高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能——电池 第1课时 原电池的工作原理、化学电源作业1 鲁科版选修4

第1课时 原电池的工作原理、化学电源基础达标1根据图示，下列判断中正确的是()A烧杯a中的溶液pH降低B烧杯b中发生氧化反应C烧杯a中发生的反应为2H2e=H2D烧杯b中发生的反应为2Cl2e=Cl2解析：选B。题中给出的物质表明，该电池的总反应是2ZnO22H2O=2Zn(OH)2，a烧杯中电极反应为O22H2O4e=4OH，b中为Zn2e=Zn2。 2.用选项中的电极、溶液和如图所示的装置可组成原电池。下列现象或结论正确的是()选项电极a电极bA溶液B溶液现象或结论ACuZnCuSO4溶液ZnSO4溶液一段时间后，电极a增加的质量与电极b减少的质量相等BCuZn稀H2SO4ZnSO4溶液盐桥中阳离子向电极b移动CFeCNaCl溶液FeCl3溶液外电路电子流向：baDCCFeCl3溶液KI、淀粉混合溶液若开始时只增大FeCl3溶液的浓度，电极b附近溶液变蓝的速度加快解析：选D。本题将教材中的原电池进行了简化，解题时需要注意盐桥的作用。选项A构成了铜锌原电池，铜为正极，锌为负极，锌失电子，电极b质量减少，而A溶液中的Cu2得到电子，使电极a质量增加，根据得失电子守恒知，负极减少的质量大于正极增加的质量，A错误。选项B中，锌是负极，铜是正极，锌失去电子形成锌离子进入溶液中，而A溶液中的H得到电子生成了氢气，根据电荷守恒，盐桥中的阳离子向A溶液移动，从而保证溶液的电中性，B错误。C选项中，Fe是负极，C是正极，故外电路中电子由电极a流向电极b，错误。D选项通过反应2FeCl32KI=2FeCl2I22KCl组合成原电池，增大FeCl3溶液的浓度，反应加快且平衡正向移动，故电极b附近溶液变蓝的速度加快，正确。3可用于电动汽车的铝­空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O22H2O4e=4OHB以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al3OH=Al(OH)33eC以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析：选A。无论是NaOH还是NaCl，在正极上都是O2得到电子被还原，A项正确；生成的Al(OH)3是两性氢氧化物，在碱溶液中发生反应生成Al(OH)4，B项错误；生成的Al(OH)3与NaOH反应生成NaAl(OH)4，消耗电解质中的NaOH，使pH减小，C项错误；原电池中，电子由外电路的负极流向正极，D项错误。4有关下图装置的叙述不正确的是()A这是电解NaOH溶液的装置B该装置中Pt为正极，电极反应为O22H2O4e=4OHC该装置中Fe为负极，电极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2D溶液中会出现红褐色的沉淀解析：选A。A项错误，装置中没有外接直流电源，所以不是电解池；B项正确，通入O2发生吸氧腐蚀，Pt为正极，电极反应为O22H2O4e=4OH；C项正确，Fe做负极，电极反应为Fe2e2OH=Fe(OH)2；D项正确，Fe(OH)2和空气中的O2继续反应生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，出现白色沉淀变为灰绿色最终变成红褐色沉淀的现象。5下列关于铅蓄电池的说法正确的是()A在放电时，正极发生的反应是Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)B在放电时，该电池的负极材料是铅板C在充电时，电池中硫酸的浓度不断减小D在充电时，阳极发生的反应是PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)解析：选B。A项中电池放电时正极应发生还原反应，电极反应为PbO24HSO2e=PbSO42H2O；C项中电池充电时硫酸的浓度应不断增大；D项中电池充电时阳极应发生PbSO42H2O2e=PbO24HSO。6人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。如图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是()A该过程是将太阳能转化为化学能的过程B催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生C催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强D催化剂b表面的反应是CO22H2e=HCOOH解析：选C。电池总反应式为2CO22H2O2HCOOHO2。负极：2H2O4e=O24H，正极：CO22H2e=HCOOH。A项，能量转换过程是太阳能先转化为电能，再转化为化学能；C项，催化剂a附近生成H，酸性增强，催化剂b附近消耗H，酸性减弱，故C项错误。7以氨作为燃料的固体氧化物(含有O2)燃料电池，具有全固态结构、能量效率高的特点，其工作原理如图所示。下列说法正确的是()A该电池工作时的总反应式为4NH35O2=4NO6H2OB固体氧化物作为电池工作时的电解质，其作用是让电子在电池内部移动C电池工作时，接触面上的电极反应式为2NH33O26e=N23H2OD外电路的电流方向从电极a流向电极b解析：选C。NO不稳定易被氧化，且有毒不可能做为电池反应产物，A错；电子不能在电解质中移动，B错；外电路中的电子从负极流向正极，通入燃料气的一极为负极，所以D错。8由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。解析：(1)装置甲中二价金属A不断溶解，A极为原电池负极，电极反应式是A2e=A2。(2)装置乙中C的质量增加，则C极为原电池正极，溶液中的Cu2得电子析出，电极反应式为Cu22e=Cu。(3)装置丙中A上有气体产生，则析出气体为H2，D为负极，原电池反应为DnH=DnH2(设n为金属D的化合价数)，反应一段时间后溶液的pH变大。(4)三个装置中关于金属活泼性的比较分别为甲中：A>B，乙中：B>C，丙中：D>A，综上可知四种金属活泼性由强到弱的顺序是D>A>B>C。答案：(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)D>A>B>C能力提升9一种充电电池放电时的电极反应为H22OH2e=2H2O；NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH，当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是()AH2O的还原 BNiO(OH)的还原CH2的氧化 DNi(OH)2的氧化解析：选D。