人教版選修4 第4章第2節(jié) 化學(xué)電源 作業(yè) (6).doc

第2節(jié) 化學(xué)電源(45分鐘100分)一、選擇題(本題包括9小題,每小題6分,共54分)1.下列有關(guān)鋅錳干電池的說(shuō)法中正確的是()a.鋅外殼是負(fù)極,石墨棒是正極材料b.在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼c.電流從鋅流到石墨棒上d.在電池內(nèi)部陽(yáng)離子從石墨棒向鋅片移動(dòng)【解析】選a。在鋅錳干電池中,鋅外殼是負(fù)極,石墨棒是正極,在外電路中電子從鋅外殼流向石墨棒,電流的方向與電子的流向相反,電池內(nèi)部,陽(yáng)離子向正極石墨棒移動(dòng),故a正確,b、c、d錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2016平頂山高二檢測(cè))普通鋅錳干電池在放電時(shí)總反應(yīng)方程式可以表示為zn(s)+2mno2+2nh4+zn2+mn2o3(s)+2nh3+h2o,在此電池放電時(shí)正極(碳棒)上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()a.znb.碳c.mno2和nh4+d.zn2+和nh3【解析】選c。根據(jù)方程式可知:zn為原電池的負(fù)極,碳棒為原電池的正極,負(fù)極失電子變成zn2+,失去的電子被mno2和nh4+得到,生成了mn2o3和nh3。所以在正極上nh4+和mno2為反應(yīng)物。2.(2016濰坊高二檢測(cè))乙醇燃料電池中采用磺酸類(lèi)質(zhì)子溶劑,在200左右時(shí)供電,電池總反應(yīng)式為c2h5oh+3o22co2+3h2o,電池示意圖如圖,下列說(shuō)法中正確的是()a.電池工作時(shí),質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移b.電池工作時(shí),電流由b極沿導(dǎo)線流向a極c.a極上發(fā)生的電極反應(yīng)是c2h5oh+3h2o+12e-2co2+12h+d.b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2h2o+o2+4e-4oh-【解析】選b。通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng);通入氧氣的一極(b極)為正極,發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時(shí),陽(yáng)離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移,選項(xiàng)a不正確;電流方向與電子流向相反,電流由b極沿導(dǎo)線流向a極,選項(xiàng)b正確;a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化,所以選項(xiàng)c不正確;因?yàn)殡姵刂惺褂玫氖腔撬犷?lèi)質(zhì)子溶劑,所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)oh-,選項(xiàng)d不正確。3.(2016鄭州高二檢測(cè))甲醇燃料電池具有容易攜帶、容易存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn),目前被認(rèn)為將會(huì)替代傳統(tǒng)的電池成為攜帶型設(shè)備的主要電源。如圖是甲醇的質(zhì)子交換膜型燃料電池模型,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()a.y極為電池的負(fù)極b.x極的電極反應(yīng)式:ch3oh+h2o-6e-co2+6h+c.若常溫下用該電池電解100 ml kcl溶液至ph=12時(shí),向質(zhì)子交換膜遷移的a為0.01 mold.空氣以20%為氧氣計(jì)算,x極每消耗1 mol甲醇,y極必消耗168 l空氣中的氧氣【解析】選b。根據(jù)x極、y極所通入的物質(zhì),可以判斷,x極為負(fù)極,y極為正極,其電極反應(yīng)式為x極(負(fù)極):ch3oh+h2o-6e-co2+6h+;y極(正極):32o2+6e-+6h+ 3h2o。c項(xiàng),2kcl+2h2o2koh+h2+cl2,n(oh-)=0.01 moll-10.1 l=10-3mol,所以向質(zhì)子交換膜遷移的a(h+)應(yīng)為0.001 mol;d項(xiàng),沒(méi)有給出氧氣所處的條件,不能求出氧氣的體積。4.(2016全國(guó)卷)鋅-空氣燃料電池可用作電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電源,電池的電解質(zhì)溶液為koh溶液,反應(yīng)為2zn+o2+4oh-+2h2o2zn(oh)42-。下列說(shuō)法正確的是()a.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中k+向陽(yáng)極移動(dòng)b.充電時(shí),電解質(zhì)溶液中c(oh-)逐漸減小c.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)為zn+4oh-2e-zn(oh)42-d.放電時(shí),電路中通過(guò)2 mol電子,消耗氧氣22.4 l(標(biāo)準(zhǔn)狀況)【解析】選c。