2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題一化學(xué)反應(yīng)與能量變化2-2化學(xué)電源課時作業(yè)含解析蘇教版選修4

PAGEPAGE7化學(xué)電源時間：45分鐘滿分：100分一、選擇題(每小題5分，共50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，則負極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是(D)A．Ag B．Zn(OH)2C．Ag2O D．Zn解析：由題給總方程式得：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，故Zn為負極。2．某固體酸燃料電池以CsHSO4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(D)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0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H＋由a極通過固體酸電解質(zhì)傳遞到b極解析：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極是負極，充入O2的一極即b極是正極；電子由負極經(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項沒有指明標準狀況，故C項錯誤。3．燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、無污染等特點，如圖為Mg－NaClO燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。下列說法中正確的是(A)A．Y電極為鎂電極B．電池工作時Na＋向負極移動C．廢液的pH大于NaClO溶液的pHD．X電極上發(fā)生的反應(yīng)為ClO－＋2H2O－4e－=ClOeq\o\al(－,3)＋4H＋解析：依據(jù)原電池工作原理，陰離子向負極移動，由圖中OH－向Y電極移動，推斷Y電極為負極，故Y電極為鎂電極，故A正確；電池工作時Na＋向正極移動，故B錯誤；Mg作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Mg2＋，與OH－結(jié)合生成Mg(OH)2，溶液中OH－被消耗，故廢液的pH小于NaClO溶液的pH，故C錯誤；X電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－，故D錯誤。4．以N2和H2為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制成能固氮的新型燃料電池，原理如圖所示。下列說法不正確的是(D)A．b電極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．a(chǎn)電極發(fā)生的反應(yīng)為N2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)C．A溶液中所含溶質(zhì)為NH4ClD．當(dāng)反應(yīng)消耗1molN2時，消耗的H2為67.2L解析：該電池的總反應(yīng)方程式為N2＋3H22NH3，反應(yīng)中氫元素的化合價上升，H2失去電子，因此b電極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項正確；a電極作正極，電解質(zhì)溶液是酸性溶液，因此電極反應(yīng)式為N2＋8H＋＋6e－=2NHeq\o\al(＋,4)，B項正確；依據(jù)B選項的分析可知，A溶液中的溶質(zhì)為NH4Cl，C項正確；沒有指明是在標準狀況下，D項錯誤。5．新型NaBH4/H2O2燃料電池(DBFC)的結(jié)構(gòu)如圖。該電池總反應(yīng)方程式為NaBH4＋4H2O2=NaBO2＋6H2O，下列有關(guān)說法中正確的是(D)A．電池正極區(qū)的電極反應(yīng)為BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2OB．電極B為負極，納米MnO2層的作用是提高原電池的工作效率C．放電過程中，Na＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D．在電池反應(yīng)中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，理論上流過電路中的電子數(shù)為12NA解析：依據(jù)圖示知，B電極上H2O2得電子生成OH－，所以B電極是正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為H2O2＋2e－=2OH－，故A、B錯誤；依據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原則，放電時，陽離子向負電荷較多的正極移動，陰離子向正電荷較多的負極移動，所以Na＋從負極區(qū)向正極區(qū)遷移，故C錯誤；在電池反應(yīng)中，每消耗1L6mol·L－1H2O2溶液，消耗H2O2的物質(zhì)的量為6mol，依據(jù)H2O2＋2e－=2OH－知，理論上流過電路中的電子數(shù)為6mol×2×NAmol－1＝12NA，故D正確。6．一種熔融碳酸鹽燃料電池的原理示意如圖所示。下列有關(guān)該電池的說法中正確的是(D)A．反應(yīng)CH4＋H2Oeq\o(=,\s\up17(催化劑),\s\do15(△))3H2＋CO中，每消耗1molCH4轉(zhuǎn)移12mol電子B．電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－=2H2OC．電池工作時，COeq\o\al(2－,3)向電極B移動D．電極B上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)解析：A項，每消耗1molCH4，轉(zhuǎn)移6mol電子，錯誤；B項，電解質(zhì)為熔融的碳酸鹽，不含OH－，電極A上H2參與的電極反應(yīng)為H2＋COeq\o\al(2－,3)－2e－=H2O＋CO2，錯誤；C項，B極通入O2，B極為正極，COeq\o\al(2－,3)向負極移動，即向A極移動，錯誤；D項，電極B上O2得到電子與CO2反應(yīng)生成COeq\o\al(2－,3)，D正確。7．鋅溴液流電池是一種新型電化學(xué)儲能裝置(如圖所示)，電解液為溴化鋅水溶液，電解液在電解質(zhì)儲罐和電池間不斷循環(huán)。下列說法不正確的是(A)A．充電時電極a連接電源的負極B．放電時負極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋C．放電時左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度增大D．