专题4-1-2-化学电源(备作业)(解析版).doc

第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时 化学电源

一、 单选题
1．（2020·河南郑州·高二期中）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是（ ）

A．甲：正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O＝2Ag＋2OH−
B．乙：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：充电时，阳极的电极反应式为PbSO4＋2H2O－2e-＝PbO2＋4H+＋SO
【答案】B
【详解】
A. 甲为锌-氧化银纽扣电池，正极上Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，故A正确；
B. 乙为铜锌原电池，锌为负极，铜为正极，H+在铜电极上得电子发生还原反应，所以Cu电极附近溶液中H+浓度减小，故B错误；
C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被消耗，所以锌筒会变薄，故C正确；
D．丁为铅蓄电池，放电时的总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，充电时，PbSO4在阳极上失电子生成PbO2，电极反应式为：PbSO4＋2H2O-2e-＝PbO2＋4H+＋SO，故D正确；
答案选B。
2．化学与生产、生活社会密切相关，下列有关说法不正确的是( )
A．干电池即使不用，放置过久也可能漏液失效，其原因是电解质溶液NH4Cl显酸性和外壳锌反应
B．普通玻璃和氮化硅陶瓷都属于新型无机非金属材料
C．为增强治疗缺铁性贫血效果，可在口服硫酸亚铁片时同服维生素C
D．天然气、沼气和水煤气分别属于化石能源、可再生能源和二次能源
【答案】B
【详解】
A．干电池中电解质溶液NH4Cl显酸性，能和外壳锌反应导致干电池放置过久可能漏夜而失效，故A正确；
B．玻璃是传统无机非金属材料，氮化硅陶瓷都属于新型无机非金属材料，故B错误；
C．硫酸亚铁片和维生素C同时服用，可防止亚铁被氧化，能增强治疗缺铁性贫血的效果，故C正确；
D．天然气是古代生物在地下发生复杂的变化形成的，是化石能源；沼气是由植物秸秆等发酵形成的，属于可再生能源；水煤气是碳和水蒸气在高温条件下生成的，属于二次能源，故D正确；
故选B。
3．（2020·山东高二期中）有一种瓦斯分析仪(如图甲)能够在煤矿巷道中的甲烷达到一定浓度时，通过传感器显示出来。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3-Na2O，O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是

A．电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
B．电极b是正极，O2-由电极a流向电极b
C．当固体电解质中有1molO2-通过时，转移电子4mol
D．瓦斯分析仪工作时，电池外电路中电子由电极 b 流向电极a
【答案】A
【分析】
瓦斯分析仪原理是通过CH4发生电化学反应产生电流，从而为报警器供电使其报警，此处的电化学反应实际就是CH4燃料电池，CH4在负极（电极a）失电子被氧化成CO2，电子经外电路流入正极（电极b），O2在正极得电子被还原。
【详解】
A．电极a上的反应为CH4的氧化反应，初步确定：CH4 – 8e- → CO2 + H2O，根据电解质为固体金属氧化物，确定添加O2- 配平电荷守恒，故电极反应式为：CH4 + 4O2-– 8e- = CO2 + 2H2O ，A正确；
B．根据原电池工作原理，阴离子应该移向负极，故O2-由正极（b）移向负极（a），B错误；
C．电解质中通过1mol O2-，说明正极O2反应生成1mol O2-，根据转移电子关系：O2 ~ 2O2-~ 4e-，转移电子=2n(O2-)=2mol，C错误；
D．电子由负极（a）流入正极（b），D错误；
故答案选A。
4．（2020·浙江效实中学高二期中）科学家预言，被称为“黑金”的“新材料之王石墨烯”将“彻底改变21世纪”。中国华为研发人员利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，已在世界上率先开发出石墨烯电池，电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2，其工作原理如图。下列关于该电池的说法正确的是

