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高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 化学电源一等奖课件ppt
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第4章 电化学基础4.2 化学电源一、选择题（共10小题，每小题只有一个正确答案）1．下列有关电池的说法不正确的是A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极【答案】B【解析】手机锂离子电池可以多次充放电，因此是二次电池，A项正确；铜锌原电池工作的时候，锌作负极，铜作正极，电子应该是从锌电极经导线流向铜电极，B项错误；甲醇燃料电池就是将甲醇内部的化学能转化为电能的装置，C项正确；锌的化学性质比锰要活泼，因此锌锰干电池中锌是负极，D项正确。答案选B。2．一种新型的二次电池锌—空气燃料电池，以KOH溶液为电解液，放电时的总反应为：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O＝2Zn(OH)42－。关于该装置的说法正确的是A．充电时，锌电极接外电源的负极B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C．放电时，负极反应为：Zn－2e－＋4H2O＝Zn(OH)42－＋4H+D．放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气22.4 L【答案】A【解析】根据放电时的总反应为：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O＝2Zn(OH)42－可知，Zn在反应中失电子，被氧化，作负极；O2得电子，在正极上发生还原反应，由上述分析可知，Zn是负极，故充电时，锌电极接外电源的负极，A项正确；充电时总反应恰好是放电时的逆过程，总反应为2Zn(OH)42－＝2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，故电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，B项错误；由于KOH溶液作电解质放电时，负极反应为：Zn－2e－+ 4OH-＝2Zn(OH)42－，C项错误；放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气为1mol，但由于未告知标准状况，体积不一定为22.4 L，D项错误。答案选A。3．（2022·江苏·北大附属宿迁实验学校高二期中）锂离子蓄电池放电时的反应如下：Li1-xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2(x<1)，下列说法正确的是A．放电时，在电解质中由正极向负极迁移B．放电时，Li1-xCoO2中元素的化合价不发生变化C．充电时，阴极电极反应式为：6C+xLi++xe—=LixC6 D．充电时，阳极发生还原反应【答案】C【解析】由放电时的反应方程式可知，放电时，LixC6为蓄电池的负极，LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和碳，Li1-xCoO2为正极，在锂离子作用下Li1-xCoO2在正极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，充电时，LixC6与直流电源的负极相连做电解池的阴极，Li1-xCoO2与正极相连做阳极。放电时，阳离子锂离子在电解质中由负极向正极迁移，A项错误；由分析可知，放电时，Li1-xCoO2为正极，在锂离子作用下Li1-xCoO2在正极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，钴元素的化合价降低，B项错误；由分析可知，充电时，LixC6与直流电源的负极相连做电解池的阴极，电极反应式为6C+xLi++xe—=LixC6，C项正确；充电时，Li1-xCoO2与正极相连做阳极，阳极发生氧化反应，D项错误。答案选C。4．（2022·广东·高二阶段练习）如图所示为氢氧燃料电池示意图，电解液为KCl溶液，设NA为阿伏加德罗常数的值，下列关于该电池的叙述错误的是A．a为负极，b为正极B．消耗22.4LH2时，电路中转移2NA个电子C．b极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池工作一段时间后，KCl溶液浓度降低【答案】B【解析】氢氧燃料电池总反应方程为：2H2+O2=2H2O，其中H2的元素化合价升高发生氧化反应，在负极端，电极反应方程为：，的元素化合价降低发生还原反应，在正极端，电极反应方程为：O2+2H2O+4e-=4OH-。a极通入，元素化合价升高发生氧化反应，所以为负极，极通入，元素化合价降低发生还原反应，所以为正极，A项正确；未指明气体所处状态，B项错误；极为得电子生成，C项正确；反应有水生成，一段时间后溶液浓度降低，D项正确。答案选B。5．（2022·江西省临川第二中学高二阶段练习）化学与生活关系密切，下列说法正确的是A．“玉兔二号”月球车使用的太阳能电池板材料是二氧化硅B．水垢中的，可先用溶液处理，而后用酸除去C．为了增强肥效，将草木灰与铵态氮肥混用D．肼、甲醇等形成燃料电池放出的热量远高于其直接燃烧放出的热量【答案】B【解析】“玉兔二号”月球车使用的太阳能电池板材料是单质硅，A项错误；水垢中的，可先用溶液处理，转化成碳酸盐沉淀，后用酸除去，B项正确；草木灰与铵态氮肥混用时碳酸根离子和铵根离子发生双水解，造成肥效流失，C项错误；化学反应能量变化的多少只与反应物和生成物本身的能量有关与反应途径没有关系，D项错误。答案选B。6．氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，电池反应为NH3·BH3＋3H2O2=NH4BO2＋4H2O。已知H2O2足量，下列说法正确的是A．正极的电极反应式为2H＋+2e-=H2↑B．电池工作时，H＋通过质子交换膜向负极移动C．电池工作时，正、负极分别放出H2和NH3D．工作足够长时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6mol电子【答案】D 【解析】以氨硼烷(NH3•BH3)电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O可知，左侧NH3•BH3失电子发生氧化反应为负极，电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，据此分析。