高中化學(xué) 4_2 化學(xué)電源課時作業(yè) 新人教版選修4

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化學(xué)電源 時間：45分鐘　　滿分：100分 一、選擇題(每小題4分，共48分) 1．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反應(yīng)是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(　　) A．Ag　　　　　　　　　　　 B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn 1．解析：由題給總方程式得：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故Zn為負(fù)極。 答案：D 2．某固體酸燃料電池以CaHSO4固體為電解質(zhì)傳遞H＋，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2＋O2===2H2O，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．電子通過外電路從b極流向a極 B．b極上的電極反應(yīng)式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol 電子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極 2．解析：由電池總反應(yīng)方程式及原電池原理可知，充入H2的一極即a極是負(fù)極，充入O2的一極即b極是正極；電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極；電池內(nèi)部陽離子即H＋移向正極，正極即b極的電極反應(yīng)式應(yīng)為：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故A項、B項錯誤，D項正確。C項沒有指明標(biāo)準(zhǔn)狀況，故C項錯誤。 答案：D 3．有人設(shè)計出利用CH4和O2反應(yīng)，用鉑電極在KOH溶液中構(gòu)成原電池。電池的總反應(yīng)類似于CH4在O2中燃燒，則下列說法中正確的是(　　) ①每消耗1 mol CH4可以向外電路提供8 mol e－ ②負(fù)極上CH4失去電子，電極反應(yīng)式為 CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ③負(fù)極上是O2獲得電子，電極反應(yīng)式為 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ④電池放電時，溶液pH不斷升高 A．①②　　　　　　　　　 B．①③ C．①④ D．③④ 3．解析：CH4在鉑電極上發(fā)生類似于CH4在O2中燃燒的反應(yīng)，即CH4→CO2，嚴(yán)格地講生成的CO2還與KOH反應(yīng)生成K2CO3，化合價升高，失去電子，是電池的負(fù)極，電極反應(yīng)式為CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O,1 mol CH4參加反應(yīng)有8 mol e－發(fā)生轉(zhuǎn)移，O2在正極上發(fā)生反應(yīng)，獲得電子，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。雖然正極產(chǎn)生OH－，負(fù)極消耗OH－，但從總反應(yīng)CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O可看出是消耗KOH，所以電池放電時溶液的pH不斷下降，故①②正確，③④錯誤。故正確答案為A。 答案：A 4．燃料電池的基本組成為電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。此種電池的能量利用率可高達(dá)80%(一般柴油發(fā)電機只有40%左右)，產(chǎn)物污染也少。下列有關(guān)燃料電池的說法錯誤的是(　　) A．上述燃料電池的負(fù)極反應(yīng)物是氫氣、甲烷、乙醇等物質(zhì) B．氫氧燃料電池常用于航天飛行器，原因之一是該電池的產(chǎn)物為水，經(jīng)過處理之后可供宇航員使用 C．乙醇燃料電池的電解質(zhì)常用KOH溶液，該電池的負(fù)極反應(yīng)為C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O D．甲烷堿性燃料電池的正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 4．解析：氫氣、甲烷、乙醇等在燃料電池中，發(fā)生的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，故作為電池的負(fù)極。電解質(zhì)為強堿KOH溶液，因此電極反應(yīng)中不可能生成二氧化碳，應(yīng)該生成CO，即負(fù)極反應(yīng)為：C2H5OH－12e－＋16OH－===2CO＋11H2O。故C錯誤。 答案：C 5．科學(xué)家成功開發(fā)出便攜式固體氧化物燃料電池，它以丙烷氣體為燃料。電池中的一極通入空氣，另一極通入丙烷氣體，電解質(zhì)是固態(tài)氧化物，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2－。下列對該燃料電池的說法不正確的是(　　) A．在熔融電解質(zhì)中，O2－由負(fù)極移向正極 B．該電池的總反應(yīng)是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O C．電路中每通過5 mol電子，約有5.6 L標(biāo)準(zhǔn)狀況下的丙烷被完全氧化 D．通入丙烷的電極為電池負(fù)極，發(fā)生的電極反應(yīng)為： C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O 5．解析：該燃料電池的化學(xué)反應(yīng)原理是：C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O，B正確；放電過程中通入丙烷的電極為負(fù)極：C3H8－20e－＋10O2－===3CO2＋4H2O，C正確；通入O2的電極為正極：O2＋4e－===2O2－，產(chǎn)生的O2－將向負(fù)極移動，A項錯。 答案：A 6. 美國海軍海底戰(zhàn)事中心與麻省理工大學(xué)共同研制成功的用于潛航器的鎂－過氧化氫燃料電池系統(tǒng)。其工作原理如圖所示。以下說法中錯誤的是(　　) A．電池的負(fù)極反應(yīng)為：Mg－2e－===Mg2＋ B．電池工作時，H＋向負(fù)極移動 C．電池工作一段時間后，溶液的pH增大 D．電池總反應(yīng)式是：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 6．解析：Mg－H2O2燃料電池中Mg作負(fù)極：Mg－2e－===Mg2＋，Pt作正極：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，總式為：Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗H＋，使c(H＋)減小，pH增大，且H＋移向正極。 