2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第四章電化學(xué)基礎(chǔ)2化學(xué)電源課后作業(yè)含解析新人教版選修4

PAGEPAGE9化學(xué)電源eq\o(\s\up7(作業(yè)時限：45分鐘作業(yè)滿分：100分),\s\do15())一、選擇題(每小題4分，每小題有1個正確選項，共44分)1．一種液氨－液氧燃料電池示意圖如圖所示，有關(guān)說法正確的是(A)A．電池總反應(yīng)為4NH3＋3O2=2N2＋6H2OB．電池工作時，OH－向正極移動C．電極2發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．電流由電極1經(jīng)外電路流向電極2解析：該電池反應(yīng)中，NH3和O2反應(yīng)生成了N2和H2O，A項正確；B項，原電池工作時，溶液中陰離子向負(fù)極移動，B項錯誤；電極1上，還原劑NH3被氧化，故電極1為負(fù)極，電極2上，氧化劑O2發(fā)生還原反應(yīng)，故電極2為正極，由于電解質(zhì)溶液呈堿性，故正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，C項錯誤；電流由電極2(正極)經(jīng)外電路流向電極1(負(fù)極)，D項錯誤。2.固體氧化物燃料電池(SOFC)以固體氧化物作為電解質(zhì)。其工作原理如圖所示。下列關(guān)于固體燃料電池的有關(guān)說法正確的是(D)A．電極b為電池負(fù)極，電極反應(yīng)式為2O2＋4e－=4O2－B．固體氧化物的作用是讓電子在電池內(nèi)通過C．若H2作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為H2＋2OH－－4e－=2H＋＋H2OD．若C2H4作為燃料氣，則接觸面上發(fā)生的反應(yīng)為C2H4＋6O2－－12e－=2CO2＋2H2O解析：A項中電極b為正極；B項中固體氧化物的作用是通過陰陽離子，電子不能通過；C項中反應(yīng)應(yīng)為H2＋O2－－2e－=H2O。3.二甲醚是一種綠色、可再生的新能源。如圖是綠色電源“燃料電池”的工作原理示意圖(a、b均為多孔性Pt電極)。該電池工作時，下列說法不正確的是(B)A．a(chǎn)電極為該電池負(fù)極B．O2在b電極上得電子，被氧化C．電池工作時，a電極反應(yīng)式：CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋D．電池工作時，燃料電池內(nèi)部H＋從a電極移向b電極解析：A項，充入燃料二甲醚的a電極為負(fù)極，A項正確；B項，O2在b電極上得電子，被還原，B項錯誤；C項，電池工作時，負(fù)極(a電極)反應(yīng)為CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2↑＋12H＋，C項正確；D項，電池工作時，燃料電池內(nèi)部H＋移向正極，即從a電極移向b電極，D項正確。4．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)=Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)下列說法錯誤的是(C)A．電池工作時，鋅失去電子B．電池正極的電極反應(yīng)式：2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－=2MnOOH(s)＋2OH－(aq)C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g解析：由所給的電池總反應(yīng)可知，電池工作時，每有1molZn參與反應(yīng)，失去2mol電子，則會有2mol電子從負(fù)極Zn起先流經(jīng)外電路而流向正極，并在正極發(fā)生反應(yīng)，2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－=2MnOOH(s)＋2OH－(aq)，外電路每通過0.2mol電子，Zn的質(zhì)量就減輕6.5g。5.我國科學(xué)家研發(fā)了一種室溫下“可呼吸”的Na-CO2二次電池。將NaClO4溶于有機(jī)溶劑作為電解液，鈉和負(fù)載碳納米管的鎳網(wǎng)分別作為電極材料，電池的總反應(yīng)為3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。下列說法錯誤的是(D)A．放電時，ClOeq\o\al(－,4)向負(fù)極移動B．充電時釋放CO2，放電時汲取CO2C．放電時，正極反應(yīng)為3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋CD．充電時，正極反應(yīng)為Na＋＋e－=Na解析：依據(jù)電池的總反應(yīng)知，放電時負(fù)極反應(yīng)：4Na－4e－=4Na＋，正極反應(yīng)：3CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)＋C，充電時，陰(負(fù))極：4Na＋＋4e－=4Na，陽(正)極：2COeq\o\al(2－,3)＋C－4e－=3CO2↑，放電時，ClOeq\o\al(－,4)向負(fù)極移動。依據(jù)充電和放電時的電極反應(yīng)式知，充電時釋放CO2，放電時汲取CO2。6．鎳鎘(Ni－Cd)可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2有關(guān)該電池的說法正確的是(A)A．充電時陽極反應(yīng)：Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2OB．充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C．放電時負(fù)極旁邊溶液的堿性不變D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH－向正極移動解析：由總反應(yīng)可知，放電時，負(fù)極Cd發(fā)生氧化反應(yīng)：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2，負(fù)極堿性變?nèi)?