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苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 化学能与电能的转化第2课时随堂练习题
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这是一份苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 化学能与电能的转化第2课时随堂练习题，共16页。试卷主要包含了下列说法中正确的是，下列判断正确的是等内容，欢迎下载使用。
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
1.(2021浙江杭州高一下月考)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新型电池
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.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)下列说法中正确的是 ( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池
③锂离子电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④
C.①②③ D.①③④
题组二 常见的化学电源
3.下列电池工作时,O2在正极得电子的是 ( )
A
B
C
D
锌锰干电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
4.现有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.铅蓄电池放电时,铅被还原
D.氢氧燃料电池中负极通入氢气,发生氧化反应
5.(2020江苏苏州高一下期中)氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是 ( )
A.该电池中电极a是正极
B.外电路中电子由电极a通过导线流向电极b
C.该电池的正极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.该电池的总反应为2H2+O22H2O
6.(2020安徽合肥高一下期中)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)、氧化剂(如氧气)起反应将化学能转化为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 ( )
A.负极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
B.负极反应式:CH4+8OH--8e- CO2+6H2O
C.电池放电时溶液中氢氧根离子的浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
7.(2021湖南常德一中高一下月考)某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上,该电池用30% H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法中,不正确的是 ( )
A.该电池的总反应为2H2+O22H2O
B.该装置中发生化学反应,实现了电能到化学能的转化
C.正极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O
D.氢氧燃料电池不仅能量转化率高,而且产物是水,属于环境友好型电池
8.(2020山东泰安第一中学高一下期中)镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。研究的燃料电池可分为镁—空气燃料电池、镁—海水燃料电池、镁—过氧化氢燃料电池、镁—次氯酸盐燃料电池。如图为镁—次氯酸盐燃料电池的工作原理图,下列有关说法不正确的是 ( )
A.放电过程中OH-移向正极
B.电池的总反应为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2↓+Cl-
C.镁燃料电池中镁均为负极,发生氧化反应
D.镁—过氧化氢燃料电池,酸性电解质溶液中正极反应式为H2O2+2H++2e-2H2O
9.(2020湖北孝感应城第一高级中学高一下月考)化学电池用途广泛,燃料电池具有能量转化率高、对环境友好等优点。燃料电池在工作时,从负极分别连续通入①H2、②CH4、③C2H5OH等,从正极连续通入④O2,在电池内部还有⑤KOH、⑥H2SO4等物质的溶液,反应生成⑦H2O、⑧CO2、⑨K2CO3等,同时产生电能。目前已研制成功铝—空气燃料电池,它可以代替汽油为汽车提供动力,也可用作照明电源。
(1)在上述短文标有序号的物质中,属于电解质的是 (填序号,下同);属于非电解质的是 ;和O3互为同素异形体的是 。
(2)写出上文有序号物质中一种盐的电离方程式: 。
(3)写出少量⑥的溶液滴加到⑨的溶液中的离子方程式: 。写出向⑨的溶液中通入⑧的化学方程式: 。
(4)铝—空气燃料电池反应原理是负极的金属Al在氯化钠溶液中与空气中的O2发生反应生成Al(OH)3,若负极有13.5 g Al参加反应,则正极消耗O2的质量为 g。
题组三 电解原理及其应用
10.(2021云南昆明高一下期中)下列判断正确的是 ( )
A.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行
B.放热反应一定可以设计成原电池
C.燃料电池的能量转化率可达到100%
D.锌锰干电池中石墨棒是负极,锌是正极
11.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则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,氯离子浓度不变
12.通过电解法能将CO2转变为有机化合物。如图所示是通过电解法由CO2制备FeC2O4的示意图,已知FeC2O4难溶于水,电解质不参与反应。下列说法正确的是 ( )
A.电极M所用材料为单质铁,b为负极,M电极发生氧化反应
