高中化学 4_2 化学电源课时作业 新人教版选修4

化学电源时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题4分，共48分)1银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，则负极上发生反应的物质是()AAgBZn(OH)2CAg2O DZn1解析：由题给总方程式得：Zn2OH2e=Zn(OH)2，故Zn为负极。答案：D2某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2O2=2H2O，下列有关说法正确的是()A电子通过外电路从b极流向a极Bb极上的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC每转移0.1 mol 电子，消耗1.12 L的H2DH由a极通过固体酸电解质传递到b极2解析：由电池总反应方程式及原电池原理可知，充入H2的一极即a极是负极，充入O2的一极即b极是正极；电子由负极经外电路流向正极；电池内部阳离子即H移向正极，正极即b极的电极反应式应为：O24H4e=2H2O，故A项、B项错误，D项正确。C项没有指明标准状况，故C项错误。答案：D3有人设计出利用CH4和O2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，则下列说法中正确的是()每消耗1 mol CH4可以向外电路提供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电池放电时，溶液pH不断升高ABC D3解析：CH4在铂电极上发生类似于CH4在O2中燃烧的反应，即CH4CO2，严格地讲生成的CO2还与KOH反应生成K2CO3，化合价升高，失去电子，是电池的负极，电极反应式为CH410OH8e=CO7H2O,1 mol CH4参加反应有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。故正确答案为A。答案：A4燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池的能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是()A上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C乙醇燃料电池的电解质常用KOH溶液，该电池的负极反应为C2H5OH12e=2CO23H2OD甲烷碱性燃料电池的正极反应为O22H2O4e=4OH4解析：氢气、甲烷、乙醇等在燃料电池中，发生的反应为氧化反应，故作为电池的负极。电解质为强碱KOH溶液，因此电极反应中不可能生成二氧化碳，应该生成CO，即负极反应为：C2H5OH12e16OH=2CO11H2O。故C错误。答案：C5科学家成功开发出便携式固体氧化物燃料电池，它以丙烷气体为燃料。电池中的一极通入空气，另一极通入丙烷气体，电解质是固态氧化物，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池的说法不正确的是()A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B该电池的总反应是：C3H85O2=3CO24H2OC电路中每通过5 mol电子，约有5.6 L标准状况下的丙烷被完全氧化D通入丙烷的电极为电池负极，发生的电极反应为：C3H820e10O2=3CO24H2O5解析：该燃料电池的化学反应原理是：C3H85O2=3CO24H2O，B正确；放电过程中通入丙烷的电极为负极：C3H820e10O2=3CO24H2O，C正确；通入O2的电极为正极：O24e=2O2，产生的O2将向负极移动，A项错。答案：A6.美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成功的用于潜航器的镁过氧化氢燃料电池系统。其工作原理如图所示。以下说法中错误的是()A电池的负极反应为：Mg2e=Mg2B电池工作时，H向负极移动C电池工作一段时间后，溶液的pH增大D电池总反应式是：MgH2O22H=Mg22H2O6解析：MgH2O2燃料电池中Mg作负极：Mg2e=Mg2，Pt作正极：H2O22H2e=2H2O，总式为：MgH2O22H=Mg22H2O，消耗H，使c(H)减小，pH增大，且H移向正极。答案：B7下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是()A该系统中只存在3种形式的能量转化B装置Y中负极的电极反应式为：O22H2O4e=4OHC装置X能实现燃料电池的燃烧和氧化剂的再生D装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化7解析：A项，系统中存在光能电能、电能化学能、化学能电能、电能机械能等多种能量转化方式；B项，Y中负极的电极反应式为H22e=2H；C项，装置X可电解水生成H2和O2；D项，无论是原电池还是电解池都不可能实现电能与化学能的完全转化，故只有C正确。答案：C8实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2(提示：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2)，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：负极：PbSO2e=PbSO4正极：PbO24HSO2e=PbSO42H2O今若制得0.050 mol H2，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是()A0.025 mol B0.050 molC0.10 mol D0.20 mol8解析：欲求H2SO4的量，需找出铅蓄电池的总反应式，将电极反应式合并得PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，而制取Cl2时，每生成1 mol H2，电子转移2 mol，现需电子0.050 mol20.10 mol，由铅蓄电池总反应可知每转移0.10 mol电子，将消耗H2SO4 0.10 mol。答案：C9乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200 左右时供电，电池总反应式为C2H5OH3O2=2CO23H2O，电池示意图如下，下列说法中正确的是()A电池工作时，质子向电池的负极迁移B电池工作时，电流由b极沿导线流向a极Ca极上发生的电极反应是C2H5OH3H2O12e=2CO212HDb极上发生的电极反应是2H2OO24e=4OH9解析：通入乙醇的一极(a极)为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极(b极)为正极，发生还原反应。电池工作时，阳离子(质子)向电池的正极迁移，选项A不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，选项B正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以选项C不正确；因为电池中使用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现OH，选项D不正确。