A．有设计师建议该电池采用隔膜效果更好，可选用质子交换膜
B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为：LiCoO2-xe−=Li1-xCoO2+xLi+
C．对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料
D．石墨烯电池充电时LiCoO2极与电源负极相连
【答案】C
【分析】
由电池反应LixC6+Li1-xCoO2C6+LiCoO2可知，放电时 Li1-xCoO2得到电子为正极， 电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe−=LiCoO2；LixC6失电子为负极， 电极反应为LixC6-xe−= C6+xLi+；
【详解】
A．由图可知，Li+在两极之间移动，因此应选择的隔膜需允许Li+通过，质子交换膜只允许H+通过，因此不选用质子交换膜， A错误；
B．根据分析可知，放电时LiCoO2极发生电极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe−=LiCoO2，B错误；
C．根据分析可知，放电时生成C6，即生成石墨烯，因此对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料，C正确；
D．根据分析可知，LiCoO2极是原电池的正极，故充电时与电源正极相连，D错误；
故选C。
5．（2020·深圳市高级中学高二期中）如图为一种微生物燃料电池结构示意图，关于该电池叙述正确的是( )

A．放电过程中，H+从正极区移向负极区
B．正极每消耗1molMnO22mole-迁移至负极
C．微生物所在电极区放电时发生还原反应
D．左边电极反应式为：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O
【答案】D
【详解】
A.放电时，阳离子向正极区移动，故A错误；
B.正极每消耗1mol MnO2转移2mol电子迁移至正极，故B错误；
C.微生物所在电极区被氧化，发生氧化反应，故C错误；
D.左边电极为正极，锰元素化合价降低，发生还原反应，反应式为：MnO2+4H++2e﹣=Mn2++2H2O，故D正确；
故答案为D。
6．（2020·山东德州·高二期中）液流式铅蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为电解质，该电池充放电的总反应为2Pb2++2H2O Pb+PbO2+4H+，下列说法不正确的是
A．放电时，电极质量均减小
B．放电时，正极反应是PbO2+4H++2e-=Pb2++2H2O
C．充电时，溶液中Pb2+向阴极移动
D．充电时，阳极周围溶液的pH增大
【答案】D
【详解】
A．电池放电时，负极反应为Pb-2e-=Pb2+，正极反应为PbO2+4H++2e-=Pb2++2H2O，则放电时，电极质量均减小，故A项说法正确；
B．放电时，PbO2发生还原反应生成Pb2+，电极反应式为PbO2+4H++2e-=Pb2++2H2O，故B项说法正确；
C．充电时，阳离子向阴极移动，故C项说法正确；
D．充电时，阳极反应为Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+，阳极周围H+浓度逐渐增大，因此阳极周围溶液的pH减小，故D项说法错误；
综上所述，说法不正确的是D项，故答案为D。
7．燃料电池是一种高效：环境友好的发电装置。下图为氢氧燃料电池示意图，下列有关说法错误的是

A．该电池工作时可将化学能转化为电能
B．电池工作时，电子从电极b移向电极a
C．负极的电极反应式为
D．电池总反应的化学方程式为
【答案】B
【详解】
A. 该装置为原电池，工作时可以将化学能转化为电能，故A正确；
B. 氢气在电极a上失电子发生氧化反应，电极a为负极，氧气在电极b上得电子发生还原反应，电极b是正极，电池工作时，电子从电极a移向电极b，故B错误；
C. 氢气在电极a上失电子发生氧化反应，电极反应式为：，故C正确；
D. 该电池的负极反应式为：，正极反应式为：，总反应式为：，故D正确；
答案选B。
8．如图为一种新型高比能液流电池，其放电过程原理示意图。该电池采用双极膜将酸—碱电解液隔离，实现MnO2/Mn2+和Zn/[Zn(OH)4]2-的两个溶解/沉积电极氧化还原反应。下列分析错误的是

