2021-2022学年高二化学人教版选修四课时作业：4.2化学电源-Word版含解析.docx

课时作业(十八)1某同学在超市看到一种电池外壳的纸层包装，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是 ()A该电池不是可充电干电池B该电池用过之后不行以任凭丢弃，要集中回收处理C该电池含有重金属元素 D该电池工作时，外电路中每通过0.2 mol e，锌的质量理论上削减3.25 g【解析】电池工作时，锌失去电子，电极反应为Zn2e=Zn2，外电路每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上应削减6.5 g，所以D项错误。【答案】D2微型锂碘电池可用于植入某些心脏病人体内的心脏起搏器所用的电源。这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I。下列有关说法正确的是()A正极反应：2Li2e=2LiB负极反应：I22e=2IC总反应是：2LiI2=2LiID金属锂作正极 【解析】该电池中Li的活泼性强，作负极，其反应为：2Li2e=2Li，B、D均错；正极反应为：I22e=2I，A错；总反应为2LiI2=2LiI，C正确。【答案】C3美国一个海军航空站曾安装了一台250 kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600 700 ，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，已知该电池的总反应为：2H2O2=2H2O，负极反应为：2H22CO4e=2H2O2CO2，则下列推断中正确的是 ()A正极反应为4OH4e=O22H2OB该电池的电极没有参与反应C电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为4 molDO2从正极通入，发生氧化反应【解析】由总反应式减去负极反应式得正极反应式：O22CO24e=2CO，A项错。燃料电池电极本身不参与反应，B项正确。由总反应式知，电池供应1 mol水蒸气，转移的电子数为2 mol，C项错。该电池为氢氧燃料电池，负极是H2，发生氧化反应，正极是O2，发生还原反应，D项错。【答案】B4如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下供应质子(H)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。该电池负极发生的反应是 ()ACH3OH(g)O2(g)=H2O(l)CO2(g)2H(aq)2eBO2(g)4H(aq)4e=2H2O(l)CCH3OH(g)H2O(l)6e=CO2(g)6H(aq)DO2(g)2H2O(l)4e=4OH(aq)【解析】该燃料电池的总反应为2CH3OH3O2=4H2O2CO2正极反应为O24H4e=2H2O3得：2CH3OH2H2O=2CO212H12e，即CH3OHH2O=CO26H6e，C项正确。【答案】C5锌锰干电池在放电时，总反应方程式可以表示为Zn(s)2MnO22NH=Zn2Mn2O3(s)2NH3H2O，在此电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是()AZnB碳CMnO2和NHDZn2和NH3【解析】Zn在负极上被氧化，剩余的物质将在正极上反应得到Mn2O3、NH3和H2O。要留意题中问的是正极上发生反应的物质，不要考虑成被还原的物质。【答案】C6下列关于化学能转化为电能的四种装置的说法正确的是()A电池中锌是正极B电池是一次性电池C电池工作时，氢气发生还原反应D电池工作时，电子由锌通过导线流向碳棒【解析】电池中锌是负极，铜是正极，A错误；电池为铅蓄电池，属于二次电池，B错误；电池为氢氧燃料电池，H2在负极失去电子发生氧化反应，C错误；电池为锌锰干电池，锌为负极，碳棒为正极，电子由负极流向正极，D正确。【答案】D7LiAl/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：2LiFeS2eLi2SFe有关该电池的下列说法中，正确的是()ALiAl在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为1B该电池的总反应式为2LiFeS=Li2SFeC负极的电极反应式为Al3eAl3D充电时，阴极发生的电极反应式为Li2SFe2e=2LiFeS【解析】由正极的电极反应式知，在负极上Li失去电子被氧化，所以LiAl在电池中作为负极材料。该材料中Li的化合价为0价，故A项错误；负极的电极反应式为2Li2e=2Li，故C项错误；该电池的总反应式为正、负极的电极反应式之和：2LiFeS=Li2SFe，故B项正确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为2Li2e=2Li，故D项错误。【答案】B8固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆一氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列推断正确的是()A由O2放电的a极为电池的负极B由H2放电的b极为电池的正极Ca极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应方程式为2H2O22H2O【解析】固体介质允许O2通过，说明为非水体系，因此C项中a极反应式不正确，这种表达是水溶液中进行的反应，a极反应式应当是：O22e=O2，b极反应式：H22e=2H，总反应方程式是H2O2H2O。【答案】D9微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：Zn2OH2e=Zn(OH)2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。依据上述反应式，完成下列题目。(1)推断下列叙述中正确的是_。A在使用过程中，电解质KOH被不断消耗B使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极CZn是负极，Ag2O是正极DZn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应(2)写出电池的总反应式：_。(3)使用时，负极区的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，正极区的pH_，电解质溶液的pH_。【解析】(1)由正、负电极反应式可知：Zn电极为负极，发生氧化反应，负极区pH减小，Ag2O为正极，发生还原反应，正极区pH增大；使用时电子由Zn极流向Ag2O极，正、负极反应式相加可得总反应式为ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag，故电解质KOH未被消耗，电解质溶液的pH不变。【答案】(1)C(2)ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag(3)减小增大不变10化学电池在通讯，交通及日常生活中有着广泛的应用。(1)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可以表示为Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2Cd(OH)2。