右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，A项错误；B.放电时，阳离子向正极移动，所以H+通过质子交换膜向正极移动，B项错误；NH3•BH3为负极，失电子发生氧化反应，则负极电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2为正极，得到电子发生还原反应，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，所以电池工作时，两个电极都不产生气体，C项错误；未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，通入后，负极电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，正极电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，假设转移电子的物质的量是6mol，则左室质量增加=31g-6g=25g，右室质量增加6g，两极的质量相差19g，理论上转移0.6mol电子，工作一段时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6 mol电子，D项正确。7．（2022·广东·高三阶段练习）质子交换膜燃料电池将氢气和氧气反应放出的能量转化为电能，被视为电动汽车最具潜力的能量来源之一，该电池工作过程中，下列说法不正确的是A．负极发生的反应是 B．正极上发生还原反应C．仅产生，对环境友好 D．向正极移动【答案】B【解析】质子交换膜氢氧燃料电池燃料在负极反应，负极发生的反应是，A项正确；O2在正极上反应，O2被还原，B项错误；质子交换膜氢氧燃料电池将氢气和氧气最终生成水，绿色无污染对环境友好，C项正确；原电池中阳离子移向正极，故D项正确。答案选B。8．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．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A 【解析】Zn较Cu活泼，做负极，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作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O＝2Ag＋2OH−，B项正确；Zn为较活泼电极，做负极，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；铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO4 eq \o(,\s\up8(放电),\s\do7(充电)) 2PbSO4 + 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。9．NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图， 下列判断正确的是A．石墨电极Ⅱ为电池负极B．电池中NO3－ 从石墨电极I向石墨电极Ⅱ作定向移动C．石墨I电极发生的电极反应为NO2＋NO3－－e－＝N2O5D．每消耗1 mol NO2转移电子2 mol【答案】C【解析】以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池，在使用过程中石墨I电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素混合升高，应生成N2O5，电极方程式为NO2＋NO3－－e－═N2O5，石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，电极方程式为O2＋2N2O5＋4e－＝4NO3－，以此解答该题。【详解】石墨电极Ⅱ为电池正极，A项错误；石墨I电极为原电池的负极，原电池工作时，阴离子向负极移动，即NO3－ 从石墨电极Ⅱ向石墨电极I作定向移动，B项错误；石墨I电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素混合升高，应生成N2O5，电极反应为NO2＋NO3－－e－＝N2O5，C项正确；由石墨I电极反应为NO2＋NO3－－e－═N2O5可知，每消耗1 mol NO2转移1 mol电子，D项错误。答案选C。10．（2022·北京二中高二阶段练习）微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。如图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是A．好氧微生物反应器中反应为：B．电子从B极经外电路流向A极C．A极的电极反应式D．当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L 【答案】A【解析】图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应，CH3COO－在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质；则A极的电极反应式为：CH3COO－-8e－+2H2O═2CO2+7H＋，B电极反应式为：2+12H＋+10e－═N2+6H2O。在好氧微生物反应器中转化为，+2O2═+2H＋+H2O，A项正确；图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，电子从A极经外电路流向B极，B项错误；A极的电极反应式为：CH3COO－-8e－+2H2O═2CO2+7H＋，C项错误；当电路中通过1mol电子时，理论上总共生成标准状况下的2.24LN2，D项错误。答案选A。二、非选择题(本题包括5小题)11．原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)依据反应设计的原电池如图所示。请回答下列问题：①电极X的材料是___________(填化学式)；电解质溶液Y是___________溶液。②导线上转移0.2电子时，片质量减轻___________g。(2)铅蓄电池在放电时发生的电池反应为，负极的电极反应式为___________。