高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池课后作业题

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池课后作业题，共25页。试卷主要包含了单选题，填空题，实验探究题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42- 的反应为:HS-+4H2O-8e-== SO42-+9H+
B．电子从b流出，经外电路流向a
C．如果将反应物直接燃烧,能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4ml 电子发生转移，则有0.45mlH+通过质子交换膜
2．我国古代就掌握了青铜(铜-锡合金)的冶炼、加工技术，制造出许多精美的青铜器；Pb、是铅蓄电池的电极材料，不同铅化合物一般具有不同颜色，历史上曾广泛用作颜料，下列物质性质与用途具有对应关系的是
A．石墨能导电，可用作润滑剂
B．单晶硅熔点高，可用作半导体材料
C．青铜比纯铜熔点低、硬度大，古代用青铜铸剑
D．含铅化合物颜色丰富，可用作电极材料
3．一种锂铜可充电电池，工作原理如图。在该电池中， 非水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。下列说法不正确的是
A．陶瓷片允许 Li+通过， 不允许水分子通过
B．放电时，N 为电池的正极
C．充电时，接线柱 A 应与外接电源的正极相连
D．充电时，阴极反应为： Li+ +e− = Li
4．2019年诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池发展中做出突出贡献的三位科学家。一种应用于公共交通的高能LiFePO4电池的结构如图所示，电池中间是聚合物的隔膜，工作时只允许Li+通过。该电池工作原理：(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCnLiFePO4+nC。
下列说法不正确的是
A．放电时，右侧的电极为负极
B．充电时，Li+向左移动
C．充电时，每转移1ml电子，石墨电极增重7g
D．放电时，正极反应式：xFePO4+xLi++xe-=xLiFePO4
5．下列过程与氧化还原反应无关的是
A．氢氧燃料电池作为电源供电
B．月饼包装袋中还原铁粉防氧化的过程
C．《淮南万毕术》记载：“白青，得铁即化为铜”
D．利用溶液除铁锈
6．我国科研团队成功研究出高比能量、低成本的钠离子二次电池，其工作原理如图所示。已知电池反应：Na1-xMnO2 + NaxCnNaMnO2 + nC。下列说法错误的是
A．电池放电过程中，NaMnO2/Al上的电势高于石墨烯/Al上的电势
B．电池放电时，正极发生反应Na1-xMnO2 + xNa+ + xe- = NaMnO2
C．电池充电时，外接电源的负极连接NaMnO2/Al电极
D．电池充电时，Na+由NaMnO2/Al电极移向石墨烯/Al电极
7．美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，电池如下图所示：
该电池用质子(H＋)溶剂，在200 ℃左右时供电。电池总反应为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。下列说法正确的是( )
A．乙醇在电池的负极上参加反应
B．电池工作时，电子由b极沿导线经灯泡再到a极
C．电池工作时，电源内部的氢离子从正极区向负极区迁移
D．电池工作时，1 ml乙醇被氧化时可转移6 ml电子
8．科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷()气体为燃料。工作原理如图所示，下列对该燃料电池的说法不正确的是

A．在熔融电解质中，由负极移向正极
B．该电池的总反应是：
C．电路中每通过5ml电子，约有5.6L标准状况下的丙烷被完全氧化
D．通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：
9．Angew.Chem 的一篇综述中介绍了多样性的AAIB电池，其正负电极、电解质均有多种可选材料。如可使用V2O5作正极材料，放电后生成(NH4)0.5V2O5·0.5H2O。高分子材料ALO可作负极(其充放电过程中的变化如图甲所示)。聚乙烯醇(PVA)可作电解质溶剂。

下列说法错误的是
A．过程②为充电过程
B．可以使用PVA作电解质溶剂的原因是其可与 形成氢键从而传导
C．放电时，电路中每转移lmle-，负极减少18g
D．充电时正极反应为2(NH4)0.5V2O5·0. 5H2O –e-=2V2O5++H2O