充電時(shí),發(fā)生電解池反應(yīng),k+向陰極移動(dòng),a選項(xiàng)錯(cuò)誤;充電時(shí),發(fā)生的反應(yīng)是2zn(oh)42-2zn+o2+4oh-+2h2o,反應(yīng)后c(oh-)逐漸增大,b選項(xiàng)錯(cuò)誤;放電時(shí),活潑金屬zn作負(fù)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)生成zn(oh)42-,c選項(xiàng)正確;根據(jù)o24e-,則放電時(shí)電路中通過(guò)2 mol電子,消耗0.5 mol o2,其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2 l,d選項(xiàng)錯(cuò)誤?！痉椒ㄒ?guī)律】解答充電電池題目的注意問(wèn)題(1)電池放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng),充電時(shí)發(fā)生電解池反應(yīng)。(2)可充電電池的充放電時(shí)的反應(yīng)相反。(3)陽(yáng)極和負(fù)極都發(fā)生氧化反應(yīng),陰極和正極都發(fā)生還原反應(yīng)。(4)原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),電解池中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)。5.尋找新能源是解決溫室效應(yīng)的一條重要思路。磷酸亞鐵鋰(lifepo4)是一種新型汽車(chē)鋰離子電池,總反應(yīng)為fepo4+lilifepo4,電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)離子,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()a.放電時(shí),li作負(fù)極b.放電時(shí),正極反應(yīng)為fepo4+li+e-lifepo4c.充電時(shí),li+和fe2+向陰極移動(dòng),po43-向陽(yáng)極移動(dòng)d.充電時(shí),陰極反應(yīng)為li+e-li【解析】選c。放電時(shí),電極反應(yīng)式為負(fù)極:li-e-li+,正極:fepo4+e-+li+lifepo4;充電時(shí),電極反應(yīng)式為陰極:li+e-li,陽(yáng)極:lifepo4-e-li+fepo4。c項(xiàng),充電時(shí),li+在陽(yáng)極生成,移向陰極得e-生成li,fe2+失去電子生成fe3+,fe3+和po43-結(jié)合生成fepo4。6.(2016漳州高二檢測(cè))一種微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,關(guān)于該電池的敘述正確的是()a.電池工作時(shí),電子由a流向bb.微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)c.放電過(guò)程中,h+從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)d.正極反應(yīng)式為mno2+4h+2e-mn2+2h2o【解析】選d。因?yàn)橛覀?cè)產(chǎn)生co2,說(shuō)明微生物所在的電極區(qū)cm(h2o)n失電子生成co2,所以電池工作時(shí)電子由b經(jīng)外電路流向a極,a項(xiàng)錯(cuò)誤;微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng),b項(xiàng)錯(cuò)誤;放電時(shí)陽(yáng)離子向正極移動(dòng),c項(xiàng)錯(cuò)誤;放電時(shí)正極發(fā)生還原反應(yīng),d項(xiàng)正確。7.(2016太原高二檢測(cè))科學(xué)工作者為心臟病患者設(shè)計(jì)的心臟起搏器的電池是以pt和zn為電極材料,依靠人體體液中含有的一定濃度的溶解氧、h+和zn2+進(jìn)行工作的。該電池工作時(shí),正極的電極反應(yīng)式為()a.zn-2e-zn2+b.2h+2e-h2c.4oh-4e-o2+2h2od.o2+4h+4e-2h2o【解析】選d。正極得電子,體液中溶解的氧易得電子而發(fā)生反應(yīng):o2+4h+4e- 2h2o,d項(xiàng)正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2016梅州高二檢測(cè))微型鋰碘電池可用于植入某些心臟病人體內(nèi)的心臟起搏器所用的電源。這種電池中的電解質(zhì)是固體電解質(zhì)lii,其中的導(dǎo)電離子是i-。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()a.正極反應(yīng):2li-2e-2li+b.負(fù)極反應(yīng):i2+2e-2i-c.總反應(yīng)是2li+i22liid.金屬鋰作正極【解析】選c。該電池中l(wèi)i的活潑性強(qiáng),作負(fù)極,其反應(yīng)為2li-2e-2li+,b、d均錯(cuò);正極反應(yīng)為i2+2e-2i-,a錯(cuò);總反應(yīng)為2li+i22lii,c正確。8.(2016四川高考)某電動(dòng)汽車(chē)配載一種可充放電的鋰離子電池。放電時(shí)電池總反應(yīng)為li1-xcoo2+lixc6licoo2+c6(x1)。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法不正確的是()a.放電時(shí),li+在電解質(zhì)中由負(fù)極向正極遷移b.