(3)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、溶液。电池的总反应可表示为。则该电池正极的电极反应式为___________。(4)某乙烯熔融燃料电池工作原理如下图所示：则负极的电极反应式为___________。(5)有人将铂丝插入溶液中做电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池。在该电池反应中，通甲烷的铂丝上发生的电极反应为___________。【答案】(1) 6.4(2)(3)(4)(5)【解析】（1）①根据反应的总方程式，Cu作负极失电子，则X电极为Cu；银作正极，溶液中的银离子得电子生成银，则溶液Y为溶液；②Cu片发生Cu-2e-=Cu2+，转移0.2mol电子时，反应0.1mol铜，质量减轻6.4g；（2）Pb作负极，失电子与溶液中的硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为；（3）可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂，负极材料为Li，发生氧化反应，电极反应式为Li-e-═Li+，正极发生还原反应，用总式减去负极电解反应式可得正极电极反应式为：；（4）根据乙烯熔融盐燃料电池工作原理图可知，左侧电极发生氧化反应，左侧为电池负极；电极反应式为：；（5）原电池的负极上失电子发生氧化反应，所以通甲烷的铂丝为原电池的负极；甲烷燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳是酸性氧化物能和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水，所以该电极上的电极反应式为：。12．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，用KOH作为电池中的电解液，其工作原理的示意图如下：请回答下列问题：(1)甲烷燃料电池的能量转化主要形式是__________________。(2)Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为________________；Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式为________________。(3)电池的总反应方程式为_______________________________。(4)如果该电池工作时电路中通过4 mol电子，则消耗的CH4有________mol。【答案】(1)化学能转化为电能 (2)负 CH4－8e－＋10OH－＝COeq \o\al(2－,3)＋7H2O 还原 2O2＋8e－＋4H2O＝8OH－ (3)CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O (4)0.5 【解析】甲烷燃料电池将化学能转化为电能，通入甲烷的一极为负极发生氧化反应，通入氧气的一极为正极发生还原反应。【详解】(1)甲烷燃料电池的能量转化主要形式是化学能转化为电能。(2)燃料电池中，电解质溶液呈碱性，所以通燃料的a为负极，燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH4－8e－＋10OH－＝COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，Pt（b）电极为正极，发生还原反应，电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O＝8OH－。(3)正负极电极反应式相加即得电池总反应式为CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O。 (4)根据电极反应式CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O，每反应1molCH4，转移8mol电子，则电路中通过4 mol电子，则消耗的CH40.5mol。13．某校课题组的同学设计“甲烷—碳酸盐—空气”熔盐燃料电池处理污水，其结构示意图如下：污水处理原理：保持污水的pH 在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撤掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。回答下列问题：（1）图中 A的化学式为__________________。（2）燃料电池正极反应为O2+2CO2+4e—= 2CO，负极反应式为_____________。（3）用电极反应式和离子或化学方程式说明电解池中生成Fe(OH)3的过程：_________________；_______________；______________ 。（4）若在阴极产生了 2 mo1气体，则理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4 (标准状况下)____L。【答案】（1）CO2 （2）CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O （3）Fe－2e－＝Fe2+ Fe2+＋2OH－＝Fe(OH) 2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3 （4）11.2 【解析】装置右侧为燃料电池，负极甲烷发生氧化反应，生成二氧化碳和水：CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O；正极氧气结合二氧化碳生成碳酸根：O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－；左侧为电解池，铁电极为阳极，石墨电极为阴极，据此解答。（1）图中 A是二氧化碳，化学式为：CO2；（2）燃料电池正极反应为O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－，负极反应式为：CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O；（3）污水的pH 在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀，故铁电极先失去电子发生氧化反应：Fe－2e－＝Fe2+ ；正极氢离子得电子发生还原产生氢气，继续发生反应：Fe2+＋2OH－＝Fe(OH) 2↓ ；氢氧化亚铁沉淀再被空气氧化，发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3 ； （4）若在阴极产生了 2 mo1H2，则转移电子4mol，结合甲烷的电极反应式：CH4+4CO32－-8e- =5CO2+2H2O；理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4的物质的量为0.5mol，故标况下消耗甲烷的体积为11.2L。