10．我国科研人员研制的锂嵌入型化合物氢气电池示意图如图所示，其充放电时的总反应式为。下列说法正确的是
A．放电时，A电极上的电极反应为：
B．放电时，从A极区穿过隔膜到达B极区
C．充电时，A电极附近溶液pH会降低
D．充电时，当外电路通过时电极B质量增加0.7g
二、填空题
11．H2S有剧毒，在空气中可以燃烧。以硫化氢、氧气为原料，可以设计一种燃料电池。
回答下列问题：
(1)H2S在空气中充分燃烧，能量变化过程如图所示：
①反应过程中反应物的总能量 (填“>”“ 2H2S+3O22SO2+2H2O 化学 电 H2S+8OH- —6e- =SO+5H2O 减小
【详解】(1) ①根据图示，反应物总能量>生成物总能量；
②H2S完全燃烧生成二氧化硫和水，反应方程式是2H2S+3O22SO2+2H2O；
(2) ①该装置为燃料电池，将化学能转化为电能；
②总反应为2H2S+3O2+4OH- = 2SO32-+4H2O；正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-；负极反应=总反应-正极反应，负极反应式是H2S+8OH--6e- =SO+5H2O；右室通入燃料，右室是负极，根据负极反应式H2S+8OH--6e- =SO+5H2O，负极消耗OH-，电解质溶液的pH减小；
【点睛】本题考查化学反应中的能量变化，明确原电池原理是解题关键，注意原电池负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，总反应-正极反应可得负极反应。
12．(1)化学能转化为电能
(2) 负极 H2+2OH- -2e-=2H2O
(3)增大电极表面上单位面积吸附的H2、O2分子数，加快电极反应速率
(4)减弱
【详解】（1）氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，所以该燃料电池中能量主要转化形式是化学能转化为电能；
（2）能氧气的极为正极，则通入H2的电极为负极，发生氧化反应，该电极的电极反应式为H2+2OH- -2e-=2H2O；
（3）反应物接触面积越大，反应速率越快，电极表面镀铂粉能增大反应物的接触面积，所以能增大反应速率；
（4）随着电池不断放电，生成的水的质量越来越多，KOH的物质的量不变，但浓度降低，即电解质溶液的碱性减弱。
13．(1)b→a
(2)A
(3)增大
(4) 还原 O2+2H2O+4e-=4OH-
【分析】氢氧燃料电池属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，燃料电池中，通入燃料的电极是负极、通入氧化剂的电极是正极，即A为负极，B为正极，据此分析作答。
（1）
电流从正极沿导线流向负极，由分析可知A为负极，B为正极，电流流动方向为b到a，故答案为：b→a；
（2）
A为负极，B为正极，则溶液中OH-移向A电极，故答案为：A；
（3）
B电极上，氧气得电子，发生还原反应，电极方程式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，可知附近pH增大，故答案为：增大；
（4）
B电极上，氧气得电子，发生还原反应，电极方程式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：还原；O2+2H2O+4e-=4OH-。
14．(1)2H++2e-=H2↑
(2) 铝片 2Al+2OH - +2H2O=2AlO+3H2↑
(3) 二次 PbO2+2e- +SO+4H+ =PbSO4 +2H2O
(4)负
(5)H2-2e- +2OH-=2H2O
【分析】I．甲装置中由于Mg、Al均能与稀硫酸反应，且Mg比Al活泼，故Mg为负极，电极反应为：Mg-2e-=Mg2+，Al为正极，2H++2e-=H2↑，乙池由于Al与NaOH溶液反应，而Mg不反应，则此时Al为负极，电极反应为：2Al-6e-+8OH-=2+4H2O，Mg为正极，电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，II．由铅蓄电池工作原理可知，放电时，Pb为负极，PbO2作正极，氢氧燃料电池中通H2的为负极，负极反应式为：H2-2e- +2OH-=2H2O，通O2为正极，正极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，据此分析解题。
【详解】（1）由分析可知，甲中正极上的电极反应式：2H++2e-=H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；