答案：B 7．下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是(　　) A．該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化 B．裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃燒和氧化劑的再生 D．裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化 7．解析：A項，系統(tǒng)中存在光能→電能、電能→化學(xué)能、化學(xué)能→電能、電能→機械能等多種能量轉(zhuǎn)化方式；B項，Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為H2－2e－===2H＋；C項，裝置X可電解水生成H2和O2；D項，無論是原電池還是電解池都不可能實現(xiàn)電能與化學(xué)能的完全轉(zhuǎn)化，故只有C正確。 答案：C 8．實驗室用鉛蓄電池作電源電解飽和食鹽水制取Cl2(提示：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑)，已知鉛蓄電池放電時發(fā)生如下反應(yīng)： 負(fù)極：Pb＋SO－2e－===PbSO4 正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 今若制得0.050 mol H2，這時電池內(nèi)消耗的H2SO4的物質(zhì)的量至少是(　　) A．0.025 mol B．0.050 mol C．0.10 mol D．0.20 mol 8．解析：欲求H2SO4的量，需找出鉛蓄電池的總反應(yīng)式，將電極反應(yīng)式合并得Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，而制取Cl2時，每生成1 mol H2，電子轉(zhuǎn)移2 mol，現(xiàn)需電子0.050 mol2＝0.10 mol，由鉛蓄電池總反應(yīng)可知每轉(zhuǎn)移0.10 mol電子，將消耗H2SO4 0.10 mol。 答案：C 9．乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200 ℃左右時供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，電池示意圖如下，下列說法中正確的是(　　) A．電池工作時，質(zhì)子向電池的負(fù)極遷移 B．電池工作時，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極 C．a(chǎn)極上發(fā)生的電極反應(yīng)是C2H5OH＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋ D．b極上發(fā)生的電極反應(yīng)是2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 9．解析：通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時，陽離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，選項A不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，選項B正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，所以選項C不正確；因為電池中使用的是磺酸類質(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH－，選項D不正確。 答案：B 10．利用生活中常見的材料可以進(jìn)行很多科學(xué)實驗，制作出一些具有實際應(yīng)用價值的裝置，下圖是用廢舊材料制作的可用于驅(qū)動玩具的電池的示意圖。該電池工作時，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．鋁制汽水罐將逐漸被溶解 B．炭粒和木炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋4e－===2O2－ C．木炭棒應(yīng)與玩具電機的負(fù)極相連 D．該電池工作一段時間后木炭棒和炭粒的質(zhì)量均會減少 10．解析：該電池的反應(yīng)原理是4Al＋3O2===2Al2O3，所以Al作電源負(fù)極，與玩具的負(fù)極相連，即鋁制汽水罐將逐漸溶解，A正確；木炭棒作電源正極，與玩具電機的正極相連，C項錯誤；正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B項錯誤，D項錯誤。 答案：A 11．某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓。該電池的總反應(yīng)式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，以下說法不正確的是(　　) A．放電時負(fù)極反應(yīng)式為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 B．放電時正極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－ C．放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化 D．充電時陽極附近的溶液的堿性減弱 11．解析：選項A，放電時，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2；選項B，根據(jù)放電時總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時正極反應(yīng)式為FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－；選項C，放電時，K2FeO4被還原；選項D，充電是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時，陽極消耗OH－，導(dǎo)致陽極附近的溶液的堿性減弱。 答案：C 12. 熱激活電池可用作火箭、導(dǎo)彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl－KCl混合物受熱熔融后，電池即可瞬間輸出電能。該電池總反應(yīng)為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．正極反應(yīng)：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放電過程中，Li＋向負(fù)極移動 C．每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成20.7 g Pb D．常溫時，在正負(fù)極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉(zhuǎn) 12．