14．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。(1)蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。负极反应式为_______；正极反应式为_______。(2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应过程的离子方程式为_______，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_______，正极反应式为_______。(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为_______。A．铝片、铜片 B．铜片、铝片 C．铝片、铝片 D．铜片、铜片写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：_______。(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：①电池的负极是_______(填“a”或“b”)，该极的电极反应式是：_______。②电池工作一段时间后电解质溶液的pH_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。【答案】(1)Pb+SO-2e-=PbSO4 PbO2+SO+4H++2e-=PbSO4+2H2O(2)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ Cu 2Fe3++2e-=2Fe2+(3)B Al+4OH--3e-=AlO+2H2O(4)a CH4+10OH--8e-=CO+7H2O 减小【解析】（1）铅蓄电池的电池总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，依据反应的总电池反应，反应中Pb元素化合价升高的在负极失电子发生氧化反应，其电极反应为：Pb+ SO-2e-=PbSO4，PbO2中元素化合价降低的是在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为：PbO2+SO+4H++2e-=PbSO4+2H2O；（2）Fe3+有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子，自身被还原成 Fe2+，反应方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，设计成原电池时，Cu在负极上发生氧化反应，正极上三价铁离子得电子发生还原反应，其正极上的电极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+；（3）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以Cu失电子作负极，一组插入烧碱溶液中，Cu与氢氧化钠不反应，Al失电子作负极，故选B；碱性条件下，Al失电子生成偏铝酸根离子，其电极反应为：Al+4OH--3e-= AlO+2H2O；（4）①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极，该极上是燃料发生失电子的氧化反应，即CH4+10OH--8e-= CO+7H2O；②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-= CO+3H2O，电池工作一段时间后，由于氢氧根离子被消耗，所以电解质溶液的pH会减小。15．应用电化学原理，回答下列问题：（1）上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是_________。（2）甲中电流计指针偏移时，盐桥（装有含琼胶的KCl饱和溶液）中离子移动的方向是________。（3）乙中正极反应式为________；若将H2换成CH4，则负极反应式为_______。（4）丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅蓄电池______极相连接。（5）应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。按下图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），进行实验：ⅰ．K闭合时，指针偏移。放置一段时间后，指针偏移减小。ⅱ．随后向U型管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为：偏移减小→回到零点→逆向偏移。①实验ⅰ中银作______极。②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是______。【答案】（1）失电子被氧化，具有还原性 （2）钾离子移向硫酸铜溶液、氯离子移向硫酸锌溶液 （3）O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ CH4－8e－＋10OH－＝CO32－＋7H2O （4）负 （5）①正 ②Fe2+＋Ag+Fe3+＋Ag 【解析】（1）负极物质中元素化合价升高，发生氧化反应，本身具有还原性，即负极反应物化学性质上的共同特点是失电子被氧化，具有还原性；（2）阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液，氯离子移向硫酸锌溶液；（3）正极是氧气得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－；若将H2换成CH4，则负极反应式为CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O；（4）丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫酸铅变成单质铅，发生还原反应，所以应做电解池的阴极，则与电源的负极相连；（5）①亚铁离子失电子发生氧化反应，所以碳是负极，银是正极；②综合实验i、ii的现象，得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是Fe2+＋Ag+Fe3+＋Ag。