放電時(shí),負(fù)極的電極反應(yīng)式為lixc6-xe-xli+c6c.充電時(shí),若轉(zhuǎn)移1 mol e-,石墨(c6)電極將增重7xgd.充電時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+【解析】選c。放電時(shí),陽(yáng)離子向原電池的正極移動(dòng),a選項(xiàng)正確;li1-xcoo2中l(wèi)i顯+1價(jià),氧顯-2價(jià),則co顯+(3+x)價(jià),lixc6中l(wèi)i和c均顯0價(jià)。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),其電極反應(yīng)式為lixc6-xe-xli+c6,b選項(xiàng)正確;充電時(shí),c6為電解池的陰極,電極反應(yīng)式為xli+c6+xe-lixc6,若轉(zhuǎn)移1 mol電子,石墨電極質(zhì)量增加7 g,c選項(xiàng)錯(cuò)誤;正極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)式為li1-xcoo2+xli+xe-licoo2,則充電時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為licoo2-xe-li1-xcoo2+xli+,d選項(xiàng)正確。9.(2015江蘇高考)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()a.反應(yīng)ch4+h2o3h2+co,每消耗1 mol ch4轉(zhuǎn)移12 mol電子b.電極a上h2參與的電極反應(yīng)為h2+2oh-2e-2h2oc.電池工作時(shí),co32-向電極b移動(dòng)d.電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為o2+2co2+4e-2co32-【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)燃料電池通燃料的一端為負(fù)極,通空氣(或氧氣)的一端為正極。(2)原電池中,陽(yáng)離子移向正極,陰離子移向負(fù)極?！窘馕觥窟xd。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式,每有1 mol甲烷參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6 mol,a項(xiàng)錯(cuò)誤;因?yàn)殡娊赓|(zhì)為熔融態(tài)的碳酸鹽,所以電極a上h2參與的電極反應(yīng)式為h2-2e-+co32-h2o+co2,b項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)原電池工作原理,電極a是負(fù)極,電極b是正極,陰離子向負(fù)極移動(dòng),碳酸根離子向負(fù)極移動(dòng)(a電極),c項(xiàng)錯(cuò)誤;電極b上氧氣得電子與二氧化碳結(jié)合生成碳酸根離子,因此電極反應(yīng)式為o2+4e-+2co22co32-,d項(xiàng)正確。二、非選擇題(本題包括3小題,共46分)10.(14分)今有反應(yīng)2h2+o22h2o,設(shè)計(jì)成燃料電池。(1)負(fù)極通的應(yīng)是_,正極通的應(yīng)是_,電極反應(yīng)式分別為_(kāi) _。(2)若把koh改為h2so4作電解質(zhì),即:2h2+o22h2o,則電極反應(yīng)式應(yīng)為負(fù)極:_,正極:_。(1)(2)的介質(zhì)不同,反應(yīng)后各溶液的ph變化依次為_(kāi),_(填“變大”“變小”或“不變”)。(3)若把h2改為ch4,koh作電解質(zhì),則負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)。【解析】(1)負(fù)極通還原性氣體h2,電極反應(yīng)式為2h2+4oh-4e-4h2o,正極通氧化性氣體o2,電極反應(yīng)式為o2+2h2o+4e-4oh-。(2)負(fù)極反應(yīng)式為2h2-4e-4h+,正極反應(yīng)式為o2+4h+4e-2h2o。(1)、(2)總反應(yīng)只生成h2o,使原電解質(zhì)溶液(1)中c(oh-)減小,(2)中c(h+)減小,故(1)中ph變小,(2)中ph變大。(3)中負(fù)極上還原性氣體ch4在koh中被氧化成co32-,即負(fù)極反應(yīng)式為ch4+10oh-8e-co32-+7h2o。答案:(1)h2o2負(fù)極:2h2+4oh-4e-4h2o,正極:o2+2h2o+4e-4oh-(2)2h2-4e-4h+o2+4h+4e-2h2o變小變大(3)ch4+10oh-8e-co32-+7h2o11.(14分)(1)(2016天津高考)氫氣直接燃燒的能量轉(zhuǎn)換率遠(yuǎn)低于燃料電池,寫(xiě)出堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式:_。(2)(2015四川高考)feso4在一定條件下可制得fes2(二硫化亞鐵)納米材料。該材料可用于制造高容量鋰電池,電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4li+fes2fe+2li2s,正極反應(yīng)式是_。(3)(2015海南高考)如圖所示原電池正極的反應(yīng)式為_(kāi)。(4)(2015廣東高考)一種可超快充電的新型鋁電池,充放電時(shí)alcl4-和al2cl7-兩種離子在al電極上相互轉(zhuǎn)化,其他離子不參與電極反應(yīng),放電時(shí)負(fù)極al的電極反應(yīng)式為_(kāi)。