B.若C2O42-在电解液中的迁移速率大于Fe2+的迁移速率,则应选用阳离子交换膜
C.该装置工作过程的总反应为2CO2+FeFeC2O4
D.若离子交换膜离子迁移的物质的量为1 mol,则消耗的CO2的物质的量也为1 mol
13.(2020四川广安代市中学高一下期末)电动汽车以锂离子电池提供动力,锂离子电池技术已经成为汽车研究的前沿科技。某锂离子电池的总反应为xLi+Li3-xNiCoMnO6 Li3NiCoMnO6,下列说法正确的是 ( )
A.该电池的充、放电过程互为可逆反应
B.充电时主要为化学能转化为电能
C.放电过程中,Li+向电池的正极移动
D.充电时,电池上标有“-”的电极与外接电源正极相连
14.(2020河北唐山第一中学高一下期中)如下图所示,A、B两个装置的烧杯分别盛有足量的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 正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2020江西宜春高安中学高一下期中,)下列说法不正确的是 ( )
A.由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池,其负极反应式为Zn-2e-Zn2+
B.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,其负极反应式为Fe-2e-Fe2+
C.由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池,其负极反应式为Al-3e-Al3+
D.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池,一般认为其负极反应式为Cu-2e-Cu2+
2.(2020江苏苏州高一下期中,)锌碘液流电池的工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
A.电极Y为电池的正极
B.溶液中的离子数目减少
C.电子由电极Y经外电路流向电极X
D.X上的电极反应式为I3--2e- 3I-
3.(2021江苏宿迁沭阳修远中学高一下月考,)微生物燃料电池是厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖),同时处理含Cu2+的废水,装置如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.M极为电池的负极
B.温度越高,电池工作效率越高
C.N极的电极反应式为Cu2++2e-Cu
D.电池工作时,废水中的阴离子总浓度降低
4.(2021浙江绍兴春晖中学高一下期中,)设NA为阿伏加德罗常数的值,如图是甲醇燃料电池的示意图,下列判断正确的是 ( )
A.电池工作时,溶液中的阴离子由B电极流向A电极
B.正极反应式为CH3OH+H2O+6e-CO2+6H+
C.电池工作时,溶液中的H+移向B极,电解质溶液的酸性增强
D.电池工作时,每消耗3.2 g甲醇,流经负载的电子总数为0.6NA
5.(2021安徽铜陵一中高一下月考,)任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等。
(1)用图甲、乙所示装置进行实验:
若反应过程中有0.4 mol电子转移,生成的氢气在标准状况下的体积为 。
(2)Mg、Al设计成如图所示原电池装置:
①若溶液为盐酸,Mg为 极。
②若溶液为氢氧化钠溶液,负极的电极反应式为 。
(3)已知2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484 kJ,且氧气中1 mol OO键完全断裂时吸收能量496 kJ,水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ,则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收的能量为 kJ。
(4)如图是氢氧燃料电池示意图:
该电池工作时,外电路中电子的流向为 (填“a→b”或“b→a”),正极的电极反应式为 。
题组二 新型燃料电池
6.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中,)锌—空气燃料电池有比能量高、容量大、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,放电时发生反应:2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e- [Zn(OH)4]2-
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大
C.放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1023
D.采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
7.(2020辽宁省实验中学高一下期中,)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应的生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 ( )
A.电极甲发生还原反应
B.电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C.电池总反应为N2H4+2O2 2NO+2H2O
D.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时,电极乙上有22.4 L O2参与反应
8.()微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 ( )
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
9.(2021浙江余姚中学高一下期中,)下图为新型水系电解质锂离子二次电池的结构示意,下列有关该电池的说法正确的是 ( )
A.图示离子的迁移方向为该电池在充电时的状态,外电路电子从左向右迁移
B.该电池充电时阴极的电极反应式为Li-e-Li+
