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化学能转化为电能——电池 课时作业
一、选择题（包括8小题。1~6小题只有一个选项符合题意，7~8小题有两个选项符合题意。）
1.科学家猜想“氢能”将是人类社会最抱负的新能源，目前，有人提出一种最经济最抱负的获得氢能源的循环体系，如下图所示。下列说法错误的是( )
A.在氢能的利用过程中，H2O可循环使用
B.氢气、氧气和稀硫酸构成的燃料电池中，正极的电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-
C.该法制氢的关键是查找光分解催化剂
D.利用光电转化可将太阳能转化为电能用于电解水而获得氢气
2.以下现象与电化学理论无关的是( )
A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易生铜锈
B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）简洁生锈
C.纯锌与稀硫酸反应时，滴少量硫酸铜溶液后速率加快
D.银质奖牌久置后表面变暗
3.在如右图所示的装置中，a为金属（在金属活动性挨次表中排在H前），b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出，
溶液pH变大
B.a是正极，b是负极
C.导线中有电子流淌，电子从a极到b极
D.a极上发生了氧化反应
4.X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下化学反应：①水溶液中：X+Y2+=X2++Y ②Z+2H2O（冷）=Z(OH)2+H2↑ ③M、N为电极与N
盐溶液组成原电池，发生的电极反应为：M→M2++2e- ④Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化这五种金属的活动性由弱到强的挨次是( )
A.M<N<Y<X<Z__________________
B.N<M<X<Y<Z
C.N<M<Y<X<Z
D.X<Z<N<M<Y
5.（2009年江苏卷）以葡萄糖为燃料的微生物
燃料电池结构示意图如右图所示。关于该电池的叙述正确的是( )
A.该电池能够在高温下工作
B.电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O2-4e-=6CO2↑+24H+
C.放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D.在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4/6 L
6.（2010年黄冈质检）将两个铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，
即可产生电流，称为燃料电池，下列叙述正确的是( )
①通入CH4的电极为正极；
②正极的电极反应是O2+2H2O+4e-=4OH-；
③通入CH4的电极反应式是CH4+2O2+4e-=CO2+2H2O;
④负极的电极反应式是CH4+10OH-=CO32-+7H2O+8e-;
⑤放电时溶液中的阳离子向负极移动；
⑥放电时溶液中的阴离子向负极移动。
A.①③⑤
B.②④⑥
C.④⑤⑥
D.①②③
7.某课外活动小组，为争辩金属的腐蚀和防护的原理，做了以下试验：将剪下的一块镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴甲基橙试液，按如右图所示的装置进行试验，过一段时间后观看。下列现象不行能毁灭的是( )
A.B中导气管中产生气泡
B.B中导气管里形成一段水柱
C.金属片剪口变红
D.锌被腐蚀
8.（2009年淄博质检）高铁电池是一种新型可充电电池，与一般高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：
下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应为：Zn+2OH-=Zn(OH)2+2e-
B.充电时阳极反应为：FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH-
C.放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D.放电时正极四周溶液的碱性增加
二、非选择题
9.某校化学爱好小组为了探究原电池工作原理，进行如下系列试验，请分析试验结果后回答相应问题。
（1）试验一中铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流
计指针偏转，但较短时间内电流即明显减小。试验结束时测得锌片削减了3.94 g,铜片增重了
3.84 g,则该原电池的工作效率是____________（指参与原电池反应的锌占反应总量的百分率）。
（2）试验二中刚将铜、锌片插入溶液中时电流计指针有偏转，但马上就归零了。为什么锌失去的电子不能持续通过导线流向铜极给Cu2+？____________。
（3）试验三中盐桥中的K+流向____________溶液（填ZnSO4或CuSO4），假如Zn的消耗速率为1×10-3 mol/s,则K+的迁移速率为____________ mol/s。与试验一比较，试验三原电池的工作效率大大提高，缘由是____________ 。
（4）你依据试验一、二、三可得出的结论是____________ ____________（写出两点即可）。