(5)(2015全國(guó)卷)酸性鋅錳干電池是一種一次性電池,外殼為金屬鋅,中間是碳棒,其周?chē)怯商挤邸no2、zncl2和nh4cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過(guò)程產(chǎn)生mnooh?；厥仗幚碓搹U電池可以得到多種化工原料。該電池的正極反應(yīng)式為_(kāi),電池反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。(6)(2015安徽高考)常溫下,將除去表面氧化膜的al、cu片插入濃hno3中組成原電池(圖1),測(cè)得原電池的電流強(qiáng)度(i)隨時(shí)間(t)的變化如圖2所示,反應(yīng)過(guò)程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。0t1時(shí),原電池的負(fù)極是al片,此時(shí),正極的電極反應(yīng)式是_ _,溶液中的h+向_極移動(dòng),t1時(shí),原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變,其原因是_?！窘馕觥?1)堿性氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為h2+2oh-2e-2h2o。(2)正極發(fā)生的反應(yīng)是還原反應(yīng),即得電子,故參加反應(yīng)的物質(zhì)應(yīng)是fes2,又知最后生成鐵單質(zhì)和s2-,故正極反應(yīng)式為fes2+4e-fe+2s2-。(3)該原電池的實(shí)質(zhì)是cu與銀離子發(fā)生置換反應(yīng)生成ag單質(zhì),所以正極是生成ag單質(zhì)的還原反應(yīng)。(4)放電時(shí)負(fù)極al應(yīng)失去電子,根據(jù)放電時(shí)alcl4-和al2cl7-兩種離子在al電極上相互轉(zhuǎn)化可知,電極反應(yīng)式為al-3e-+7alcl4-4al2cl7-。(5)酸性鋅錳干電池外殼為金屬鋅,鋅是負(fù)極,電極反應(yīng)式為zn-2e-zn2+。中間是碳棒,碳棒是正極,二氧化錳得到電子,則正極電極反應(yīng)式為mno2+e-+h+ mnooh,總反應(yīng)式為zn+2mno2+2h+zn2+2mnooh。(6)原電池的正極是硝酸發(fā)生還原反應(yīng):2h+no3-+e-no2+h2o,原電池中的陽(yáng)離子移向正極。t1時(shí)電子流動(dòng)方向發(fā)生改變,則原電池的正、負(fù)極發(fā)生改變,原因是鋁表面生成了氧化膜而不再參加反應(yīng),此時(shí)銅作負(fù)極。答案:(1)h2+2oh-2e-2h2o(2)fes2+4e-fe+2s2-或fes2+4li+4e-fe+2li2s(3)ag+e-ag(4)al-3e-+7alcl4-4al2cl7-(5)mno2+e-+h+mnoohzn+2mno2+2h+zn2+2mnooh(6)2h+no3-+e-no2+h2o正鋁在濃硝酸中發(fā)生鈍化,表面生成了氧化膜阻止了al的進(jìn)一步反應(yīng)【方法規(guī)律】原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)技巧(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式或題意,確定原電池的正、負(fù)極,弄清正、負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的具體物質(zhì)。(2)弱電解質(zhì)、氣體、難溶物均用化學(xué)式表示,其余均以離子符號(hào)表示。(3)注意電解質(zhì)溶液的成分對(duì)正、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響,正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或化學(xué)方程式加以確定。(4)寫(xiě)電極反應(yīng)式時(shí),要遵循質(zhì)量守恒,必要時(shí),可在電極反應(yīng)式的一端添加h+或oh-或h2o,將兩個(gè)電極反應(yīng)式合并,就可得到電池總反應(yīng)式。12.(18分)(能力挑戰(zhàn)題)(2016日照高二檢測(cè))氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖為電池示意圖,該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉,吸附氣體的能力強(qiáng),性質(zhì)穩(wěn)定。請(qǐng)回答:(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化的主要形式是_,在導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)開(kāi)(用a、b表示)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)。(3)電極表面鍍鉑粉的原因?yàn)開(kāi)。(4)該電池工作時(shí),h2和o2連續(xù)由外部供給,電池可連續(xù)不斷提供電能。因此,大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一,金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料,吸氫和放氫原理如下:.2li+h22lih.li