A．放电过程中，电子由Zn电极流向惰性电极，K+向右侧池中移动
B．放电过程总反应为：MnO2+Zn+4OH-+4H+=[Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O
C．充电过程中，阳极的电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+
D．充电过程左侧池中溶液pH逐渐增大，理论上1mol SO迁移时生成0.5molZn
【答案】D
【分析】
根据电池示意图，左侧Zn失去电子与溶液中OH-反应生成为负极反应，右侧MnO2得电子与溶液中的H+反应生成Mn2+和水为正极反应；电解过程中，右侧的Mn2+失去电子与水反应生成MnO2和H+为阳极，左侧得电子生成Zn和OH-为阴极，以此分析。
【详解】
A.由上述分析可知Zn为原电池的负极，惰性电极为原电池的正极，电子由负极经用电器流向正极，电解质中阳离子往正极移动，故A正确；
B. 左侧Zn失去电子与溶液中OH-反应生成为负极反应为：，MnO2得电子与溶液中的H+反应生成Mn2+和水为正极电极反应为：，则反应放电过程总反应为：MnO2+Zn+4OH-+4H+=[Zn(OH)4]2-+Mn2++2H2O，故B正确；
C. 充电过程中，阳极中Mn2+失去电子与水反应生成MnO2和H+电极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故C正确；
D. 充电过程左侧得电子生成Zn和OH-为阴极，发生电极反应：，1mol SO迁移时转移电子物质的量为2mol，则生成1molZn，故D错误。
答案选D。
9．目前中国已经通过自主创新成功研发出第一台锌溴液流储能系统，实现了锌溴电池的隔膜、极板、电解液等关键材料自主生产。锌溴电池的原理装置图如图所示，下列说法错误的是（ ）

A．充电时电极石墨棒A连接电源的正极
B．放电时负极反应为2Br--2e-=Br2
C．放电过程中阴离子通过隔膜从正极区移向负极区
D．放电时右侧电解质储罐中的离子总浓度增大
【答案】B
【分析】
放电时，Zn是负极，负极反应式为：Zn-2e－═Zn2＋，正极反应式为：Br2+2e－=2Br－，充电时，阳极反应式为2Br－-2e－=Br2、阴极反应式为Zn2＋+2e－=Zn。
【详解】
A. 充电时电极石墨棒A连接电源的正极，反应式为2Br－-2e－=Br2，故A正确；
B. 放电时，Zn是负极，负极反应式为：Zn-2e－═Zn2＋，故B错误；
C. 放电过程中阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，故C正确；
D. 正极反应式为：Br2+2e－=2Br－，阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，放电时右侧电解质储罐中的离子总浓度增大，故D正确；
答案选B。
10．某柔性屏手机的柔性电池以碳纳米管做电极材料，以吸收溶液的有机高聚物做固态电解质，其电池结构如图所示。电池总反应为：，下列说法中，正确的是

A．放电时，移向Zn膜
B．充电时，含有Zn膜的碳纳米管纤维一端连接有机高聚物电源正极
C．放电时，电子由锌膜表面经有机高聚物至膜表面
D．放电时，电池的正极反应为：
【答案】D
【详解】
A．放电时Zn为负极，MnO2为正极，则移向MnO2膜，故A错误；
B．放电时Zn为负极，则充电时Zn膜与电源的负极连接，故B错误；
C．放电时电子由锌膜经外电路流向膜表面，故C错误；
D．放电过程正极上是二氧化锰得到电子生成MnOOH，电极反应为，故D正确；
故答案为D。
11．某种利用垃圾渗透液实现发电装置示意图如下，当该装置工作时，下列说法不正确的是

