析(1)由电池反应可知,该电池的电解质是KOH。

(2)放电时负极上CH3OH发生氧化反应,正极上O2发生还原反应。正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,负极反应式为CH3OH+8OH--6e-C+6H2O。

(3)根据关系式CH3OH~6e-可知转移0.5 mol电子时,消耗甲醇约2.67 g。

(4)根据放电时正极的电极反应式可知,放电一段时间后,通入氧气的电极附近溶液的碱性增强,pH升高。

答案(1)KOH

(2)CH3OH(或甲醇)　氧化　CH3OH+8OH--6e-C+6H2O

(3)2.67　(4)升高

提升能力跨越等级

1.(2019江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是(　　)

A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0

B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023

D.反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和

解析氢气与氧气反应生成水是可自发进行的放热的反应,ΔH<0,A项正确;氢氧燃料电池的负极反应为氧化反应,应是氢气在负极放电,B项错误;常温常压下,Vm大于22.4 L·mol-1,若常温常压下氢氧燃料电池消耗的氢气体积为11.2 L,则n(H2)<0.5 mol,转移电子数目小于6.02×1023,C项错误;反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的ΔH=反应中断裂旧共价键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和,D项错误。

答案A

2.美国海军海底战事中心与麻省理工学院共同研制成功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(　　)

A.电池的负极反应为Mg-2e-Mg2+

B.电池工作时,H+向负极移动

C.电池工作一段时间后,溶液的pH增大

D.电池总反应式是Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O

解析Mg-H2O2燃料电池中Mg作负极,电极反应为Mg-2e-Mg2+,Pt作正极,电极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,消耗H+,使溶液中c(H+)减小,pH增大,原电池中阳离子移向正极,即H+移向正极。

答案B

3.我国科学家发明的一种可控锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。

下列有关说法不正确的是(　　)

A.电池工作时,电子的流向:锂电极→导线→石墨电极

B.水既是氧化剂又是溶剂,有机电解质可用水溶液代替

C.电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑

D.该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气

解析A项,锂电极为负极,碳电极为正极,电子从负极流出,经导线流向正极,正确;B项,负极材料锂能与水反应,不可用水溶液代替有机电解质,错误;C项,电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,正确;D项,由电池总反应知,该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气,正确。

答案B

4.(2019全国Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)

A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能

B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+

C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3

D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动

解析该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。

答案B

5.(双选)乙烯催化氧化成乙醛(CH3CHO)可设计成如图所示的燃料电池,下列说法正确的是(　　)

A.每有0.1 mol O2反应,则迁移H+ 0.4 mol

B.正极反应式为CH2CH2-2e-+2OH-CH3CHO+H2O

C.电子移动方向:电极a→导线→电极b

D.该电池为可充电电池

解析根据O2+4H++4e-2H2O知,每有0.1 mol O2反应,则迁移H+ 0.4 mol,A项正确;正极上氧气得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误;放电时电子从电极a沿导线流向电极b,C项正确;充电时,不能生成乙烯和氧气,故该电池不是可充电电池,D项错误。

答案AC

6.(2018全国Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液,钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料,电池的总反应为:3CO2+4Na2Na2CO3+C,下列说法错误的是(　　)

A.放电时,Cl向负极移动

B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2

C.放电时,正极反应为:3CO2+4e-2C+C

D.充电时,正极反应为:Na++e-Na

解析放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2C+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。

答案D

7.某新型可充电电池能长时间保持稳定的放电电压,该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。

(1)放电时负极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)充电时Fe(OH)3发生　　　　反应。 

(3)放电时电子在外电路由　　　极流向　　　　极(填“正”或“负”)。 

(4)放电时1 mol K2FeO4发生反应,转移电子数是　　　　　　　。 

解析放电时锌在负极发生氧化反应,电极反应是Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;电子由负极流出,通过外电路流向正极;每1 mol K2FeO4发生反应,转移电子3 mol,其数目为1.806×1024;充电时Fe(OH)3失去电子发生氧化反应。

答案(1)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2　(2)氧化　(3)负　正　(4)1.806×1024

8.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,电解液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。

请回答下列问题:

(1)电池的负极材料为　　　　　　,发生的电极反应为　                                  。 

(2)电池正极发生的电极反应为                                      　。 

(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,反应的化学方程式为　 　。 

(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 　                                          。 

解析(1)分析反应中元素的化合价变化,可得Li为还原剂(作负极),失电子:Li-e-Li+。

(2)SOCl2为氧化剂,得电子,从题给电池反应可推出产物为Cl-、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。

(3)题中已给出信息:碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,进而推出现象。

答案(1)Li　Li-e-Li+

(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑

(3)出现白雾,有刺激性气味气体生成　SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑

(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应

贴近生活拓展创新

设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。

限选材料:ZnSO4(aq)、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、铜片、铁片、锌片和导线。

(1)完成原电池甲的装置示意图,并作相应标注。

甲

要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。

(2)铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　　　,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

解析(1)金属活动性:Zn>Fe>Cu,根据带盐桥原电池的工作原理,ZnSO4(aq)/Zn(左)—CuSO4(aq)/Cu(右)、FeSO4(aq)/Fe(左)—CuSO4(aq)/Cu(右)和ZnSO4(aq)/Zn(左)—FeSO4(aq)/Fe(右),都能构成符合要求的原电池。

(2)根据无盐桥原电池的工作原理,Zn(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)、Fe(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极),都能构成符合题目要求的原电池。在这样的原电池中,负极金属失去电子被氧化,溶液中的Cu2+移向正极,在正极上被还原为Cu。

(3)在原电池甲中,负极不与CuSO4溶液直接接触,所发生的化学反应只有原电池反应;而在原电池乙中,负极与CuSO4溶液直接接触,所发生的化学反应除原电池反应以外,还有非原电池反应,因此,在原电池甲和乙中,甲可更有效地将化学能转化为电能。

答案(1)

(2)电极逐渐溶解

(3)甲　原电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;原电池甲的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应,化学能在转化为电能的过程中损耗较小