C.锂离子导体陶瓷膜可用选择性阳离子交换膜代替,但无水有机电解液不能用水系电解液代替
D.当析出1 mol Cu时,有1 mol Li+从有机电解液迁移到水系电解液中,且pH增大
10.(2021江苏苏州五中高一月考,)世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁—空气电池,其结构如图所示。
下列有关该电池放电时的说法正确的是 ( )
A.a极发生氧化反应
B.正极的电极反应式为FeOx+2xe-Fe+xO2-
C.若有22.4 L(标准状况)空气参与反应,则外电路中有4 mol电子转移
D.铁表面发生的反应为xH2O(g)+FeFeOx+xH2
答案全解全析
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、锂离子电池为可充电电池,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是PbO2,发生还原反应,负极是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.B 燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,①正确;锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,②正确;锂离子电池是新一代可充电电池,③正确;燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功,④正确。
3.C 锌锰干电池中,O2不参与反应,A错误;铅蓄电池中,O2不参与反应,B错误;氢氧燃料电池的总反应是2H2+O22H2O,正极是O2得电子发生还原反应,C正确;镍镉电池中,O2不参与反应,D错误。
4.C 锌锰干电池是一次电池,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,A正确;在锌锰干电池中,Zn作负极,发生氧化反应,则长时间使用过程中锌筒被破坏,B正确;铅蓄电池放电时,负极反应式为Pb-2e-+SO42-PbSO4,铅被氧化,C错误;氢氧燃料电池中负极上通入氢气,失电子,发生氧化反应,D正确。
5.A 该电池中电极a通入氢气,氢气失去电子,发生氧化反应,电极a是负极,A错误;通入O2的电极为正极,即电极b为正极,电子从负极a沿导线流向正极b,B正确;通入氧气的电极为正极,由于氢离子移向正极,因此正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C正确;该电池的总反应为2H2+O22H2O,D正确。
6.D 甲烷在负极失电子,发生氧化反应,负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,A、B项错误;氧气在正极得电子,发生还原反应,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;电池总反应为CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O,故随着放电的进行,溶液中氢氧根离子的浓度减小,C项错误;放电时,溶液中的阴离子向负极移动,D项正确。
7.B 氢氧燃料电池负极发生氧化反应,电极反应式为2H2-4e-4H+,正极发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,总反应为2H2+O22H2O,A正确;该装置是原电池装置,实现了化学能到电能的转化,B错误;酸性环境下,正极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C正确;氢氧燃料电池不仅能量转化率高,而且产物是水,不会对环境造成污染,属于环境友好型电池,D正确。
8.A 镁燃料电池中镁作负极失电子,产物由电解质溶液决定,若为酸性溶液生成Mg2+,若为碱性溶液生成Mg(OH)2;ClO-在正极反应,由题图可知有Cl-和OH-生成,OH-向负极移动。
9.答案 (1)⑤⑥⑦⑨ ②③⑧ ④ (2)K2CO32K++CO32-
(3)H++CO32-HCO3- K2CO3+CO2+H2O2KHCO3 (4)12
解析 (1)题给物质为电解质的是KOH、H2SO4、H2O、K2CO3,为非电解质的是CH4、C2H5OH、CO2;与O3互为同素异形体的是O2。(2)题中有序号物质中属于盐的是K2CO3,电离方程式为K2CO32K++CO32- 。(3)少量H2SO4溶液滴加到K2CO3溶液中反应生成碳酸氢钾,反应的离子方程式为H++CO32-HCO3-;向K2CO3溶液中通入CO2,反应的化学方程式为K2CO3+CO2+H2O2KHCO3。(4)13.5 g Al的物质的量为13.5g27g/mol=0.5 mol,则失去电子1.5 mol,根据得失电子守恒,正极上消耗氧气的物质的量为1.5mol4=0.375 mol,消耗O2的质量为0.375 mol×32 g/mol=12 g。
10.A 充电和放电是电池反应向不同方向进行的过程,充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行,使电池恢复到放电前的状态,A正确;酸碱中和反应为放热反应,不能设计成原电池,B错误;燃料电池的能量转化率很高,但是不会达到100%,C错误;锌锰干电池中锌是负极,石墨棒是正极,D错误。
11.C 电流从电源的正极流出,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。
12.C CO2通入Pt电极发生还原反应生成C2O42-,则Pt电极为阴极,M电极为阳极,故M与电源的正极相连,M电极需产生Fe2+,所以M应该选用铁作电极,A错误;C2O42-在电解液中的迁移速率大于Fe2+的迁移速率,应选用阴离子交换膜,B错误;阴极上CO2被还原生成C2O42-,阳极上Fe被氧化生成Fe2+,故电池总反应为2CO2+FeFeC2O4,C正确;无论是生成1 mol Fe2+还是生成1 mol C2O42-,转移电子的物质的量均为2 mol,消耗CO2的物质的量也为2 mol,D错误。