由题意知，电池总反应为H22NiO(OH)2Ni(OH)2。可充电电池在充电时，实际上起一个电解池的作用，与外电源正极连接的电极是阳极，发生氧化反应，与放电时的正极反应相反，可知Ni(OH)2在充电时失电子被氧化，发生氧化反应。10肼(N2H4)­空气燃料电池是一种环保碱性燃料电池，其电解质溶液是20%30%的KOH溶液。电池总反应为N2H4O2=N22H2O。下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是()A溶液中阴离子物质的量基本不变B正极的电极反应是N2H44OH4e=4H2ON2C正极的电极反应是O24H4e=2H2OD溶液中阴离子向正极移动解析：选A。A项正确，由电池的总反应式可知，阴离子物质的量基本不变；B项错误，正极发生还原反应，即得电子的反应；C项错误，因为电解质溶液是KOH溶液，电极反应应为O22H2O4e=4OH；D项错误，溶液中的阴离子向负极移动。11Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。该电池工作时，下列说法正确的是()AMg电极是该电池的正极BH2O2在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中Cl向正极移动解析：选C。结合电池示意图及原电池原理进行分析。该原电池中，石墨电极为惰性电极，只能做正极，而Mg电极为活性电极，做负极，A错。Mg电极本身发生氧化反应，H2O2在石墨电极上应发生还原反应，B错。石墨电极上发生的反应为H2O22e=2OH，由于生成OH，电极附近溶液OH增大，溶液的pH增大，C对。原电池电解质溶液中阴离子 Cl向负极移动，D错。12一种新型燃料电池，以多孔镍为电极，电解质溶液为KOH溶液，然后向两极通入乙烷和氧气，其总反应为2C2H67O28KOH=4K2CO310H2O。有关此电池的说法正确的是()A负极反应是7O214H2O28e=28OHB电解过程中，负极周围溶液的pH升高C每消耗1 mol C2H6，电路中转移的电子为14 molD放电过程中，KOH的浓度保持不变解析：选C。以KOH为电解质，负极反应为C2H618OH14e=2CO12H2O，正极反应为O24e2H2O=4OH，故负极区pH减小，正极区pH增大，放电过程中KOH浓度减小，溶液pH减小，当1 mol C2H6完全放电生成CO，失去14 mol电子，即电路中有14 mol电子转移，故C正确。13将氧化还原反应2H2O2=2H2O设计成原电池。(1)利用氢气和氧气、氢氧化钾溶液构成燃料电池，则负极通入的气体应是_，正极通入的气体是_，电极反应为正极：_，负极：_。(2)若把KOH溶液改为稀硫酸，则电极反应为正极：_，负极：_。(3)(1)和(2)的电解质溶液不同，反应进行后，其溶液的酸碱性各有何变化？_。(4)若把H2改为CH3OH，KOH溶液做电解质溶液，则电极反应为正极：_，负极：_，电池反应为_。解析：(1)由电池反应可知在反应中H2被氧化，O2被还原。H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，又因为是碱溶液，不可能有H参加或生成，故负极的电极反应为2H24OH4e=4H2O，正极的电极反应为O22H2O4e=4OH。(2)若将电解质溶液换为酸溶液，此时应考虑不可能有OH生成，故负极的电极反应为2H24e=4H，正极的电极反应为O24H4e=2H2O。(3)由于前者在碱性条件下反应，KOH的量不变，但工作时H2O增多，故溶液变稀，碱性减弱；而后者为酸溶液，H2SO4的量不变，H2O增多，故溶液变稀，酸性减弱。(4)如把H2改为CH3OH，KOH溶液做电解质溶液，则正极反应为3O26H2O12e=12OH，此时不会有CO2放出，负极反应为2CH3OH16OH12e=2CO12H2O。正、负极反应相加得电池反应：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O。答案：(1)H2O2O22H2O4e=4OH2H24OH4e=4H2O(2)O24H4e=2H2O2H24e=4H(3)前者碱性减弱，后者酸性减弱(4)3O26H2O12e=12OH2CH3OH16OH12e=2CO12H2O2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O14氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型电池。电池装置如图所示，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂粉吸附气体的能力强，性质稳定。请回答下列问题：(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是_，在导线中电子流动方向为_(用a、b表示)。(2)负极反应式为_。(3)电极表面镀铂粉的原因为_。(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能。因此大量安全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固体的密度为0.82 g/cm3。用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积之比约为_。由生成的LiH与H2O作用，放出的H2用做电池燃料，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：本题考查电化学知识。(1)原电池的实质为化学能转化为电能。总反应为2H2O2=2H2O，其中H元素从0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，由于溶液呈碱性，故电极反应式左边应加上OH，右边生成H2O。(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。(4).Li元素从0价升至1价，做还原剂。.H2O中的H元素的化合价从1降至H2中的0，做氧化剂。由反应，当吸收10 mol H2时，则生成20 mol LiH，Vm/×103192.68×103(L)。V(LiH)/V(H2)192.68×103L/224 L8.6×104。20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2为20×80%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电子。答案：(1)由化学能转化为电能由a到b(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)LiH2O8.6×104326EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375