，C項錯誤；正極反應(yīng)為2NiOOH＋2e－＋2H2O=2Ni(OH)2＋2OH－，放電時，OH－由正極向負(fù)極移動(內(nèi)電路)，D項錯誤；充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，B項錯誤；充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，即為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2O，A項正確。7．熱激活電池常用作火箭的工作電源，某種熱激活電池以Ca和PbSO4為電極材料，以無水LiCl－KCl為電解質(zhì)，電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca=CaCl2＋Li2SO4＋Pb。當(dāng)電解質(zhì)受熱熔融后，電池即可瞬間放電。下列有關(guān)說法不正確的是(C)A．PbSO4電極發(fā)生還原反應(yīng)B．負(fù)極的電極反應(yīng)為Ca－2e－=Ca2＋C．放電時K＋向負(fù)極移動D．每轉(zhuǎn)移1mol電子正極質(zhì)量削減48g解析：A項，Ca為原電池的負(fù)極，PbSO4為正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，A項正確；B項，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Ca－2e－=Ca2＋，B項正確；C項，放電時陽離子K＋移向正極，C項錯誤；D項，正極反應(yīng)式為PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，每轉(zhuǎn)移1mol電子，正極消耗0.5molPbSO4，產(chǎn)生0.5molPb，故正極削減的質(zhì)量為0.5mol×(303－207)g·mol－1＝48g，D項正確。8．下圖是某種酶生物燃料電池的工作原理示意圖。下列說法中不正確的是(C)A．葡萄糖是還原劑B．外電路中電子由A極移向B極C．溶液中H＋由B極區(qū)移向A極區(qū)D．B極電極反應(yīng)式為：H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O解析：依據(jù)圖中信息可知，H2O2轉(zhuǎn)化為H2O，氧元素化合價由－1降為－2價，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，B極為燃料電池的正極，A極為燃料電池的負(fù)極。A.葡萄糖發(fā)生氧化反應(yīng)作為還原劑，選項A正確；B.外電路中電子由負(fù)極A極移向正極B極，選項B正確；C.電池中陽離子向正極移動，故溶液中H＋由A極區(qū)移向B極區(qū)，選項C不正確；D.B極為正極，H2O2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：H2O2＋2H＋＋2e－=2H2O，選項D正確。答案選C。9．有四種燃料電池：A.固體氧化物燃料電池、B.堿性氫氧化物燃料電池、C.質(zhì)子交換膜燃料電池、D.熔融鹽燃料電池，下面是工作原理示意圖，其中正極反應(yīng)生成水的是(C)解析：A項，正極反應(yīng)生成O2－；B項，正極反應(yīng)生成OH－；C項，正極反應(yīng)生成H2O；D項，正極反應(yīng)生成COeq\o\al(2－,3)。10.科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝如圖所示人工光合系統(tǒng)，利用該裝置勝利地實現(xiàn)了以CO2和H2O合成CH4。下列說法不正確的是(C)A．該過程是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程B．GaN表面發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋C．Cu表面的反應(yīng)是：CO2＋8e－＋6H2O=CH4＋8OH－D．H＋透過質(zhì)子交換膜從左向右遷移解析：由電池裝置圖可知原電池的工作原理：失去電子電極為負(fù)極，得到電子的電極為正極，電子由負(fù)極流向正極，陽離子向正極移動，陰離子往負(fù)極移動。電極反應(yīng)式：Cu作正極，二氧化碳得到電子生成甲烷，則Cu電極上的電極反應(yīng)為：CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O，氮化鎵作負(fù)極，H2O失去電子變成O2，則氮化鎵電極反應(yīng)式為：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，整個過程太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。A.該過程是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，選項A正確；B.GaN作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：H2O失去電子變成O2，電極反應(yīng)式為：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，選項B正確；C.銅電極得電子為正極，電極反應(yīng)式為：CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O，選項C不正確；D.電池內(nèi)部H＋透過質(zhì)子交換膜從左向右遷移，選項D正確。答案選C。11．高鐵電池是一種新型可充電電池，與一般高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列敘述不正確的是(C)A．放電時負(fù)極反應(yīng)為：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2B．充電時陽極反應(yīng)為：Fe(OH)3－3e－＋5OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2OC．放電時每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化D．放電時正極旁邊溶液的堿性增加解析：依據(jù)放電的電池反應(yīng)式，鐵的化合價從＋6價降低到＋3價，即1molK2FeO4被還原得到3mol電子。(1)易錯選項分析：本題往往會因為搞不清可充電電池的反應(yīng)方向，混淆電極反應(yīng)，而錯選A或B。放電時Zn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)其他錯誤選項分析錯誤選項錯因剖析D項緣由在于搞不清可充電電池的反應(yīng)方向，混淆充、放電時的電極四周的各種粒子改變，放電時的正極反應(yīng)為：FeOeq\o\al(2－,4)＋3e－＋4H2O=Fe(OH)3＋5OH－。