第4章 电化学基础4.2 化学电源一、选择题（共10小题，每小题只有一个正确答案）1．下列有关电池的说法不正确的是A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极【答案】B【解析】手机锂离子电池可以多次充放电，因此是二次电池，A项正确；铜锌原电池工作的时候，锌作负极，铜作正极，电子应该是从锌电极经导线流向铜电极，B项错误；甲醇燃料电池就是将甲醇内部的化学能转化为电能的装置，C项正确；锌的化学性质比锰要活泼，因此锌锰干电池中锌是负极，D项正确。答案选B。2．一种新型的二次电池锌—空气燃料电池，以KOH溶液为电解液，放电时的总反应为：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O＝2Zn(OH)42－。关于该装置的说法正确的是A．充电时，锌电极接外电源的负极B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C．放电时，负极反应为：Zn－2e－＋4H2O＝Zn(OH)42－＋4H+D．放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气22.4 L【答案】A【解析】根据放电时的总反应为：2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O＝2Zn(OH)42－可知，Zn在反应中失电子，被氧化，作负极；O2得电子，在正极上发生还原反应，由上述分析可知，Zn是负极，故充电时，锌电极接外电源的负极，A项正确；充电时总反应恰好是放电时的逆过程，总反应为2Zn(OH)42－＝2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，故电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，B项错误；由于KOH溶液作电解质放电时，负极反应为：Zn－2e－+ 4OH-＝2Zn(OH)42－，C项错误；放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气为1mol，但由于未告知标准状况，体积不一定为22.4 L，D项错误。答案选A。3．（2022·江苏·北大附属宿迁实验学校高二期中）锂离子蓄电池放电时的反应如下：Li1-xCoO2+LixC6=6C+LiCoO2(x<1)，下列说法正确的是A．放电时，在电解质中由正极向负极迁移B．放电时，Li1-xCoO2中元素的化合价不发生变化C．充电时，阴极电极反应式为：6C+xLi++xe—=LixC6 D．充电时，阳极发生还原反应【答案】C【解析】由放电时的反应方程式可知，放电时，LixC6为蓄电池的负极，LixC6在负极失去电子发生氧化反应生成锂离子和碳，Li1-xCoO2为正极，在锂离子作用下Li1-xCoO2在正极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，充电时，LixC6与直流电源的负极相连做电解池的阴极，Li1-xCoO2与正极相连做阳极。放电时，阳离子锂离子在电解质中由负极向正极迁移，A项错误；由分析可知，放电时，Li1-xCoO2为正极，在锂离子作用下Li1-xCoO2在正极得到电子发生还原反应生成LiCoO2，钴元素的化合价降低，B项错误；由分析可知，充电时，LixC6与直流电源的负极相连做电解池的阴极，电极反应式为6C+xLi++xe—=LixC6，C项正确；充电时，Li1-xCoO2与正极相连做阳极，阳极发生氧化反应，D项错误。答案选C。4．（2022·广东·高二阶段练习）如图所示为氢氧燃料电池示意图，电解液为KCl溶液，设NA为阿伏加德罗常数的值，下列关于该电池的叙述错误的是A．a为负极，b为正极B．消耗22.4LH2时，电路中转移2NA个电子C．b极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-D．电池工作一段时间后，KCl溶液浓度降低【答案】B【解析】氢氧燃料电池总反应方程为：2H2+O2=2H2O，其中H2的元素化合价升高发生氧化反应，在负极端，电极反应方程为：，的元素化合价降低发生还原反应，在正极端，电极反应方程为：O2+2H2O+4e-=4OH-。a极通入，元素化合价升高发生氧化反应，所以为负极，极通入，元素化合价降低发生还原反应，所以为正极，A项正确；未指明气体所处状态，B项错误；极为得电子生成，C项正确；反应有水生成，一段时间后溶液浓度降低，D项正确。答案选B。5．（2022·江西省临川第二中学高二阶段练习）化学与生活关系密切，下列说法正确的是A．“玉兔二号”月球车使用的太阳能电池板材料是二氧化硅B．水垢中的，可先用溶液处理，而后用酸除去C．为了增强肥效，将草木灰与铵态氮肥混用D．肼、甲醇等形成燃料电池放出的热量远高于其直接燃烧放出的热量【答案】B【解析】“玉兔二号”月球车使用的太阳能电池板材料是单质硅，A项错误；水垢中的，可先用溶液处理，转化成碳酸盐沉淀，后用酸除去，B项正确；草木灰与铵态氮肥混用时碳酸根离子和铵根离子发生双水解，造成肥效流失，C项错误；化学反应能量变化的多少只与反应物和生成物本身的能量有关与反应途径没有关系，D项错误。答案选B。6．氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，电池反应为NH3·BH3＋3H2O2=NH4BO2＋4H2O。已知H2O2足量，下列说法正确的是A．正极的电极反应式为2H＋+2e-=H2↑B．电池工作时，H＋通过质子交换膜向负极移动C．电池工作时，正、负极分别放出H2和NH3D．工作足够长时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6mol电子【答案】D 【解析】以氨硼烷(NH3•BH3)电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O可知，左侧NH3•BH3失电子发生氧化反应为负极，电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，据此分析。右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，A项错误；B.