A．盐桥中K+向Y极移动
B．电路中流过7.5mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为16.8L
C．电子流由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2＋10e-＋6H2O===N2↑＋12OH—，周围pH增大
【答案】B
【分析】
根据处理垃圾渗滤液并用其发电的示意图知道：装置属于原电池装置，X是负极，氨气发生失电子的氧化反应，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O，Y是正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为：2+10e-+6H2O═N2↑+12OH-，电解质里的阳离子移向正极，阴离子移向负极，电流从正极流向负极，据此回答。
【详解】
A．处理垃圾渗滤液的装置属于原电池装置，盐桥中的阳离子移向正极，即盐桥中K+向Y极移动，故A正极；
B．X是负极，氨气发生失电子的氧化反应，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-═N2+6H2O，Y是正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为：2+10e-+6H2O═N2↑+12OH-，则总反应式为：5NH3+3═4N2+6H2O+3OH-，则电路中流过7.5 mol电子时，共产生标准状况下N2的体积为×4mol×22.4L/mol=44.8L，故B错误；
C．电子从负极经外电路流向正极，即X极沿导线流向Y极，故C正确；
D．Y是正极，发生得电子的还原反应，2+10e-+6H2O═N2↑+12OH-，生成氢氧根离子，周围pH 增大，故D正确；
故答案为B。
二、填空题
12．（2021·山东宁阳县一中高二月考）(1)肼(N2H4)又称联氨，在常温下是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和H2O，放出热量624kJ(25℃时)，N2H4完全燃烧的热化学方程式是__________。
(2)肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式：__________________________，
负极的电极反应式：__________________________。
【答案】N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH=－624kJ·mol－1 O2＋4e－＋2H2O=4OH－ N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑
【详解】
(1)在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和H2O，放出热量624kJ(25℃时)，N2H4的相对分子质量为32，则N2H4完全燃烧的热化学方程式是N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH=－624kJ·mol－1；
(2)肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，该电池正极氧气放电，溶液为碱性环境，则正极电极反应式：O2＋4e－＋2H2O=4OH－；负极为肼放电，反应生成水和氮气，其电极反应式为：N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑。
13． CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛。工业上可利用CO或CO2与H2反应来制备甲醇。
反应①：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)ΔH=-90.8kJ/mol
反应②：H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)ΔH=+41.2kJ/mol
(1)写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式___。
(2)已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，该反应平衡常数随温度的变化如表所示：
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
由以上数据可知，该反应的ΔH___0(填“>”或“<”)。500℃时，CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，该条件下CO的平衡浓度为：___ mol/L。

(3) 一定条件下，可以由CO2(g)和H2(g)合成CH4(g)，同时还生成H2O(g)。向恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，某温度下发生上述反应，氢气的浓度随时间变化如图，若在20min时减小压强，并在30min时达到平衡状态，请在图中画出H2的物质的量浓度随时间变化的图像___。
(4)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间允许K+通过的半透膜隔开。

①该燃料电池负极甩极反应式为___。
②放电过程中需补充的物质A为 ___(填化学式)。
【答案】CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g) +H2O(g) ΔH=-49.6kJ/mol < 0.005 HCOOH+3OH--2e-=HCO+2H2O
【分析】
由盖斯定律计算反应
【详解】
(1)反应①：2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)ΔH=-90.8kJ/mol，反应②：H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g)ΔH=+41.2kJ/mol，根据盖斯定律，①+②可得：；
(2)反应：CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度升高而减小，则升温平衡左移，故反应的ΔH<0；由以上数据可知， 500℃时，该反应的平衡常数K=9，CO和H2O的起始浓度均0.020mol/L，，，则x=0.015mol/L，该条件下CO的平衡浓度为：0.020mol/L-0.015mol/L =0.005mol/L。
(3)反应为 ，是气体体积减小的反应，在20min时减小压强，扩大容器体积，H2的物质的量浓度瞬间减小，正逆反应速率减小，正反应速率减小的多，反应逆向进行，逆反应速率减小得少，随反应进行氢气浓度有所增大，最后达到平衡状态，故答案为：。
(4) ①HCOOH碱性燃料电池中，HCOO−发生失去电子的反应生成 ，所在电极为负极，负极电极反应式为；②原电池工作时K+通过半透膜移向正极，正极Fe3+得电子生成Fe2+，电解质储罐中O2氧化Fe2+生成Fe3+： ，Fe3+循环使用，结合最终得到K2SO4可知物质A为H2SO4。