13.C 对电池充电是在外接电源的情况下,使反应逆向进行,而放电是在没有外接电源的情况下自发进行的,二者进行的条件不同,充、放电也不是同时发生的,所以二者不互为可逆反应,A错误;充电时,电能转化为化学能,B错误;放电过程中,电池内部的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Li+向电池的正极移动,C正确;充电时,电池上标有“-”的电极与外接电源负极相连,D错误。
14.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)原电池和电解池的明显区别是电解池有外接直流电源,所以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.C 该原电池中,Zn作负极,Cu作正极,负极上Zn失电子生成Zn2+,负极反应式为Zn-2e-Zn2+,A正确;该原电池中,Fe易失电子作负极,Cu作正极,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,B正确;该原电池中,Al作负极,Mg作正极,负极反应式为Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O,C错误;常温下,Al遇浓硝酸发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,负极反应式为Cu-2e-Cu2+,D正确。
2.C Zn转化为Zn2+,Zn失电子,被氧化,则电极Y为电池的负极,电极X为电池的正极,A项错误;负极Zn→Zn2+,正极I3-→3I-,溶液中的离子数目增多,B项错误;电子由负极流向正极,即由电极Y经外电路流向电极X,C项正确;X上的电极反应式为I3-+2e-3I-,D项错误。
3.B 根据题意可知该电池放电时葡萄糖被氧化,所以M电极为电池负极,N极为电池正极,A正确;该电池以微生物催化氧化有机物,温度不宜过高,B错误;N极为正极,铜离子被还原得到Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu,C正确;电池工作时,废水中铜离子放电生成铜单质,阴离子通过阴离子交换膜向负极移动,废水中的阴离子总浓度降低,D正确。
4.D 从题图物质的变化可以判断,A为负极,B为正极,由于电池中间使用了质子交换膜,只允许H+通过,所以不存在阴离子由B电极向A电极移动的情况,A错误;正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B错误;电池工作时H+移向正极(即B极),由原电池的总反应式可知溶液的酸性不可能增强,C错误;3.2 g甲醇即0.1 mol,每消耗0.1 mol 甲醇,转移的电子的总数为0.6NA,D正确。
5.答案 (1)4.48 L (2)①负 ②Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O (3)436 (4)a→b O2+4H++4e-2H2O
解析 (1)两个装置中反应的关系式为2H+~H2~2e-,则n(H2)=12n(e-)=0.4 mol×12=0.2 mol,V(H2)=0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L。(2)①若溶液为盐酸,镁比铝活泼,镁为负极,铝为正极。②若溶液为氢氧化钠溶液,镁与氢氧化钠溶液不反应,铝能够与氢氧化钠溶液反应,铝为负极,负极反应式为Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O。(3)氢气完全燃烧生成水蒸气是放热反应,反应放出的热量=新键形成释放的能量-旧键断裂吸收的能量,设氢气中1 mol H—H键断裂时吸收的热量为Q,根据化学方程式2H2+O2 2H2O,可知484 kJ=4×463 kJ-(2Q+496 kJ),解得Q=436 kJ。(4)该燃料电池中,a电极为负极,b电极为正极,原电池工作时,电子由负极a经外电路流向正极b,氧气在正极上得电子生成水,正极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
6.C 放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,A项正确;充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大,B项正确;由电极反应:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-可知,放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经外电路的电子的物质的量为0.2 mol,个数约为1.204×1023,但电子不能流经电解质溶液,C项错误;采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面,D项正确。
7.B 电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A项错误;根据原电池的工作原理,O2-从正极移向负极,B项正确;反应生成无毒无害物质,即N2H4转化成N2和H2O,C项错误;题目中没有说明条件是否为标准状况下,因此无法计算O2的体积,D项错误。
8.B A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故a极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H++2e- H2↑,需Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,错误。C项,当电路中转移1 mol电子时,有1 mol Na+和1 mol Cl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5 g,正确。D项,结合电极反应式,得8e-~2CO2~4H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1,正确。
9.C 图示离子的迁移方向应该为放电时的状态,A错误;电池充电时阴极发生还原反应,电极反应式为Li++e-Li,B错误;若无水有机电解液用水系电解液代替,则负极的电极材料Li将与水反应而被消耗,C正确;当析出1 mol Cu时,有2 mol e-转移,生成的Li+是2 mol,D错误。