10.ZPower电池使用锌聚合物作为阳极、银纳米颗粒作为阴极，其平安性类似于传统的碱性电池，并且其材料95%可回收，该电池的容量比同体积的锂电池高30%。银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充、放电过程可表示为2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O。
依据上述信息回答下列问题：
（1）电池在放电时，作为负极的是____________，电极反应式为______________；正极电极反应式为____________ 。
（2）该电池属于____________性电池（填“酸”、“碱”或“中”）。
（3）写出充电时的反应式：
阳极：____________ ；
阴极：____________ 。
11.某校化学争辩性学习小组欲设计试验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你挂念他们完成有关试验项目：
方案Ⅰ：
有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观看产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为-__________________________________________________________________________________________ 。
方案Ⅱ：
有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：____________ ；
负极反应式：____________ 。
方案Ⅲ：结合你所学的学问，挂念他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简洁试验方案（与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同）：____________ ____________ ，
用离子方程式表示其反应原理：____________ 。
12.（2009年枣庄质检）将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有食盐溶液的滤纸上面并压紧（如下图所示）。在每次试验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：
金属
电流方向
电压（V）
A
Cu→A/
+0.78
B
B→Cu
-0.15
C
Cu→C
+1.35
D
Cu→D
+0.30
已知：构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越大。请依据表中数据推断：
（1）____________金属可能是最强的还原剂。
（2）____________金属确定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。
（3）若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到有蓝色沉淀析出的是____________（填字母）。金属对应的原电池的电极反应为：
负极：______________，
正极：______________。
参考答案：
1.解析:选项A，H2O分解产生H2和O2，H2和O2在确定条件下反应释放能量同时又生成H2O。选项B，在酸性环境中正极的电极反应为：O2+4e-+4H+=2H2O。选项C，由图可知，查找合适的光分解催化剂，可使水的分解速率加快。选项D，利用光电效应产生电流而电解水获得H2。 答案:B
2.解析:选项A中黄铜是铜锌合金，可以构成原电池，但锌比铜活泼，被腐蚀的是锌而不是铜，故不易产生铜锈；选项B中生铁是铁碳合金，可构成原电池使铁腐蚀生锈，软铁芯几乎是纯铁，不构成原电池；选项C在含锌的稀硫酸中加入CuSO4溶液后，发生反应：Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4反应置换出的铜附着在锌表面，构成很多微小的
原电池，加速了H2的产生；D项中银质奖牌是较纯的银制作的，不构成原电池，久置后变暗是银跟空气中多种物质反应造成的。
答案:D
3.解析:电池反应式为：M+nH+=Mn++n/2H2↑,溶液中H+浓度减小，pH增大，故A项正确；因a活泼而b不活泼，故a为负极，b为正极，a极上发生氧化反应，导线中电子从a到b,所以B项不正确，C、D两项均正确。
答案:B
4.解析:由①知：X>Y,③知M>N;M不被稀H2SO4氧化，说明是H以后的金属，Z和冷水反应，说明是比较活泼的金属，故Z>X>Y>M>N。
答案:C
5.解析:该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O,依据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+,正极为6O2+24e-+24H+=12H2O,从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区，从总反应方程式可见每生成1 mol CO2消耗1 mol O2。
答案:B