答案：B10利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，制作出一些具有实际应用价值的装置，下图是用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图。该电池工作时，下列有关说法正确的是()A铝制汽水罐将逐渐被溶解B炭粒和木炭棒上发生的反应为O24e=2O2C木炭棒应与玩具电机的负极相连D该电池工作一段时间后木炭棒和炭粒的质量均会减少10解析：该电池的反应原理是4Al3O2=2Al2O3，所以Al作电源负极，与玩具的负极相连，即铝制汽水罐将逐渐溶解，A正确；木炭棒作电源正极，与玩具电机的正极相连，C项错误；正极上发生的反应为O22H2O4e=4OH，B项错误，D项错误。答案：A11某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应式为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下说法不正确的是()A放电时负极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2B放电时正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OHC放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化D充电时阳极附近的溶液的碱性减弱11解析：选项A，放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池的负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；选项B，根据放电时总电池反应式减去负极反应式(电子数需相等)可得放电时正极反应式为FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；选项C，放电时，K2FeO4被还原；选项D，充电是放电的逆向反应，所以充电时，阳极消耗OH，导致阳极附近的溶液的碱性减弱。答案：C12.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO42LiClCa=CaCl2Li2SO4Pb。下列有关说法正确的是()A正极反应：Ca2Cl2e=CaCl2B放电过程中，Li向负极移动C每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转12解析：正极上发生还原反应，A项错误；放电过程中Li向正极移动，B项错误；由电池总反应可知，每转移0.1 mol电子，理论上生成0.05 mol Pb，质量为10.35 g，C项错误；常温下，电解质不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此连接电流表或检流计，指针不偏转，D项正确。答案：D二、非选择题(52分)13(12分)甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂，在稀硫酸电解质溶液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。试回答下列问题：(1)配平电池放电时发生反应的化学方程式：CH3OH_O2_CO2_H2O。(2)在稀硫酸电解质溶液中，CH3OH失去电子，此时电池的正极反应是_，负极反应是_。(3)电解质溶液中的H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_极。(4)与直接燃烧燃料产生电力相比，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先燃料电池的能量转换效率高，其次是_。(5)甲醇燃料电池与氢氧燃料电池相比，其主要缺点是甲醇燃料电池的输出功率较低，但其主要优点是_。13解析：(1)根据得失电子守恒配平反应的化学方程式。(2)电极反应的书写应结合电解质溶液的性质，本题给出的是酸性溶液。(3)由电极反应可知，H在正极被消耗，在负极生成，所以H向正极移动。答案：(1)2324(2)O24H4e=2H2OCH3OHH2O6e=CO26H(3)正负(4)对空气无污染(5)甲醇比H2廉价14(14分)科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下图：请回答下列问题：(1)Pt(a)电极是电池的_极，电极反应式为_；Pt(b)电极发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。(2)该电池的总反应方程式为_。(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol电子，则消耗的CH3OH有_mol。14解析：Pt(a)端的原料为CH3OH和H2O，产物为CO2、H，根据C化合价由2价升到4价，失去6个电子，Pt(a)为负极；Pt(b)端的原料为O2和H，产物为H2O，O化合价由0价降为2价，发生还原反应，为正极。答案：(1)负2CH3OH2H2O12e=2CO212H还原3O212H12e=6H2O(2)2CH3OH3O2=2CO24H2O(3)15(14分)(1)根据氧化还原反应2H2O2=2H2O，设计成燃料电池，负极通的气体应是_，正极通的气体应是_。(2)上图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是_。Aa电极是负极Bb电极的电极反应为4OH4e=2H2OO2C氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置(3)根据选择电解质溶液的不同，填写下表：电解质溶液H2SO4溶液KOH溶液负极反应正极反应溶液的pH变化(4)若把H2改为CH4，KOH溶液作电解质，则负极反应为_。15答案：(1)H2O2(2)B(3)H2SO4溶液KOH溶液负极反应2H24e=4H2H24e4OH=4H2O正极反应O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OHpH变大变小(4)CH410OH8e=CO7H2O16(12分)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=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH根据上述反应式，完成下列填空。(1)下列叙述正确的是_。A在使用过程中，电解质溶液中的KOH被不断消耗，pH减小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_。16解析：(1)在使用过程中，负极消耗OH，pH减小，正极生成OH，pH增大，电解质溶液中KOH的量不变，pH不变，A项错；电子流向是由Zn极经外电路流向Ag2O极，B项错；Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O为正极，发生还原反应，C项对，D项错。(2)将正负两极反应式相加可得总反应式。答案：(1)C(2)ZnAg2O=ZnO2Ag(3)减小增大不变