解析：正極上發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；放電過程中Li＋向正極移動，B項錯誤；由電池總反應(yīng)可知，每轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，理論上生成0.05 mol Pb，質(zhì)量為10.35 g，C項錯誤；常溫下，電解質(zhì)不是熔融態(tài)，離子不能移動，不能產(chǎn)生電流，因此連接電流表或檢流計，指針不偏轉(zhuǎn)，D項正確。 答案：D 二、非選擇題(52分) 13．(12分)甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)溶液中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣。試回答下列問題： (1)配平電池放電時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： CH3OH＋____O2―→____CO2＋____H2O。 (2)在稀硫酸電解質(zhì)溶液中，CH3OH失去電子，此時電池的正極反應(yīng)是________，負(fù)極反應(yīng)是________。 (3)電解質(zhì)溶液中的H＋向________極移動，向外電路釋放電子的電極是________極。 (4)與直接燃燒燃料產(chǎn)生電力相比，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，其次是________。 (5)甲醇燃料電池與氫氧燃料電池相比，其主要缺點是甲醇燃料電池的輸出功率較低，但其主要優(yōu)點是________。 13．解析：(1)根據(jù)得失電子守恒配平反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)電極反應(yīng)的書寫應(yīng)結(jié)合電解質(zhì)溶液的性質(zhì)，本題給出的是酸性溶液。(3)由電極反應(yīng)可知，H＋在正極被消耗，在負(fù)極生成，所以H＋向正極移動。 答案：(1)2　3　2　4　(2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　(3)正　負(fù)　(4)對空氣無污染　(5)甲醇比H2廉價 14．(14分)科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑。近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子和水分子通過。其工作原理的示意圖如下圖： 請回答下列問題： (1)Pt(a)電極是電池的________極，電極反應(yīng)式為________；Pt(b)電極發(fā)生________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為_________。 (2)該電池的總反應(yīng)方程式為_____________________________。 (3)如果該電池工作時電路中通過2 mol電子，則消耗的CH3OH有________mol。 14．解析：Pt(a)端的原料為CH3OH和H2O，產(chǎn)物為CO2、H＋，根據(jù)C化合價由－2價升到＋4價，失去6個電子，Pt(a)為負(fù)極；Pt(b)端的原料為O2和H＋，產(chǎn)物為H2O，O化合價由0價降為－2價，發(fā)生還原反應(yīng)，為正極。 答案：(1)負(fù)　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋　還原　3O2＋12H＋＋12e－===6H2O (2)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (3) 15．(14分)(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)2H2＋O2===2H2O，設(shè)計成燃料電池，負(fù)極通的氣體應(yīng)是________，正極通的氣體應(yīng)是________。 (2)上圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是________。 A．a(chǎn)電極是負(fù)極 B．b電極的電極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源 D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 (3)根據(jù)選擇電解質(zhì)溶液的不同，填寫下表： 電解質(zhì)溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 溶液的pH變化 (4)若把H2改為CH4，KOH溶液作電解質(zhì)，則負(fù)極反應(yīng)為 __________________。 15．答案：(1)H2　O2　(2)B (3) H2SO4溶液 KOH溶液 負(fù)極反應(yīng) 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－=== 4H2O 正極反應(yīng) O2＋4H＋＋4e－=== 2H2O O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－ pH 變大 變小 (4)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 16．(12分)微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 根據(jù)上述反應(yīng)式，完成下列填空。 (1)下列敘述正確的是________。 A．在使用過程中，電解質(zhì)溶液中的KOH被不斷消耗，pH減小 B．使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極 C．Zn是負(fù)極，Ag2O是正極 D．Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng) (2)寫出電池的總反應(yīng)式：____________________________。 (3)使用時，負(fù)極區(qū)的pH________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，正極區(qū)的pH________，電解質(zhì)溶液的pH________。 16．解析：(1)在使用過程中，負(fù)極消耗OH－，pH減小，正極生成OH－，pH增大，電解質(zhì)溶液中KOH的量不變，pH不變，A項錯；電子流向是由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，B項錯；Zn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，C項對，D項錯。 (2)將正負(fù)兩極反應(yīng)式相加可得總反應(yīng)式。 答案：(1)C (2)Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag (3)減小　增大　不變