6.解析:一般说来，能自发进行的氧化还原反应，在理论上都可设计成原电池。在反应中，电子从发生氧化反应（失电子)的负极流出，经过外电路流向正极（多为不活泼电极，离子或物质在该正极上得电子，发生还原反应)，同时溶液中的阴、阳离子分别不断移向负极、正极，构成闭合回路。 据题意知发生的反应为CH4+2O2=CO2+2H2O，反应产生的CO2，处于KOH溶液中，又会转化为CO32-,故④是正确的。③O2得e-被还原，作正极。④溶液中离子移动状况受溶液（原电池内电路)中电流方向影响，内电路电流方向是由负极流向正极，阳离子的移动方向与电流方向相同，故在溶液（原电池内电路)中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
答案:B
7.解析:铁—锌—NaCl溶液构成原电池，由于溶液显中性，锌又比铁活泼，只能是锌作负极，铁作正极，在负极上发生Zn=ZN2++2e-，正极：O2+2H2O+4e-=4OH-，所以在A中由于其中的氧气作氧化剂而使锥形瓶内气体的量减小，压强也减小。导致B中的水沿导气管进入而使导气管里形成一段水柱，同时锌被腐蚀，金属片上由于O2得到电子，使金属片剪口处溶液c（OH-)增大，使得溶液显碱性，遇到甲基橙试液变黄色。
答案:AC
8.解析:高铁电池放电时为原电池，充电时为电解池。依据原电池反应原理，放电时负极反应式为Zn+2OH-=Zn（OH)2+2e-，用总式减去负极反应式即得正极反应式：
FeO42-+4H2O+3e-=Fe（OH)3+5OH-。充电时阳极发生氧化反应，故B错。放电时每转C6H12O6移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO42-被还原。
答案:BC
9.解析:（1)Cu片质量增加是溶液中的Cu2+在Cu极上获得电子变为Cu;而Zn失去电子，其物质的量等于Cu2+获得电子的物质的量，即参与形成原电池的n（Zn)=n（Cu)=3.84 g/64 g·mol-1=0.06 mol,其质量=0.06 mol×65 g·mol-1=3.9 g。实际测得锌片削减了3.94 g,说明部分Zn直接与Cu2+发生置换反应在Zn片上析出Cu,由反应：Zn+Cu2+=Cu+ZN2+，结合差值法可得Zn的质量=3.94 g-3.9 g/65 g-64 g×65 g=2.6 g,参与反应的Zn的总质量=3.9 g+2.6 g=6.5 g,所以原电池的工作效率=3.9 g/6.5 g×100%=60%。 （2)将铜、锌片插入溶液中的瞬间，Zn、Cu之间存在电势差，能产生短暂的电流，但整个装置不能形成闭合的回路，所以马上就归零了，锌失去的电子就不能持续通过导线流向铜极级Cu2+。 （3)试验三中，Zn为原电池的负极，其电子沿着KCl溶液流向Cu,Cu极上富集有大量的负电荷，所以带正电荷的K+向CuSO4溶液迁移。依据电荷守恒可知K+的迁移速率为Zn的消耗速率的两倍，即为2×10-3 mol/s。对比试验一和试验二的装置特点可知，试验三中Zn片没有直接插入CuSO4溶液中，Zn不能直接与Cu2+发生置换反应而大大提高了原电池的工作效率。（4)依据试验一、二、三的现象和原电池的形成条件、应用即可分析得出结论。
答案:
（1)60%
（2)未形成闭合的回路
（3)CuSO4 2×10-3Zn和Cu2+不直接接触发生置换反应，电子只能通过导线发生转移
（4)Zn的活泼性比Cu强，原电池需形成闭合回路才能产生持续电流或正、负极在同一电解质溶液中时工作效率降低
10.解析:（1)明确电池放电的过程即发生原电池反应的过程，其电池反应方程式为：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn（OH)2,被氧化的Zn为负极，则Ag2O为正极。 （2)从产物分别为金属氧化物和金属氢氧化物的实际来看，该电池的电解质溶液应为碱性。（3)充电时发生电解池反应，Ag/Ag2O为阳极，Zn/Zn（OH)2为阴极，分别发生氧化反应和还原反应。
答案:
（1)Zn Zn+2OH-=Zn（OH)2+2e- Ag2O+H2O+2e-= 2Ag+2OH-
（2)碱
（3)2Ag+2OH- =Ag2O+H2O+2e- Zn（OH)2+2e-=Zn+2OH-
11.解析:方案Ⅰ利用金属能否与酸反应说明金属活动性强弱是可行的，Fe+2H+=Fe2++H2↑,而Cu不与稀H2SO4反应。
方案Ⅱ依据构成原电池的条件和两极活动性关系比较Fe、Cu活泼性也是可行的。可将Fe、Cu用导线相连插入同一H2SO4溶液，有气泡产生的为正极，不活泼。 方案Ⅲ答案较为开放，可用Fe与CuSO4溶液的置换关系说明Fe比Cu活动性强，也可电解FeSO4和CuSO4混合溶液，阴极先析出Cu来说明Fe比Cu活泼，前者更简洁。
答案:
方案Ⅰ:Fe+2H+=Fe2++H2↑
方案Ⅱ: 2H++2e-=H2↑ Fe=Fe2++2e-
方案Ⅲ: 取无锈铁棒插入CuSO4溶液，若铁棒表面掩盖一层铜，说明Fe比Cu活动性强Fe+Cu2+= Cu+Fe2+
12.解析:（1)两极金属活动性相差越大，电压表读数越大，表中四个原电池，电压数值确定值C最大，且C中电子流淌方向由C→Cu，故C的还原性最强。 （2)B中电压为负值，电流方向应Cu←B,构成原电池后，Cu作负极。故B不会与CuSO4发生置换反应。（3)如改用NaOH做电解质，在滤纸上能看到有蓝色沉淀，溶液中应有Cu2+生成，Cu作负极，为B。 负极：2Cu+4OH-=2Cu（OH)2+4e- 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
答案:（1)C（2)B（3)B 2Cu+4OH-=2Cu（OH)2+4e- O2+2H2O+4e-=4OH-
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