高中化学专题6 化学反应与能量变化第三单元 化学能与电能的转化达标测试

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1. (2023南通如皋调研)氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是( )
A. 该电池中电极b是正极，发生还原反应
B. 外电路中电流由电极a通过导线流向电极b
C. 该电池的总反应为2H2O===2H2＋O2
D. 该电池工作时电能转化为化学能
2. 某固体酸燃料电池以固体为电解质传递，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是( )
A. 电子由b极通过外电路流向a极
B. b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 每转移0.1 ml e－，消耗标准状况下2.24 L H2
D. H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
3. (2022常州期中)某种氢氧燃料电池的内部结构如图所示，下列有关该装置的说法不正确的是( )
A. 该装置将化学能转化为电能
B. 电极a为电池的负极
C. 电极b上发生的反应为O2－4e－＋4H＋===2H2O
D. 工作时，电子由电极a通过导线流向电极b
4. (2022淮安郑梁梅高级中学月考)锌空气电池可用作电动车的动力电源，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A. 该装置将化学能转化为电能
B. Zn为负极
C. 电子由石墨经外电路流向Zn
D. 石墨电极的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
5. (2024常州溧阳期末)一种航天器能量储存系统原理示意图如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该系统中只存在3种形式的能量转化
B. 装置X实现了电能与化学能的转化
C. 装置Y中在负极发生反应的物质是O2
D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化
6. (2022宿迁期末)酸性氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是( )
A. 该电池中电极b是正极，发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B. 外电路中电流由电极b通过导线流向电极a
C. 该电池工作过程中，电解质溶液pH保持不变
D. 该电池工作时，电能转化为化学能
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7. (2024南京中华中学期末)微生物脱盐池的a极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为CO2，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A. 工作时，a极发生氧化反应，电子从a极经外电路流向b极
B. 若有机物为C6H6O，则a极的电极反应式为C6H6O－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋
C. 在标准状况下，b极上消耗11.2 L气体，则通过N膜的离子的物质的量为2 ml
D. N膜为阳离子交换膜，M膜为阴离子交换膜
8. 按要求回答问题。
(1) 制作印刷电路板的过程中常用FeCl3溶液与铜反应：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+，把该反应设计成原电池，可用________作正极材料，电解质溶液是________溶液，正极的电极反应式为_______________________________________。
(2) 氢氧燃料电池的构造如图所示，由此判断X极为电池的_______(填“正”或“负”，下同)极，OH－向_______极定向移动，Y极的电极反应式为_______________________________________。
(3) 铅蓄电池是常见的化学电源之一，其充电、放电的总反应式为2PbSO4＋2H2O eq \(⥫==⥬,\s\up14(充电),\s\d5(放电))Pb＋PbO2＋2H2SO4。铅蓄电池放电时，正极是________(填化学式)，该电极质量________(填“增大”或“减小”)。放电过程中，外电路转移3 ml
e－，消耗H2SO4________ml。
9. (2024徐州金科大联考质量检测)试运用所学的电化学知识回答下列问题。
(1) ①请设计一个原电池，可自发进行反应：Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag，该电池的两电极分别为铜棒、银棒，请在框中画出该实验的装置示意图。该电池中，电子的流向为______________________。
②该电化学装置的能量变化形式为____________________。若开始时两电极质量相等，当电路中转移0.2 ml电子时，理论上两电极的质量差为________g。
(2) 科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统实现CO2的再利用。电池的总反应为CO2＋2H2O===2O2＋CH4(已知：质子交换膜仅允许H＋通过)。
①该装置中的负极为________(填“GaN”或“Cu”)。
②该电池的Cu电极上发生的电极反应为_______________________________。
③生成1 ml O2，消耗CO2的物质的量为________ml。