10.D a极通入空气,O2在该电极发生得电子的还原反应,A错误;O2在正极发生反应,电极反应式为O2+4e-2O2-,B错误;由B项分析可知,外电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2,在标准状况下的体积为22.4 L,则通入空气的体积应大于22.4 L,C错误;由题图可知,铁表面H2O(g)参与反应生成H2,则发生的反应为xH2O(g)+FeFeOx+xH2,D正确。
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
1.(2021浙江杭州高一下月考)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新型电池
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.(2020湖北武汉第三十九中学高一下期中)下列说法中正确的是 ( )
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池
③锂离子电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④
C.①②③ D.①③④
题组二 常见的化学电源
3.下列电池工作时,O2在正极得电子的是 ( )
A
B
C
D
锌锰干电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
4.现有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.铅蓄电池放电时,铅被还原
D.氢氧燃料电池中负极通入氢气,发生氧化反应
5.(2020江苏苏州高一下期中)氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是 ( )
A.该电池中电极a是正极
B.外电路中电子由电极a通过导线流向电极b
C.该电池的正极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.该电池的总反应为2H2+O22H2O
6.(2020安徽合肥高一下期中)燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)、氧化剂(如氧气)起反应将化学能转化为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 ( )
A.负极反应式:O2+2H2O+4e- 4OH-
B.负极反应式:CH4+8OH--8e- CO2+6H2O
C.电池放电时溶液中氢氧根离子的浓度不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
7.(2021湖南常德一中高一下月考)某种氢氧燃料电池已经成功应用在城市公交汽车上,该电池用30% H2SO4溶液作电解质溶液。有关这种燃料电池的下列说法中,不正确的是 ( )
A.该电池的总反应为2H2+O22H2O
B.该装置中发生化学反应,实现了电能到化学能的转化
C.正极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O
D.氢氧燃料电池不仅能量转化率高,而且产物是水,属于环境友好型电池
8.(2020山东泰安第一中学高一下期中)镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低等特点。研究的燃料电池可分为镁—空气燃料电池、镁—海水燃料电池、镁—过氧化氢燃料电池、镁—次氯酸盐燃料电池。如图为镁—次氯酸盐燃料电池的工作原理图,下列有关说法不正确的是 ( )
A.放电过程中OH-移向正极
B.电池的总反应为Mg+ClO-+H2OMg(OH)2↓+Cl-
C.镁燃料电池中镁均为负极,发生氧化反应
D.镁—过氧化氢燃料电池,酸性电解质溶液中正极反应式为H2O2+2H++2e-2H2O
9.(2020湖北孝感应城第一高级中学高一下月考)化学电池用途广泛,燃料电池具有能量转化率高、对环境友好等优点。燃料电池在工作时,从负极分别连续通入①H2、②CH4、③C2H5OH等,从正极连续通入④O2,在电池内部还有⑤KOH、⑥H2SO4等物质的溶液,反应生成⑦H2O、⑧CO2、⑨K2CO3等,同时产生电能。目前已研制成功铝—空气燃料电池,它可以代替汽油为汽车提供动力,也可用作照明电源。
(1)在上述短文标有序号的物质中,属于电解质的是 (填序号,下同);属于非电解质的是 ;和O3互为同素异形体的是 。
(2)写出上文有序号物质中一种盐的电离方程式: 。
(3)写出少量⑥的溶液滴加到⑨的溶液中的离子方程式: 。写出向⑨的溶液中通入⑧的化学方程式: 。
(4)铝—空气燃料电池反应原理是负极的金属Al在氯化钠溶液中与空气中的O2发生反应生成Al(OH)3,若负极有13.5 g Al参加反应,则正极消耗O2的质量为 g。
题组三 电解原理及其应用
10.(2021云南昆明高一下期中)下列判断正确的是 ( )
A.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行
B.放热反应一定可以设计成原电池
C.燃料电池的能量转化率可达到100%
D.锌锰干电池中石墨棒是负极,锌是正极
11.如图所示是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。则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,氯离子浓度不变
12.通过电解法能将CO2转变为有机化合物。如图所示是通过电解法由CO2制备FeC2O4的示意图,已知FeC2O4难溶于水,电解质不参与反应。下列说法正确的是 ( )
A.电极M所用材料为单质铁,b为负极,M电极发生氧化反应
B.若C2O42-在电解液中的迁移速率大于Fe2+的迁移速率,则应选用阳离子交换膜
C.该装置工作过程的总反应为2CO2+FeFeC2O4
D.若离子交换膜离子迁移的物质的量为1 mol,则消耗的CO2的物质的量也为1 mol