（2）由分析可知，乙中负极为铝，Al为负极，电极反应为：2Al-6e-+8OH-=2+4H2O，Mg为正极，电极反应为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，则总反应的离子方程式为：2Al+2OH - +2H2O=2AlO+3H2↑，故答案为：铝；2Al+2OH - +2H2O=2AlO+3H2↑；
（3）铅蓄电池是一种可充电电池，则属于二次电池，已知硫酸铅为不溶于水的白色固体，生成时附着在电极上，根据题干信息中铅蓄电池的工作原理可知，该电池放电时，正极发生还原反应，则正极上的电极反应式为：PbO2+2e- +SO+4H+ =PbSO4 +2H2O，故答案为：二次；PbO2+2e- +SO+4H+ =PbSO4 +2H2O；
（4）该蓄电池放电时，电解质溶液为内电路，其中阴离子移向负极，阳离子移向正极，故答案为：负；
（5）氢氧燃料电池中通H2的为负极，负极反应式为：H2-2e- +2OH-=2H2O，通O2为正极，正极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，故答案为：H2-2e- +2OH-=2H2O。
15． Pb+SO-2e-=PbSO4 PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O
【详解】负极失电子，化合价升高，铅作负极，失电子生成铅离子，铅离子结合硫酸根离子生成硫酸铅，因此负极反应式为：Pb+SO-2e-=PbSO4；正极得电子，化合价降低，二氧化铅作正极，得电子生成铅离子，铅离子结合硫酸根离子生成硫酸铅，正极反应式为：PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O。
16． 67.2 2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2O 负 降低 3:8:3
【详解】(1)在反应中，NO2中氮元素的化合价从+4价降低到N2中的0价，1mlNO2得到4ml电子，即转移4ml电子，可以处理1mlNO2。当反应转移12ml电子时，消耗的NO2的物质的量为3ml，在标准状况下体积是3ml×22.4L/ml=67.2L。
(2)①甲醇和氧气以强碱做电解质溶液的电池，总反应是甲醇和氧气反应，生成碳酸盐和水，离子方程式为：2CH3OH+3O2+4OH-=2+6H2O。
②甲醇失去电子，在负极发生氧化反应。根据总反应式可知，电池在放电过程中消耗OH-，溶液的pH将降低。
(3) 生成CO2和H2O的物质的量之比为3:4，碱石灰增重4.08g即生成的CO2和H2O的总质量是4.08g，设CO2的物质的量为3x，则H2O的物质的量为4x，根据总质量为4.08g，有44×3x+18×4x=4.08，解得x=0.02，则CO2为0.06ml，H2O为0.08ml。0.06mlCO2中C的物质的量为0.06ml，质量为0.72g；0.08mlH2O中H为0.16ml，质量为0.16g，所以有机物中有氧1.84g-0.72g-0.16g=0.96g，物质的量为0.06ml，所以M中碳、氢、氧原子个数之比为0.06:0.16:0.06=3:8:3。
17． 化学 电 b→a 还原 减弱 SO2+2H2O−2e−==SO42-+4H+ 8∶15
【分析】（1）根据该装置没有外加电源，是一个原电池，把化学能转化为电能，电流方向与电子流向相反分析；
（2）由图示可看出，电子由a表面转移到b表面，因此a表面发生氧化反应由此解答；
（3）催化剂a表面是SO2失去电子生成硫酸；
（4）根据催化剂a处的反应为SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋，催化剂b处的反应为O2＋2H＋＋2e－=H2O，总方程式为SO2+H2O+O2H2SO4分析。
【详解】（1）该装置没有外加电源，是一个原电池，把化学能转化为电能，电流方向与电子流向相反，所以电流方向为b→a。故答案为化学；电；b→a ；
（2）由图示可看出，电子由a表面转移到b表面，因此a表面发生氧化反应，由题意SO2转化为H2SO4发生氧化反应，因此催化剂a表面SO2发生氧化反应，催化剂b表面O2发生还原反应生成H2O，消耗H＋，其附近酸性减弱。故答案为还原；减弱；
（3）催化剂a表面是SO2失去电子生成硫酸，电极方程式为：SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋。故答案为SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋；