基础小练8 燃料电池
1. A 氢氧燃料电池中，通入燃料H2的电极为负极，a是负极，发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，A正确；电子由负极a通过导线流向正极b，B错误；氢氧燃料电池的总反应式与氢气燃烧方程式相同，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O，C错误；该装置为原电池，将化学能转化为电能，D错误。
2. D 电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极，即由a极流向b极，A错误；该电池电解质能传递H＋，因此正极b上的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B错误；每转移0.1 ml e－，消耗标准状况下1.12 L H2，C错误；原电池中，a极上H2失电子生成H＋，阳离子向负电荷较多的正极移动，所以H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极，D正确。
3. C 该装置为氢氧燃料电池，属于原电池，工作时会将化学能转化成电能，A正确；H＋向电极b移动，则b为电池的正极，a为负极，B正确；正极得电子，发生还原反应，电极b上的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C错误；工作时，电子由负极a通过导线流向正极b，D正确。
4. C 该装置为原电池，可将化学能转化为电能，A正确；在锌空气电池中，锌失电子为负极，石墨电极为正极，B正确；锌为负极，石墨为正极，电子由锌经外电路流向石墨，C错误；锌空气电池中，空气中氧气得电子，因此石墨电极上的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正确。
5. B 系统中存在光能→电能、电能→化学能、化学能→电能、电能→机械能等多种能量转化方式，A错误；根据装置图可知：太阳能电池可以将太阳能转化为电能，然后在装置X中电解H2O产生H2、O2，从而实现了电能与化学能的转化，B正确；在装置Y中，H2和O2形成原电池反应产生水，H2在负极上发生失去电子的氧化反应，O2在正极上发生得到电子的还原反应，C错误；装置X、Y形成的子系统不能实现电能与化学能的完全转化，存在能量的损耗，D错误。
燃料电池的分析模板
6. B 原电池中阳离子向正极移动，根据H＋移动方向，可知通入氧气的一极是正极、通入氢气的一极是负极，故b是正极，a是负极，因是酸性电池，正极发生的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A错误；外电路中电流由正极b通过导线流向负极a，B正确；该电池总反应为2H2＋O2===2H2O，工作过程中有水生成，酸被稀释，浓度减小，溶液pH增大，C错误；该电池工作时，化学能转化为电能，D错误。
7. C 原电池工作时，负极发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，电子由负极经导线流向正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。根据图示可知：a极有机污染物转化为二氧化碳，失去电子，a电极为负极，b电极为正极，因此工作时，a极发生氧化反应，电子从a极经外电路流向b极，A正确；若有机物为C6H6O，则a极的电极反应式为C6H6O－28e－＋11H2O===6CO2↑＋28H＋，B正确；若b极上消耗标准状况下11.2 L O2，n(O2)＝0.5 ml，则外电路中通过2 ml e－，此时通过阳离子交换膜的电荷数为2 ml，经过N膜的离子为Na＋和Ca2+，其所带电荷数不同，故通过的离子数目及物质的量无法确定，C错误；阴离子向a极迁移，阳离子向b极迁移，因此N膜为阳离子交换膜，M膜为阴离子交换膜，D正确。
燃料电池中产物的判断
碱性介质：C―→CO eq \\al(2-,3)，其余介质：C―→CO2；
酸性介质：H―→H＋，其余介质：H―→H2O。
8. (1) 石墨 FeCl3 Fe3+＋e－===Fe2+
(2) 负 负 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3) PbO2 增大 3
9. (1) ①
从Cu电极流出经导线流向Ag电极 ②化学能转化为电能 28 (2) ①GaN ②CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O ③0.5
解析：(1) ①可自发进行反应Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag的原电池，两电极分别为铜棒和银棒，则Cu为负极，Ag为正极，AgNO3为电解质溶液。该电池中电子从负极沿导线流向正极，即从Cu电极流出经导线流向Ag电极。②该电化学装置为原电池，将化学能转化为电能，负极：Cu－2e－===Cu2+、正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电路中转移0.2 ml电子，负极上消耗 0.1 ml Cu，正极上生成0.2 ml Ag，则两极的质量差为6.4 g＋21.6 g＝28 g。(2) ①从图中可知，Cu电极上CO2得电子转化为CH4，则Cu电极为正极，GaN电极上水失电子生成氧气，则GaN电极为负极。②该电池中Cu为正极，正极上CO2得电子结合H＋生成CH4，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O。③负极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，生成1 ml O2转移4 ml电子，则正极上消耗 0.5 ml CO2。