13.(2020四川广安代市中学高一下期末)电动汽车以锂离子电池提供动力,锂离子电池技术已经成为汽车研究的前沿科技。某锂离子电池的总反应为xLi+Li3-xNiCoMnO6 Li3NiCoMnO6,下列说法正确的是 ( )
A.该电池的充、放电过程互为可逆反应
B.充电时主要为化学能转化为电能
C.放电过程中,Li+向电池的正极移动
D.充电时,电池上标有“-”的电极与外接电源正极相连
14.(2020河北唐山第一中学高一下期中)如下图所示,A、B两个装置的烧杯分别盛有足量的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 正、负极的判断及电极反应式的书写
1.(2020江西宜春高安中学高一下期中,)下列说法不正确的是 ( )
A.由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池,其负极反应式为Zn-2e-Zn2+
B.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池,其负极反应式为Fe-2e-Fe2+
C.由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池,其负极反应式为Al-3e-Al3+
D.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池,一般认为其负极反应式为Cu-2e-Cu2+
2.(2020江苏苏州高一下期中,)锌碘液流电池的工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是 ( )
A.电极Y为电池的正极
B.溶液中的离子数目减少
C.电子由电极Y经外电路流向电极X
D.X上的电极反应式为I3--2e- 3I-
3.(2021江苏宿迁沭阳修远中学高一下月考,)微生物燃料电池是厌氧微生物催化氧化有机物(如葡萄糖),同时处理含Cu2+的废水,装置如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.M极为电池的负极
B.温度越高,电池工作效率越高
C.N极的电极反应式为Cu2++2e-Cu
D.电池工作时,废水中的阴离子总浓度降低
4.(2021浙江绍兴春晖中学高一下期中,)设NA为阿伏加德罗常数的值,如图是甲醇燃料电池的示意图,下列判断正确的是 ( )
A.电池工作时,溶液中的阴离子由B电极流向A电极
B.正极反应式为CH3OH+H2O+6e-CO2+6H+
C.电池工作时,溶液中的H+移向B极,电解质溶液的酸性增强
D.电池工作时,每消耗3.2 g甲醇,流经负载的电子总数为0.6NA
5.(2021安徽铜陵一中高一下月考,)任何化学反应都伴随着能量的变化,通过化学反应,化学能可转化为热能、光能、电能等。
(1)用图甲、乙所示装置进行实验:
若反应过程中有0.4 mol电子转移,生成的氢气在标准状况下的体积为 。
(2)Mg、Al设计成如图所示原电池装置:
①若溶液为盐酸,Mg为 极。
②若溶液为氢氧化钠溶液,负极的电极反应式为 。
(3)已知2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484 kJ,且氧气中1 mol OO键完全断裂时吸收能量496 kJ,水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ,则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收的能量为 kJ。
(4)如图是氢氧燃料电池示意图:
该电池工作时,外电路中电子的流向为 (填“a→b”或“b→a”),正极的电极反应式为 。
题组二 新型燃料电池
6.(2020湖北应城第一高级中学高一下期中,)锌—空气燃料电池有比能量高、容量大、使用寿命长等优点,可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,放电时发生反应:2Zn+O2+4OH-+2H2O2[Zn(OH)4]2-。下列说法错误的是 ( )
A.放电时,负极反应为Zn+4OH--2e- [Zn(OH)4]2-
B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大
C.放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经电解质溶液的电子个数约为1.204×1023
D.采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面
7.(2020辽宁省实验中学高一下期中,)如图所示是一种以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质的新型燃料电池。该固体氧化物电解质的工作温度高达700~900 ℃时,O2-可在该固体氧化物电解质中自由移动,反应的生成物均为无毒无害的物质。下列说法正确的是 ( )
A.电极甲发生还原反应
B.电池内的O2-由电极乙移向电极甲
C.电池总反应为N2H4+2O2 2NO+2H2O
D.当电极甲上有1 mol N2H4消耗时,电极乙上有22.4 L O2参与反应
8.()微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置,利用微生物处理有机废水获得电能,同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水,采用惰性电极,用下图装置处理有机废水(以含CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 ( )
A.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
B.隔膜1为阳离子交换膜,隔膜2为阴离子交换膜
C.当电路中转移1 mol电子时,模拟海水理论上除盐58.5 g
D.电池工作一段时间后,正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
9.(2021浙江余姚中学高一下期中,)下图为新型水系电解质锂离子二次电池的结构示意,下列有关该电池的说法正确的是 ( )
A.图示离子的迁移方向为该电池在充电时的状态,外电路电子从左向右迁移
B.该电池充电时阴极的电极反应式为Li-e-Li+