（4）催化剂a处的反应为SO2＋2H2O－2e－=SO42－＋4H＋，催化剂b处的反应为O2＋2H＋＋2e－=H2O，总方程式为SO2+H2O+O2H2SO4，设加入的SO2为xg，H2O为yg，则生成硫酸的质量为，反应后水的质量为，根据硫酸的浓度仍为49%，可以求得x:y=8：15。故答案为8：15
【点睛】电解电极反应方程式的书写：（1）电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步：明确溶液中存在哪些离子。
第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
第三步：写电极反应式和总的电解方程式。
（2）做到“三看”，正确书写电极反应式：①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注Fe生成Fe2＋)。②二看介质，介质是否参与电极反应。③三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。
18．(1)BD
(2)BC
(3) a 减小
(4)
【详解】（1）根据构成原电池本质可知，原电池反应为氧化还原反应，同时是放出能量的反应。
A． 不是氧化还原反应，不可以设计成原电池，故A错误；
B． 是氧化还原反应，且是放出能量的反应，可以设计成原电池，故B正确；
C． 虽然是氧化还原反应，但是是吸收能量的反应，故不可以设计成原电池，故C错误；
D． 是氧化还原反应，且是放出能量的反应，可以设计成原电池，故D正确；
故选BD。
（2）A． 图甲的气泡产生于锌棒表面，图乙形成原电池，氢离子在铜棒表面得电子，气泡产生于铜棒表面，故A错误；
B． 图乙形成原电池，产生气体的速率比图甲快，故B正确
C． 图甲中反应的化学能全部转化为热能，而图乙中的化学能部分转化为电能，部分转化为热能，故图中温度计显示的最高温度高于图乙中温度计显示的最高温度，故C正确；
D． 由C分析知，图中温度计显示的最高温度高于图乙中温度计显示的最高温度，且均高于室温，故D错误；
故选BC。
（3）①甲烷燃料电池中，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，故电池的负极是a，在碱性环境下甲烷失去电子转化为碳酸根离子，故该极的电极反应为。
②电池的总反应式为，故电池工作一段时间后，电解质溶液的减小。
（4）①燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，故总反应式为，已知负极反应为，由总反应式减去负极反应可得，正极反应式为。
②燃料电池的总反应相当于燃料的燃烧，故总反应式为。
19．(1)
(2) CO2 KOH
(3)2H++CO=H2O+CO2
(4)bc
(5)11.2
【详解】（1）KOH由钾离子和氢氧根离子构成，其电子式为。
（2）能与碱反应生成盐和水的氧化物属于酸性氧化物，故其中属于酸性氧化物的为CO2；电离出的阴离子全部是氢氧根离子的化合物属于碱，故其中属于碱的是KOH。
（3）足量硫酸与碳酸钾反应生成二氧化碳和水，其离子方程式为2H++CO=H2O+CO2。
（4）a．燃料电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应，a错误；
b．燃料电池具有能量转化率高、对环境友好等特点，b正确；
c．燃料电池属于化学电源，能将化学能转变为电能，c正确；
答案选bc。
（5）氢氧燃料电池中，当负极消耗1mlH2时，装置中转移电子为2ml，1mlO2可得4ml电子，则正极消耗O2的体积为=11.2L。
20．(1)电池总反应式：，负极反应式：，正极反应式：
(2)氢氧燃料电池具有环保清洁、能量转换效率高、功率范围广、不用充电等优点。
【详解】（1）氢氧燃料电池总反应即为氢气燃烧生成水的反应。负极上氢气失电子发生氧化反应，电解质溶液为碱性，电极反应式为，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为；
（2）氢氧燃料电池反应产物是水，对环境几乎没有影响，非常环保；电池的能量转换率远高于其他普通燃料电池，可应用范围广泛。
21．(1)取最后一次洗涤液少许，加入酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀已经洗涤干净
(2)3 CC2O4+2O2C3O4+6CO2
(3)C3O4+H2O+OH——e—=3COOH
(4)80.00%
【详解】（1）由题意可知，硫酸钴溶液与草酸铵溶液反应生成草酸钴沉淀和硫酸铵，草酸钴表面附有可溶性杂质硫酸铵，则检验草酸钴固体是否洗净的实际上就是检验洗涤液中是否存在硫酸根离子，具体操作为取最后一次洗涤液少许，加入酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀已经洗涤干净，故答案为：取最后一次洗涤液少许，加入酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀生成，说明沉淀已经洗涤干净；