二、非選擇題(共56分)12．(16分)鉛蓄電池是典型的可充電電池，電池總反應(yīng)式為：Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)eq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))2PbSO4＋2H2O。請回答下列問題(不考慮氫、氧的氧化還原)：(1)放電時，正極的電極反應(yīng)式是PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O；電解液中H2SO4的濃度將變??；當(dāng)外電路通過1mol電子時，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加48g。(2)在完全放電耗盡PbO2和Pb時，若按圖連接，電解一段時間后，則在A電極上生成Pb，電極反應(yīng)：PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)，B電極上生成PbO2，電極反應(yīng)：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)，此時鉛蓄電池的正負(fù)極的極性將對換。解析：(1)放電時正極上發(fā)生還原反應(yīng)，由總電池反應(yīng)知，發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)為PbO2，產(chǎn)物為PbSO4，同時消耗H2SO4，故正極反應(yīng)為PbO2＋2e－＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O。(2)當(dāng)完全耗盡PbO2和Pb時，按圖連接時，A極為電解池的陰極，電解質(zhì)溶液中PbSO4產(chǎn)生的Pb2＋，在此極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)PbSO4＋2e－=Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；而B為電解池的陽極，電極反應(yīng)可由總電池反應(yīng)2PbSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(充電))Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq\o\al(2－,4)減去陰極反應(yīng)得到：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。13．(10分)(1)我國首創(chuàng)以鋁、空氣、海水電池作為能源的新型的海水標(biāo)記燈，以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流，只要把燈放入海水?dāng)?shù)分鐘，就會發(fā)出刺眼的白光。則電源的負(fù)極材料是鋁，負(fù)極反應(yīng)為4Al－12e－=4Al3＋；正極材料是石墨等惰性電極，正極反應(yīng)為3O2＋6H2O＋12e－=12OH－。(2)熔鹽電池具有高的發(fā)電效率，因而受到重視，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，CO為陽極燃?xì)猓諝馀cCO2的混合氣為陰極助燃?xì)?，制得?50℃下工作的燃料電池，完成有關(guān)電池反應(yīng)式。陽極反應(yīng)式：2CO＋2COeq\o\al(2－,3)－4e－=4CO2，陰極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)，電池總反應(yīng)式：2CO＋O2=2CO2。(3)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系，由有機(jī)陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應(yīng)接電源的負(fù)極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機(jī)陽離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為H2。(4)“鎂—次氯酸鹽”燃料電池的裝置如圖所示，該電池的正極反應(yīng)式為ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－。解析：(1)該電池為原電池，負(fù)極材料為鋁，鋁失去電子，電極反應(yīng)式為4Al－12e－=4Al3＋；正極材料為石墨等惰性電極，氧氣在正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為3O2＋6H2O＋12e－=12OH－。(2)空氣中的O2在陰極得到電子并與CO2反應(yīng)生成COeq\o\al(2－,3)，陰極反應(yīng)式為：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)；將兩個電極方程式相加得到電池總反應(yīng)式：2CO＋O2=2CO2。(3)鋼制品上電鍍鋁，所以鋼制品作陰極，連接電源的負(fù)極；Al2Cleq\o\al(－,7)在陰極上得到電子生成Al，從而鋁鍍在鋼制品上，陰極電極反應(yīng)式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)；若改用AlCl3水溶液作電解液，陰極上將是水溶液中的H＋得到電子生成H2，故陰極產(chǎn)物為H2。(4)“鎂—次氯酸鹽”燃料電池，鎂作負(fù)極，ClO－在正極上得到電子生成Cl－，同時溶液中產(chǎn)生OH－，所以正極反應(yīng)式為ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－。14．(14分)Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛，其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。(1)該電池的負(fù)極材料是Zn(或鋅)。電池工作時，電子流向正極(填“正極”或“負(fù)極”)。(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，會加速某