C.锂离子导体陶瓷膜可用选择性阳离子交换膜代替,但无水有机电解液不能用水系电解液代替
D.当析出1 mol Cu时,有1 mol Li+从有机电解液迁移到水系电解液中,且pH增大
10.(2021江苏苏州五中高一月考,)世界某著名学术刊物介绍了一种新型中温全瓷铁—空气电池,其结构如图所示。
下列有关该电池放电时的说法正确的是 ( )
A.a极发生氧化反应
B.正极的电极反应式为FeOx+2xe-Fe+xO2-
C.若有22.4 L(标准状况)空气参与反应,则外电路中有4 mol电子转移
D.铁表面发生的反应为xH2O(g)+FeFeOx+xH2
答案全解全析
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、锂离子电池为可充电电池,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是PbO2,发生还原反应,负极是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.B 燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,①正确;锌锰干电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,②正确;锂离子电池是新一代可充电电池,③正确;燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功,④正确。
3.C 锌锰干电池中,O2不参与反应,A错误;铅蓄电池中,O2不参与反应,B错误;氢氧燃料电池的总反应是2H2+O22H2O,正极是O2得电子发生还原反应,C正确;镍镉电池中,O2不参与反应,D错误。
4.C 锌锰干电池是一次电池,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,A正确;在锌锰干电池中,Zn作负极,发生氧化反应,则长时间使用过程中锌筒被破坏,B正确;铅蓄电池放电时,负极反应式为Pb-2e-+SO42-PbSO4,铅被氧化,C错误;氢氧燃料电池中负极上通入氢气,失电子,发生氧化反应,D正确。
5.A 该电池中电极a通入氢气,氢气失去电子,发生氧化反应,电极a是负极,A错误;通入O2的电极为正极,即电极b为正极,电子从负极a沿导线流向正极b,B正确;通入氧气的电极为正极,由于氢离子移向正极,因此正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C正确;该电池的总反应为2H2+O22H2O,D正确。
6.D 甲烷在负极失电子,发生氧化反应,负极反应式为CH4+10OH--8e-CO32-+7H2O,A、B项错误;氧气在正极得电子,发生还原反应,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;电池总反应为CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O,故随着放电的进行,溶液中氢氧根离子的浓度减小,C项错误;放电时,溶液中的阴离子向负极移动,D项正确。
7.B 氢氧燃料电池负极发生氧化反应,电极反应式为2H2-4e-4H+,正极发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,总反应为2H2+O22H2O,A正确;该装置是原电池装置,实现了化学能到电能的转化,B错误;酸性环境下,正极上的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,C正确;氢氧燃料电池不仅能量转化率高,而且产物是水,不会对环境造成污染,属于环境友好型电池,D正确。
8.A 镁燃料电池中镁作负极失电子,产物由电解质溶液决定,若为酸性溶液生成Mg2+,若为碱性溶液生成Mg(OH)2;ClO-在正极反应,由题图可知有Cl-和OH-生成,OH-向负极移动。
9.答案 (1)⑤⑥⑦⑨ ②③⑧ ④ (2)K2CO32K++CO32-
(3)H++CO32-HCO3- K2CO3+CO2+H2O2KHCO3 (4)12
解析 (1)题给物质为电解质的是KOH、H2SO4、H2O、K2CO3,为非电解质的是CH4、C2H5OH、CO2;与O3互为同素异形体的是O2。(2)题中有序号物质中属于盐的是K2CO3,电离方程式为K2CO32K++CO32- 。(3)少量H2SO4溶液滴加到K2CO3溶液中反应生成碳酸氢钾,反应的离子方程式为H++CO32-HCO3-;向K2CO3溶液中通入CO2,反应的化学方程式为K2CO3+CO2+H2O2KHCO3。(4)13.5 g Al的物质的量为13.5g27g/mol=0.5 mol,则失去电子1.5 mol,根据得失电子守恒,正极上消耗氧气的物质的量为1.5mol4=0.375 mol,消耗O2的质量为0.375 mol×32 g/mol=12 g。
10.A 充电和放电是电池反应向不同方向进行的过程,充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行,使电池恢复到放电前的状态,A正确;酸碱中和反应为放热反应,不能设计成原电池,B错误;燃料电池的能量转化率很高,但是不会达到100%,C错误;锌锰干电池中锌是负极,石墨棒是正极,D错误。
11.C 电流从电源的正极流出,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。
12.C CO2通入Pt电极发生还原反应生成C2O42-,则Pt电极为阴极,M电极为阳极,故M与电源的正极相连,M电极需产生Fe2+,所以M应该选用铁作电极,A错误;C2O42-在电解液中的迁移速率大于Fe2+的迁移速率,应选用阴离子交换膜,B错误;阴极上CO2被还原生成C2O42-,阳极上Fe被氧化生成Fe2+,故电池总反应为2CO2+FeFeC2O4,C正确;无论是生成1 mol Fe2+还是生成1 mol C2O42-,转移电子的物质的量均为2 mol,消耗CO2的物质的量也为2 mol,D错误。
13.C 对电池充电是在外接电源的情况下,使反应逆向进行,而放电是在没有外接电源的情况下自发进行的,二者进行的条件不同,充、放电也不是同时发生的,所以二者不互为可逆反应,A错误;充电时,电能转化为化学能,B错误;放电过程中,电池内部的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以Li+向电池的正极移动,C正确;充电时,电池上标有“-”的电极与外接电源负极相连,D错误。