已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是()以上反应是可逆反应以上反应不是可逆反应充电时化学能转变为电能放电时化学能转变为电能ABC D(2)废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值，在酸性土壤中这种污染尤为严峻。这是由于_。【解析】(1)NiCd电池的充、放电条件不相同，因此电池的充、放电反应不属于可逆反应。(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2在酸性土壤中溶解，生成重金属离子Ni2和Cd2，污染土壤。【答案】(1)B(2)Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液11有一种新颖的固体氧化物型燃料电池(SOFC)，该电池工作时，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在高温熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是：2C4H1013O28CO210H2OC通入空气的一极是正极，电极反应为：O24e=2O2D通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H1026e13O2=4CO25H2O【解析】在原电池中，阴离子向负极移动，所以O2由正极移向负极；正极发生得电子反应，电极反应为：O24e=2O2；燃料电池中，燃料在负极，电极反应为：C4H1026e13O2=4CO25H2O。【答案】B12有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是()每消耗1 mol CH4可以向外电路供应8 mol e负极上CH4失去电子，电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O负极上是O2获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH电池放电后，溶液pH不断上升ABC D【解析】CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，严格讲生成的CO2还会与KOH反应生成K2CO3，化合价上升，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O，1 mol CH4参与反应有8 mol e发生转移，O2在正极上发生反应，获得电子，电极反应式为O22H2O4e=4OH。虽然正极产生OH，负极消耗OH，但从总反应CH42O22KOH=K2CO33H2O可看出是消耗KOH，所以电池放电时溶液的pH不断下降，故正确，错误。【答案】A13(2022新课标全国卷)2021年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是()Aa为电池的正极B电池充电反应为LiMn2O4=Li1xMn2O4x LiC放电时，a极锂的化合价发生变化D放电时，溶液中Li从b向a迁移【解析】图示所给出的是原电池装置。A.由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确。B.电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确。C.放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是Mn元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确。D.放电时为原电池，锂离子为阳离子，应向正极(a极)迁移，故正确。【答案】C14铅蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解质为稀硫酸，工作(放电)时该电池的总反应：PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。试依据上述状况推断：(1)铅蓄电池的负极材料是_。(2)工作时，正极反应为_。(3)工作时，电解质溶液的pH_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)工作时，电解质溶液中阴离子移向_极。(5)电流方向从_极流向_极。【解析】铅蓄电池工作时，起原电池作用，题中各小题概括叙述了铅蓄电池放电时所涉及的各个方面。依据原电池原理，负极发生氧化反应，元素化合价上升，所以Pb为负极；正极发生还原反应，元素化合价降低，从总反应式可知，PbO2是氧化剂，即正极反应：PbO2SO4H2e=PbSO42H2O；从正极反应或电池的总反应可知H2SO4参与了反应，H转变成H2O，所以溶液pH增大；原电池工作时溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电流方向与电子移动方向相反，从正极沿导线流向负极。【答案】(1)Pb(2)PbO2SO4H2e=PbSO42H2O(3)增大(4)负(5)正负15.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，吸附气体的力气强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化的主要形式是_，在导线中电子移动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的缘由为_。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供应，电池可连续不断供应电能。因此，大量平安储氢是关键技术之一，金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反应中的还原剂是_，反应中的氧化剂是_。已知LiH固体密度为0.82 g/cm3。用锂吸取224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸取的H2体积比为_。由生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料，若能量转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为_mol。【解析】本题考查电化学学问。(1)原电池的实质为化学能转化成电能。总反应为2H2O2=2H2O，其中H2从零价升至1价，失去电子，即电子从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H，由于溶液是碱性的，故电极反应式左右应各加上OH。(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。(4)中Li从零价升至1价，作还原剂。中H2O的H从1价降至H2中的零价，作氧化剂。由反应，当吸取10 mol H2时，则生成20 mol LiH，Vm/(207.9)/(0.82103)L192.68103 L，则V(LiH)/V(H2)(192.68103)L/224 L1/1 1638.60104。20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参与反应的H2为2080%16 mol，1 mol H2转化成1 mol H2O，转移2 mol电子，所以16 mol H2可转移32 mol的电子。【答案】(1)由化学能转变为电能由a到b(合理表达形式均可)(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，加快电极反应速率(4)LiH2O1/1 163或8.6010432