放电时，阳离子向正极移动，所以H+通过质子交换膜向正极移动，B项错误；NH3•BH3为负极，失电子发生氧化反应，则负极电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2为正极，得到电子发生还原反应，电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，所以电池工作时，两个电极都不产生气体，C项错误；未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，通入后，负极电极反应式为NH3•BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，正极电极反应式为3H2O2+6H++6e-=6H2O，假设转移电子的物质的量是6mol，则左室质量增加=31g-6g=25g，右室质量增加6g，两极的质量相差19g，理论上转移0.6mol电子，工作一段时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6 mol电子，D项正确。7．（2022·广东·高三阶段练习）质子交换膜燃料电池将氢气和氧气反应放出的能量转化为电能，被视为电动汽车最具潜力的能量来源之一，该电池工作过程中，下列说法不正确的是A．负极发生的反应是 B．正极上发生还原反应C．仅产生，对环境友好 D．向正极移动【答案】B【解析】质子交换膜氢氧燃料电池燃料在负极反应，负极发生的反应是，A项正确；O2在正极上反应，O2被还原，B项错误；质子交换膜氢氧燃料电池将氢气和氧气最终生成水，绿色无污染对环境友好，C项正确；原电池中阳离子移向正极，故D项正确。答案选B。8．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．Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B．正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O2Ag＋2OH−C．锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D．使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A 【解析】Zn较Cu活泼，做负极，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作电解液，故电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O＝2Ag＋2OH−，B项正确；Zn为较活泼电极，做负极，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；铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO4 eq \o(,\s\up8(放电),\s\do7(充电)) 2PbSO4 + 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。9．NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图， 下列判断正确的是A．石墨电极Ⅱ为电池负极B．电池中NO3－ 从石墨电极I向石墨电极Ⅱ作定向移动C．石墨I电极发生的电极反应为NO2＋NO3－－e－＝N2O5D．每消耗1 mol NO2转移电子2 mol【答案】C【解析】以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池，在使用过程中石墨I电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素混合升高，应生成N2O5，电极方程式为NO2＋NO3－－e－═N2O5，石墨Ⅱ通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，电极方程式为O2＋2N2O5＋4e－＝4NO3－，以此解答该题。【详解】石墨电极Ⅱ为电池正极，A项错误；石墨I电极为原电池的负极，原电池工作时，阴离子向负极移动，即NO3－ 从石墨电极Ⅱ向石墨电极I作定向移动，B项错误；石墨I电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素混合升高，应生成N2O5，电极反应为NO2＋NO3－－e－＝N2O5，C项正确；由石墨I电极反应为NO2＋NO3－－e－═N2O5可知，每消耗1 mol NO2转移1 mol电子，D项错误。答案选C。10．（2022·北京二中高二阶段练习）微生物燃料电池(MFC)是一种现代化氨氮去除技术。如图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是A．好氧微生物反应器中反应为：B．电子从B极经外电路流向A极C．A极的电极反应式D．当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L 【答案】A【解析】图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，离子在正极得到电子生成氮气发生还原反应，CH3COO－在原电池负极失电子生成二氧化碳气体，发生氧化反应，环境为酸性介质；则A极的电极反应式为：CH3COO－-8e－+2H2O═2CO2+7H＋，B电极反应式为：2+12H＋+10e－═N2+6H2O。在好氧微生物反应器中转化为，+2O2═+2H＋+H2O，A项正确；图示分析可知微生物燃料电池中氢离子移向B电极，说明A为原电池的负极，B为原电池的正极，电子从A极经外电路流向B极，B项错误；A极的电极反应式为：CH3COO－-8e－+2H2O═2CO2+7H＋，C项错误；当电路中通过1mol电子时，理论上总共生成标准状况下的2.24LN2，D项错误。答案选A。二、非选择题(本题包括5小题)11．原电池是化学对人类的一项重大贡献。(1)依据反应设计的原电池如图所示。请回答下列问题：①电极X的材料是___________(填化学式)；电解质溶液Y是___________溶液。②导线上转移0.2电子时，片质量减轻___________g。(2)铅蓄电池在放电时发生的电池反应为，负极的电极反应式为___________。(3)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、溶液。