苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化课时作业

1.2.2  化学电源

A组

1．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：

2Ag＋Zn(OH)2Ag2O＋Zn＋H2O，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是(　　)

A．Ag　　　　　B．Zn(OH)2         C．Ag2O     D．Zn

答案：D

解析：此电池放电时是原电池，反应物应从右边找，在Ag2O、Zn、H2O中Zn失去电子被氧化，故Zn是负极。

2．据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供了服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是(　　)

A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变

C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O

D．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol电子转移

答案：D

解析：把释放能量的氧化还原反应：2H2＋O2===2H2O通过电池反应进行就制得氢氧燃料电池。H2失去电子，在负极上被氧化，产生H＋，由于电解液中有大量的OH－，所以电极反应式为：2H2－4e－＋4OH－===4H2O。工作一段时间后，KOH溶液被稀释，但KOH的物质的量不变。对D项，n(Cl2)＝0.1 mol，转移电子0.2 mol。

3．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(　　)

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置

答案：B

解析：分析氢氧燃料电池原理示意图可知a极为负极，其电极反应为：2H2－4e－===4H＋，b极为正极，其电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应式为：2H2＋O2===2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。

4．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是(　　)

A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)

B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)

C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)

D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－

答案：C

解析：该原电池的负极反应物为甲醇，负极反应式中不应该出现氧化剂，而A、B、D项中电极反应物中均出现氧化剂氧气，所以A、B、D不正确。

5．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(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)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(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

答案：C

解析：根据原电池原理结合氧化还原反应的有关常识可判断出原电池的电极及其反应式、电子得失情况及流向。

6．肼(N2H4)－空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。电池总反应为：N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是(　　)

A．负极的电极反应式是：N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑

B．正极的电极反应式是：O2＋4H＋＋4e－===2H2O

C．溶液中阴离子向正极移动

D．溶液中阴离子物质的量显著减少

答案：A

解析：由电池总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O知，在反应中N2H4中N元素由－2价变为0价，失电子，发生氧化反应，为负极，O2得电子发生还原反应，为正极，又由于电解质溶液为KOH溶液，故电极反应式为：负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极失电子带正电，使溶液中阴离子向负极移动，根据总反应式知，n(OH－)不变。

7．固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。它以固体氧化锆­氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．有H2放电的b极为电池的正极

C．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O

答案：D

解析：a为正极：O2＋4e－===2O2－，b为负极：2H2＋2O2－－4e－===2H2O，总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。

8．铅蓄电池(原电池)工作时，总反应为：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，由此可以判断：

(1)铅蓄电池的电极材料：正极为________，负极为________。

(2)两极的电极反应式：正极为_______________________，负极为_______________________________。

(3)工作一段时间后，铅蓄电池电解质溶液的pH__________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

答案：(1)PbO2　Pb　(2)PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　Pb＋SO－2e－===PbSO4　(3)变大

解析：反应中发生氧化反应的是Pb，所以Pb是负极，发生还原反应的是PbO2，所以正极是PbO2。负极Pb失去电子，发生氧化反应变为Pb2＋，但是在硫酸环境下，Pb2＋与SO不能共存，生成PbSO4；正极PbO2得到电子发生还原反应，也生成Pb2＋，在硫酸环境中也生成PbSO4，同时氧与酸中的H＋反应生成水。

9．(1)今有2H2＋O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是__________，正极通的应是__________，电极反应式分别为________________________、____________________________。

(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式分别为______________________________、____________________________。(1)和(2)的电解液不同，反应进行后，其溶液的pH各有何变化？________________________________________________________________________。

(3)如把H2改为甲烷，KOH作导电物质，则电极反应式为________________、__________________。

答案：(1)H2　O2　负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O　

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

(2)负极：2H2－4e－===4H＋　正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(1)中pH变小，(2)中pH变大

(3)负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O

正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－

解析：根据电池反应式可知H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为：2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极：2H2－4e－===4H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。由于前者在碱性条件下反应KOH量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，碱性变小，pH将变小。而后者为酸溶液，H2SO4不变、水增多，溶液酸性变小，故pH将变大。如把H2改为甲烷，用KOH作导电物质，根据反应CH4＋2O2===CO2＋2H2O，则负极为发生氧化反应的CH4，正极为发生还原反应的O2，由于有KOH存在，此时不会有CO2放出。

10. ．电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－

根据上述反应式，做下列题目：

(1)判断下列叙述中正确的是______。

A．在使用过程中，电解质KOH被不断消耗

B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

C．Zn是负极，Ag2O是正极

D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应

(2)写出电池的总反应式_____________________。

(3)使用时，负极区的pH______(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH______，电解质溶液的pH______。

答案：(1)C

(2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag

(3)减小　 增大　 不变

解析：(1)选C。判断原电池的正、负极，可以从两个方面：①微观：电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极。②宏观：活泼的一极是负极，不活泼的一极是正极，电子是从负极沿导线流入正极，据此判断Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，将两极反应式相加得总反应式，由总反应式知，使用过程中KOH的量不变。

(2)将正、负极的电极反应式合并就可得到总反应式：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。

(3)负极反应时，消耗OH－，则负极区pH减小，正极反应时，生成了OH－，故正极区pH增大，负极消耗OH－的量与正极反应生成OH－的量相等，所以电解质溶液的pH不变。

11．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。

(1)写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：__________________________。

(2)若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：

①负极：________________________，②正极：____________________________。

(3)画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

(2)①Cu－2e－===Cu2＋　②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

(3)

B组

12．美国纽约州的工科大学——伦斯勒理工学院(RPI)宣布开发出了由纤维素和碳纳米管组成的双层电容器。这些元件的厚度仅为数十微米，相当于人头发的粗细，能够和纸一样弯曲。RPI的研究人员认为，“未来能够利用卷对卷印刷技术制造电池”。一种碳纳米管(里面储存有H2)二次电池的装置如图所示。该电池的电解质溶液为6 mol·L－1的KOH溶液，下列有关说法不正确的是(　　)

A．储存H2的碳纳米管作电池的负极

B．电池的负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O

C．电池的正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－

D．放电时，电池总反应为2H2＋O2===2H2O

答案：D

解析：该二次电池中H2在负极上失去电子被氧化，在碱性介质中生成水，电池的负极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。由图示可知，正极上NiOOH被还原为Ni(OH)2，电池的正极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正极反应式的计量数扩大2倍与负极电极反应式相加即得总反应为：2NiOOH＋H2===2Ni(OH)2，故D错。

13．控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)