2019-2020年高中化学 专题1 第二单元 第2课时 化学电源课时作业 苏教版选修4.DOC

2019-2020年高中化学 专题1 第二单元 第2课时 化学电源课时作业 苏教版选修4目标要求1.了解依据原电池原理开发的技术产品化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的电极反应式和电池反应方程式。一、化学电池1电池的分类2一次电池与二次电池的不同点(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度就不能使用了，如普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池。(2)二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电池等。二、一次电池1锌银电池锌银电池负极是Zn，正极是Ag2O，电解质是KOH溶液，其电极反应如下：负极：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；电池总反应式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2碱性锌锰电池碱性锌锰电池的负极是Zn，正极是MnO2，电解质是KOH溶液，其电极反应为：负极：Zn2e2OH=Zn(OH)2；正极：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；电池总反应式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。三、燃料电池1概念燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能连续不断地提供电能。2氢氧燃料电池(1)结构(如图所示)氢氧燃料电池示意图(2)工作原理电解质溶液为KOH溶液时：电池总反应式：2H2O2=2H2O四、铅蓄电池铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板上覆盖有Pb，电解质是H2SO4溶液，如图所示。铅蓄电池的构造工作原理：负极：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反应)；正极：PbO2(s)SO(aq)4H(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(还原反应)；总反应：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。铅蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(还原反应)；阳极：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(氧化反应)；总反应：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)。可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：PbPbO22H2SO4放电充电2PbSO42H2O。知识点一化学电池1碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2下列说法中，错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为MnO22H2O2e=Mn(OH)22OHC电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案C解析本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方向相反，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。2最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列说法不正确的是()A该电池Zn为负极，MnO2为正极B该电池的正极反应为MnO2eH2O=MnOOHOHC导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向ZnD电池工作时水分子和OH都能通过薄层纸片答案C解析原电池反应中Zn失电子、MnO2得电子，因此该电池负极为Zn，正极为MnO2。由电池总反应式减去负极反应式：Zn2e2OH=ZnOH2O即得正极反应式：MnO2eH2O=MnOOHOH。电子只能由Zn经外电路流向MnO2，而不能通过内电路。知识点二二次电池3生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是 2PbSO42H2O放电充电PbO2Pb2H2SO4 下列对铅蓄电池的说法错误的是()A需要定期补充硫酸B工作时铅是负极，PbO2是正极C工作时负极上发生的反应是Pb2eSO=PbSO4D工作时电解质的密度减小答案A解析铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2，Pb2与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。4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3Zn2K2FeO48H2O放电充电3Zn(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答案C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。知识点三燃料电池5固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆氧化钇为电解质，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下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()A有O2参加反应的a极为电池的负极Bb极的电极反应式为H22eO2=H2OCa极对应的电极反应式为O22H2O4e=4OHD该电池的总反应式为2H2O22H2O答案D解析因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池的负极反应式为H22e=2H，正极电极反应式为O22e=O2，则电池总反应式为2H2O22H2O。6一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正确的是()A通入乙烷的电极为正极B参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为72C放电一段时间后，KOH的物质的量浓度减少D负极反应式为C2H66H2O14e=2CO18H答案C解析乙烷燃烧的化学方程式为2C2H67O24CO26H2O，在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为27，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反应转化成K2CO3，反应中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时该电池的总反应式应为2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正极反应式为14H2O7O228e=28OH(正极氧气得电子，理论上形成O2，但该粒子在水中不稳定，必须以OH形式存在)，负极反应式可用总反应式减去正极反应式得到：2C2H636OH28e=4CO24H2O。练基础落实1电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅答案C解析因为锌锰干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变，故A错；原电池是将化学能直接转变为电能，所以B错；氢氧燃料电池负极反应为H22e=2H，所以C正确；太阳能电池采用硅材料制作，故D错。2下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极答案B解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质是把化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2，故作为负极，D项正确。3.氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下： 负极：2H24OH4e=4H2O正极：O22H2O4e=4OH当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为()A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol答案D解析n(H2O)100 mol 即每生成1 mol H2O则转移2 mol e，当生成100 mol H2O时，转移200 mol e。4蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：FeNiO22H2O放电充电Fe(OH)2Ni(OH)2下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()A放电时，Fe是负极，NiO2是正极B蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中C放电时，负极上的电极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2D放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动答案B5如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(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。下列说法正确的是()A左电极为电池的正极，a处通入的物质是甲醇B右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气C负极反应式为CH3OHH2O6e=CO26HD正极反应式O22H2O4e=4OH答案C解析据图知，在左电极有电子流出，应为电池的负极，被氧化的物质是甲醇，在酸性电解液中产生CO2，故A错误，C正确；右电极有电子流入，应为电池的正极，B错误；由于氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极反应式得到OH是错误的。6LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为FePO4Li放电充电LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li导电固体为电解质。下列有关LiFePO4电池说法正确的是()A可加入硫酸以提高电解质的导电性B放电时电池内部Li向负极移动C充电过程中，电池正极材料的质量增加D放电时电池正极反应为：FePO4Lie=LiFePO4答案D解析由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4e=LiFePO4，因此阳极材料(LiFePO4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。练方法技巧7.在下图装置中，通电后可观察到Cu极溶解，则下列说法中不正确的是 ( ) A.直流电源中，A是正极B.两池内CuSO4溶液浓度均不改变C.两铁极上最初析出物相同D.P池内溶液的质量逐渐减小答案 B解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反应，因此电解质不能用硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解池的阳极失电子，即LiFePO4-e-= Li+FePO4，因此阳极材料（LiFePO4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。8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，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=4OH答案B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，A项不正确；电流方向与电子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极上乙醇应该失电子被氧化，所以C项不正确；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，D项不正确。练综合拓展9科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：_。(2)此电池的正极发生的电极反应：_，负极发生的电极反应：_。(3)电解液中H向_极移动，向外电路释放电子的电极是_。(4)使用该燃料电池的另一个好处是_。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正负极(4)对环境无污染解析(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池总反应式为2CH3OH3O2=2CO24H2O。(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极反应式。(3)H移向正极，在正极生成水。(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。10氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是_，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固体密度为0.82 gcm3，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。答案(1)化学能转变为电能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)LiH2O1/1 148或8.7110432解析(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的一极是负极，故电子由a流动到b。(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是KOH溶液，故负极反应式为2H24OH4e=4H2O。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，从而增大反应速率。(4)LiH中Li为1价，H为1价，故反应中还原剂是Li，反应中氧化剂是H2O。由反应可知吸收标准状况下224 L H2时生成160 g LiH，则生成的LiH的体积是，则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为。由生成的20 mol LiH与H2O反应，由反应可知生成20 mol H2，H22e，能量转化率为80%，则通过的电子的物质的量为20 mol280%32 mol。11.由于Fe(OH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀，应用右图电解实验可以制得白色的纯净的Fe(OH)2沉淀，两电极材料分别为石墨和铁。(1)a电极材料应为 ，电极反应式为 。（2）电解液d可以是 （填编号）。A.纯水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2(3)c为苯，其作用是 ，在加入苯之前对d应作何简单处理 。（4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（填编号） 。A.改用稀硫酸作电解液 B.适当增大电源电压C.适当减小两电极间的距离 D.适当降低电解液的温度（5）若d中用Na2SO4溶液，当电解一段时间看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接电源电解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为 。答案 （1）铁 Fe-2e- = Fe2+ (2)BC(3)液封，防止Fe(OH)2 被氧化 加热煮沸（4）BC（5）白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色解析 （1）a极应该用铁，电极反应：Fe-2e-= Fe2+;在反应中提供Fe2+。（2）要生成Fe(OH)2,必须使溶液显碱性，可以通过电解使溶液显碱性，所以可以选用NaCl溶液，也可直接选用NaOH作电解液。（3）在液体表面加一层苯的目的是起液封的作用，防止生成的Fe(OH)2被氧化；而在加入苯之前，应该对溶液d进行加热煮沸，赶出其中溶解的空气。（4）为了加快反应速率，可以增大电源电压和适当减小两极间的距离，即B、C项措施。（5）若用Na2SO4溶液，则会产生氧气，将生成的Fe(OH)2氧化，会看到白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。