电池的总反应可表示为。则该电池正极的电极反应式为___________。(4)某乙烯熔融燃料电池工作原理如下图所示：则负极的电极反应式为___________。(5)有人将铂丝插入溶液中做电极，并在两极片上分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池。在该电池反应中，通甲烷的铂丝上发生的电极反应为___________。【答案】(1) 6.4(2)(3)(4)(5)【解析】（1）①根据反应的总方程式，Cu作负极失电子，则X电极为Cu；银作正极，溶液中的银离子得电子生成银，则溶液Y为溶液；②Cu片发生Cu-2e-=Cu2+，转移0.2mol电子时，反应0.1mol铜，质量减轻6.4g；（2）Pb作负极，失电子与溶液中的硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为；（3）可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂，负极材料为Li，发生氧化反应，电极反应式为Li-e-═Li+，正极发生还原反应，用总式减去负极电解反应式可得正极电极反应式为：；（4）根据乙烯熔融盐燃料电池工作原理图可知，左侧电极发生氧化反应，左侧为电池负极；电极反应式为：；（5）原电池的负极上失电子发生氧化反应，所以通甲烷的铂丝为原电池的负极；甲烷燃烧生成二氧化碳和水，二氧化碳是酸性氧化物能和氢氧化钾反应生成碳酸钾和水，所以该电极上的电极反应式为：。12．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲烷燃料电池采用铂作电极催化剂，用KOH作为电池中的电解液，其工作原理的示意图如下：请回答下列问题：(1)甲烷燃料电池的能量转化主要形式是__________________。(2)Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为________________；Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式为________________。(3)电池的总反应方程式为_______________________________。(4)如果该电池工作时电路中通过4 mol电子，则消耗的CH4有________mol。【答案】(1)化学能转化为电能 (2)负 CH4－8e－＋10OH－＝COeq \o\al(2－,3)＋7H2O 还原 2O2＋8e－＋4H2O＝8OH－ (3)CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O (4)0.5 【解析】甲烷燃料电池将化学能转化为电能，通入甲烷的一极为负极发生氧化反应，通入氧气的一极为正极发生还原反应。【详解】(1)甲烷燃料电池的能量转化主要形式是化学能转化为电能。(2)燃料电池中，电解质溶液呈碱性，所以通燃料的a为负极，燃料失电子发生氧化反应，所以a电极反应式为CH4－8e－＋10OH－＝COeq \o\al(2－,3)＋7H2O，Pt（b）电极为正极，发生还原反应，电极反应式为2O2＋8e－＋4H2O＝8OH－。(3)正负极电极反应式相加即得电池总反应式为CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O。 (4)根据电极反应式CH4＋2OH－＋2O2＝COeq \o\al(2－,3)＋3H2O，每反应1molCH4，转移8mol电子，则电路中通过4 mol电子，则消耗的CH40.5mol。13．某校课题组的同学设计“甲烷—碳酸盐—空气”熔盐燃料电池处理污水，其结构示意图如下：污水处理原理：保持污水的pH 在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撤掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。回答下列问题：（1）图中 A的化学式为__________________。（2）燃料电池正极反应为O2+2CO2+4e—= 2CO，负极反应式为_____________。（3）用电极反应式和离子或化学方程式说明电解池中生成Fe(OH)3的过程：_________________；_______________；______________ 。（4）若在阴极产生了 2 mo1气体，则理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4 (标准状况下)____L。【答案】（1）CO2 （2）CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O （3）Fe－2e－＝Fe2+ Fe2+＋2OH－＝Fe(OH) 2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3 （4）11.2 【解析】装置右侧为燃料电池，负极甲烷发生氧化反应，生成二氧化碳和水：CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O；正极氧气结合二氧化碳生成碳酸根：O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－；左侧为电解池，铁电极为阳极，石墨电极为阴极，据此解答。（1）图中 A是二氧化碳，化学式为：CO2；（2）燃料电池正极反应为O2＋2CO2＋4e－＝2CO32－，负极反应式为：CH4＋4CO32－－8e－＝5CO2＋2H2O；（3）污水的pH 在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀，故铁电极先失去电子发生氧化反应：Fe－2e－＝Fe2+ ；正极氢离子得电子发生还原产生氢气，继续发生反应：Fe2+＋2OH－＝Fe(OH) 2↓ ；氢氧化亚铁沉淀再被空气氧化，发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3 ； （4）若在阴极产生了 2 mo1H2，则转移电子4mol，结合甲烷的电极反应式：CH4+4CO32－-8e- =5CO2+2H2O；理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4的物质的量为0.5mol，故标况下消耗甲烷的体积为11.2L。14．