（2）10.98g草酸钴晶体的物质的量为=0.06ml，晶体中含有结晶水的质量为0.06ml×2×18g/ml=2.16g，由表格数据可知，210℃时固体减少的质量为10.98g—8.82g=2.16g，则210℃时得到的固体为草酸钴，加热到210~320℃的过程为草酸钴转化为二氧化碳和钴的氧化物，固体减少的质量为8.82g—4.82g=4.0g，由碳原子个数守恒可知，二氧化碳的质量为0.06ml×2×44g/ml=5.28g＞4.0g，则转化反应不是分解反应，应该是氧气参加的氧化还原反应，氧气的质量为5.28g—4.0g=1.28g，由钴和氧原子个数守恒可知，钴的氧化物中钴原子和氧原子的个数比为0.06ml：(0.06ml×4+×2—0.06ml×2×2)=3：4，氧化钴的化学式为C3O4，所以反应的化学方程式为3 CC2O4+2O2C3O4+6CO2，故答案为：3 CC2O4+2O2C3O4+6CO2；
（3）由题意可知，四氧化三钴为原电池的负极，碱性条件下失去电子发生氧化反应生成碱式氧化钴，电极反应式为C3O4+H2O+OH-—e-=3COOH，故答案为：C3O4+H2O+OH-—e-=3COOH；
（4）由题意可知，测定某草酸钴样品中草酸钴晶体的质量分数的实验中，高锰酸钾为反应的氧化剂，草酸钴和硫酸亚铁为还原剂，由得失电子数目守恒可得如下关系式，2n(CC2O4)+n(FeSO4)=5n(KMnO4)，则3.660g样品中草酸钴的物质的量为(0.1000ml/L×0.1L×5—0.1000ml/L×0.018L×10)×=0.016ml，由钴原子个数守恒可知，草酸钴晶体的质量分数×100%=80.00%，故答案为：80%。
22．(1)AB
(2) 相等 偏小
(3)PbO2
(4)Pb-2e-+=PbSO4
(5) 减小 增大
【详解】（1）该实验测得的数值结果小于57.3‧ml-1，即偏小，
A．装置保温、隔热效果差，测得的热量偏小，中和热数值偏小，故A符合题意；
B．测量溶液的温度后，温度计没有用水冲洗干净，直接测定溶液的温度，会发生酸和碱的中和，温度偏高，则温度差减小，实验测得中和热数值偏小，故B符合题意；
C．尽量一次快速将溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中，不允许分多次把溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中，故C不符合题意；
答案选AB；
（2）反应放出的热量和所用酸以及碱的量的多少有关，若用溶液与溶液进行反应，与上述实验相比，生成水的量增多，所放出的热量偏高，但中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成时所放出的热量不随反应物的量的多少变化，故相等；醋酸是弱电解质，醋酸的电离是吸热过程，所以导致反应前后温度的变化值会偏小，故答案为：相等；偏小；
（3）由电池总反应可知，PbO2发生还原反应，所以PbO2是正极，故答案为：PbO2；
（4）负极上的反应是Pb⟶PbSO4，则必然有H2SO4参加反应，负极的电极反应是Pb-2e-+=PbSO4，故答案为：Pb-2e-+=PbSO4；
（5）在铅蓄电池工作过程中，H2SO4被消耗，所以电解质溶液的浓度减小，pH增大，故答案为：减小；增大。
23． 石灰石与稀硝酸生成，把装置中的氧气(或空气)排尽 无色气体变成红棕色气体 ②③ 或
【分析】稀硝酸和铜反应生成NO，利用浓硫酸干燥NO，利用空气和NO反应生成NO2检验NO，最后用氢氧化钠溶液吸收尾气，据此解答。
【详解】I.(1)NO能与空气中的氧气反应，所以先用二氧化碳把装置中的空气排尽，通过分液漏斗向其中加入一定的稀硝酸，则加入石灰石的作用是与硝酸生成CO2；
(2)将将铜丝插入稀硝酸中，微热大试管，Cu与稀硝酸反应生成NO、硝酸铜和水，则反应的离子方程式为；
(3)打开开关K1，通过气囊鼓入空气，圆底烧瓶中NO与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，可以观察到烧瓶中无色气体变为红棕色，即可证明稀硝酸与铜反应的气体产物是；
Ⅱ.(1)①电池放电时通入空气的电极得到电子，发生还原反应，为正极，①错误；
②电池放电时消耗氢氧根离子生成碳酸根离子，电解质溶液的碱性逐渐减弱，②正确；
③电池放电时每消耗即0.2ml，转移0.2ml×8＝电子，③正确；
答案选②③；
(2)该燃料电池的正极是氧气得到电子转化为氢氧根离子，反应式为。