14.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)原电池和电解池的明显区别是电解池有外接直流电源,所以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.C 该原电池中,Zn作负极,Cu作正极,负极上Zn失电子生成Zn2+,负极反应式为Zn-2e-Zn2+,A正确;该原电池中,Fe易失电子作负极,Cu作正极,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,B正确;该原电池中,Al作负极,Mg作正极,负极反应式为Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O,C错误;常温下,Al遇浓硝酸发生钝化,所以Cu作负极,Al作正极,负极反应式为Cu-2e-Cu2+,D正确。
2.C Zn转化为Zn2+,Zn失电子,被氧化,则电极Y为电池的负极,电极X为电池的正极,A项错误;负极Zn→Zn2+,正极I3-→3I-,溶液中的离子数目增多,B项错误;电子由负极流向正极,即由电极Y经外电路流向电极X,C项正确;X上的电极反应式为I3-+2e-3I-,D项错误。
3.B 根据题意可知该电池放电时葡萄糖被氧化,所以M电极为电池负极,N极为电池正极,A正确;该电池以微生物催化氧化有机物,温度不宜过高,B错误;N极为正极,铜离子被还原得到Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu,C正确;电池工作时,废水中铜离子放电生成铜单质,阴离子通过阴离子交换膜向负极移动,废水中的阴离子总浓度降低,D正确。
4.D 从题图物质的变化可以判断,A为负极,B为正极,由于电池中间使用了质子交换膜,只允许H+通过,所以不存在阴离子由B电极向A电极移动的情况,A错误;正极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B错误;电池工作时H+移向正极(即B极),由原电池的总反应式可知溶液的酸性不可能增强,C错误;3.2 g甲醇即0.1 mol,每消耗0.1 mol 甲醇,转移的电子的总数为0.6NA,D正确。
5.答案 (1)4.48 L (2)①负 ②Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O (3)436 (4)a→b O2+4H++4e-2H2O
解析 (1)两个装置中反应的关系式为2H+~H2~2e-,则n(H2)=12n(e-)=0.4 mol×12=0.2 mol,V(H2)=0.2 mol×22.4 L/mol=4.48 L。(2)①若溶液为盐酸,镁比铝活泼,镁为负极,铝为正极。②若溶液为氢氧化钠溶液,镁与氢氧化钠溶液不反应,铝能够与氢氧化钠溶液反应,铝为负极,负极反应式为Al-3e-+4OH-AlO2-+2H2O。(3)氢气完全燃烧生成水蒸气是放热反应,反应放出的热量=新键形成释放的能量-旧键断裂吸收的能量,设氢气中1 mol H—H键断裂时吸收的热量为Q,根据化学方程式2H2+O2 2H2O,可知484 kJ=4×463 kJ-(2Q+496 kJ),解得Q=436 kJ。(4)该燃料电池中,a电极为负极,b电极为正极,原电池工作时,电子由负极a经外电路流向正极b,氧气在正极上得电子生成水,正极反应式为O2+4H++4e-2H2O。
6.C 放电时,负极反应为Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-,A项正确;充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐增大,B项正确;由电极反应:Zn+4OH--2e-[Zn(OH)4]2-可知,放电时,当0.1 mol Zn完全溶解时,流经外电路的电子的物质的量为0.2 mol,个数约为1.204×1023,但电子不能流经电解质溶液,C项错误;采用多孔炭可提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面,D项正确。
7.B 电极甲为负极,依据原电池的工作原理,电极甲上发生氧化反应,A项错误;根据原电池的工作原理,O2-从正极移向负极,B项正确;反应生成无毒无害物质,即N2H4转化成N2和H2O,C项错误;题目中没有说明条件是否为标准状况下,因此无法计算O2的体积,D项错误。
8.B A项,结合题给微生物脱盐电池装置可知,a极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故a极为负极,b极为正极,正确。B项,a极区有H+产生,阳离子增多,为保证溶液呈电中性,Cl-需定向迁移到a极区,隔膜1为阴离子交换膜;同理,b极的电极反应式为2H++2e- H2↑,需Na+定向迁移到b极区,隔膜2为阳离子交换膜,错误。C项,当电路中转移1 mol电子时,有1 mol Na+和1 mol Cl-发生定向迁移,故理论上除盐58.5 g,正确。D项,结合电极反应式,得8e-~2CO2~4H2,故电池工作一段时间后,正、负极产生的气体的物质的量之比为2∶1,正确。
9.C 图示离子的迁移方向应该为放电时的状态,A错误;电池充电时阴极发生还原反应,电极反应式为Li++e-Li,B错误;若无水有机电解液用水系电解液代替,则负极的电极材料Li将与水反应而被消耗,C正确;当析出1 mol Cu时,有2 mol e-转移,生成的Li+是2 mol,D错误。
10.D a极通入空气,O2在该电极发生得电子的还原反应,A错误;O2在正极发生反应,电极反应式为O2+4e-2O2-,B错误;由B项分析可知,外电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2,在标准状况下的体积为22.4 L,则通入空气的体积应大于22.4 L,C错误;由题图可知,铁表面H2O(g)参与反应生成H2,则发生的反应为xH2O(g)+FeFeOx+xH2,D正确。
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