人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下每小题中的电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息，填写空格。(1)蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池的作用。铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。负极反应式为_______；正极反应式为_______。(2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应过程的离子方程式为_______，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_______，正极反应式为_______。(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为_______。A．铝片、铜片 B．铜片、铝片 C．铝片、铝片 D．铜片、铜片写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：_______。(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：①电池的负极是_______(填“a”或“b”)，该极的电极反应式是：_______。②电池工作一段时间后电解质溶液的pH_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。【答案】(1)Pb+SO-2e-=PbSO4 PbO2+SO+4H++2e-=PbSO4+2H2O(2)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ Cu 2Fe3++2e-=2Fe2+(3)B Al+4OH--3e-=AlO+2H2O(4)a CH4+10OH--8e-=CO+7H2O 减小【解析】（1）铅蓄电池的电池总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，依据反应的总电池反应，反应中Pb元素化合价升高的在负极失电子发生氧化反应，其电极反应为：Pb+ SO-2e-=PbSO4，PbO2中元素化合价降低的是在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅，电极反应为：PbO2+SO+4H++2e-=PbSO4+2H2O；（2）Fe3+有强氧化性，能把金属铜氧化成铜离子，自身被还原成 Fe2+，反应方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，设计成原电池时，Cu在负极上发生氧化反应，正极上三价铁离子得电子发生还原反应，其正极上的电极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+；（3）将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以Cu失电子作负极，一组插入烧碱溶液中，Cu与氢氧化钠不反应，Al失电子作负极，故选B；碱性条件下，Al失电子生成偏铝酸根离子，其电极反应为：Al+4OH--3e-= AlO+2H2O；（4）①碱性甲烷燃料电池中通入甲烷的一极a为原电池的负极，该极上是燃料发生失电子的氧化反应，即CH4+10OH--8e-= CO+7H2O；②在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为CH4+2O2+2OH-= CO+3H2O，电池工作一段时间后，由于氢氧根离子被消耗，所以电解质溶液的pH会减小。15．应用电化学原理，回答下列问题：（1）上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是_________。（2）甲中电流计指针偏移时，盐桥（装有含琼胶的KCl饱和溶液）中离子移动的方向是________。（3）乙中正极反应式为________；若将H2换成CH4，则负极反应式为_______。（4）丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅蓄电池______极相连接。（5）应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。按下图连接装置并加入药品（盐桥中的物质不参与反应），进行实验：ⅰ．K闭合时，指针偏移。放置一段时间后，指针偏移减小。ⅱ．随后向U型管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液，发现电压表指针的变化依次为：偏移减小→回到零点→逆向偏移。①实验ⅰ中银作______极。②综合实验ⅰ、ⅱ的现象，得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是______。【答案】（1）失电子被氧化，具有还原性 （2）钾离子移向硫酸铜溶液、氯离子移向硫酸锌溶液 （3）O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ CH4－8e－＋10OH－＝CO32－＋7H2O （4）负 （5）①正 ②Fe2+＋Ag+Fe3+＋Ag 【解析】（1）负极物质中元素化合价升高，发生氧化反应，本身具有还原性，即负极反应物化学性质上的共同特点是失电子被氧化，具有还原性；（2）阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液，氯离子移向硫酸锌溶液；（3）正极是氧气得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－；若将H2换成CH4，则负极反应式为CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O；（4）丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫酸铅变成单质铅，发生还原反应，所以应做电解池的阴极，则与电源的负极相连；（5）①亚铁离子失电子发生氧化反应，所以碳是负极，银是正极；②综合实验i、ii的现象，得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是Fe2+＋Ag+Fe3+＋Ag。
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