陽離子交換膜可阻擋Br2與Zn干脆發(fā)生反應(yīng)解析：由圖可知，放電時鋅作負極，充電時電極b應(yīng)當(dāng)與電源的負極相連，A項錯誤。放電時該電池為原電池，負極上鋅失去電子轉(zhuǎn)化為鋅離子，B項正確。放電時Br2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，有溴離子生成，同時有Zn2＋從右側(cè)通過陽離子交換膜進入左側(cè)，故左側(cè)電解質(zhì)儲罐中的離子總濃度增大，C項正確。陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻擋了Br2與Zn干脆發(fā)生反應(yīng)，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在不同的區(qū)域進行，D項正確。8．鋰-空氣充電電池有望成為電動汽車的好用儲能設(shè)備。工作原理示意圖如下，下列敘述中正確的是(D)A．該電池工作時Li＋向負極移動B．Li2SO4溶液可作該電池電解質(zhì)溶液C．電池充電時間越長，電池中Li2O含量越多D．電池工作時，正極可發(fā)生反應(yīng)：2Li＋＋O2＋2e－=Li2O2解析：原電池中，陽離子應(yīng)當(dāng)向正極移動，A項錯誤；單質(zhì)鋰會與水反應(yīng)生成氫氧化鋰和氫氣，所以電解質(zhì)溶液不能運用任何水溶液，B項錯誤；電池充電反應(yīng)為放電反應(yīng)的逆反應(yīng)，所以電池充電時間越長，Li2O含量越少，C項錯誤；題目給出放電時的正極反應(yīng)xLi＋＋O2＋xe－=LixO2，所以當(dāng)x＝2時反應(yīng)為2Li＋＋O2＋2e－=Li2O2，D項正確。9.最近科學(xué)家研制的一種新型“微生物電池”可以將污水中的有機物轉(zhuǎn)化為H2O和CO2，同時產(chǎn)生電能，其原理示意如圖。下列有關(guān)該電池的說法中正確的是(D)A．氧化銀電極上的反應(yīng)為Ag2O＋2e－=2Ag＋O2－B．石墨電極上的反應(yīng)為C6H12O6＋6H2O＋24e－=6CO2↑＋24H＋C．每轉(zhuǎn)移4mol電子，氧化銀電極產(chǎn)生22.4LCO2氣體(標準狀況)D．每30gC6H12O6參與反應(yīng)，有4molH＋經(jīng)質(zhì)子交換膜進入正極區(qū)解析：C6H12O6在微生物作用下轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，C6H12O6被氧化，即石墨電極為負極，氧化銀電極為正極，Ag2O發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Ag2O＋2H＋＋2e－=2Ag＋H2O，故A錯誤；石墨電極為負極，C6H12O6在負極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)：C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，故B錯誤；依據(jù)負極的電極反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)移4mol電子，石墨電極產(chǎn)生22.4LCO2(標準狀況)，故C錯誤；30gC6H12O6的物質(zhì)的量為eq\f(30g,180g·mol－1)＝eq\f(1,6)mol，依據(jù)B項負極的電極反應(yīng)式可知，有4molH＋經(jīng)質(zhì)子交換膜進入正極區(qū)，故D正確。10.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(D)A．正極反應(yīng)：Ca＋2Cl－－2e－=CaCl2B．放電過程中，Li＋向負極移動C．每轉(zhuǎn)移0.1mol電子，理論上生成20.7gPbD．常溫時，在正負極間接上電流表或檢流計，指針不偏轉(zhuǎn)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0.1mol電子，理論上生成0.05molPb，質(zhì)量為10.35g，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。二、非選擇題(50分)11．(15分)甲醇燃料電池是采納鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)溶液中干脆加入純化后的甲醇，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：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。(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O2＋4H＋＋4e－=2H2O，負極反應(yīng)是CH3OH＋H2O－6e－=CO2↑＋6H＋。(3)電解質(zhì)溶液中的H＋向正極移動，向外電路釋放電子的電極是負極。(4)與干脆燃燒燃料產(chǎn)生電力相比，運用燃料電池有很多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，其次是對空氣無污染。(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)點是甲醇比H2廉價。解析：(1)依據(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，在負極生成，所以H＋向正極移動。12．(15分)科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀獲得電能的重要途徑。近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池是采納鉑作電極，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)電極是電池的負極，電極反應(yīng)式為2CH3OH＋2H2O－12e－=2CO2↑＋12H＋；Pt(b)電極發(fā)生還原(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為3O2＋12H＋＋12e－=6H2O。(2)該電池的總反應(yīng)方程式為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O。(3)假如該電池工作時電路中通過2mol電子，則消耗的CH3OH有eq\f(1,3)mol。解析：Pt(a)端的原料為CH3OH和H2O，產(chǎn)物為CO2、H＋，依據(jù)C化合價由－2價升到＋4價，失去6個電子，Pt(a)為負極；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。13．(20分)氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。如圖為該電池的工作原理示意圖，該電池的電極表面鍍了一層細小的鉑粉，吸附氣體的實力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：(1)氫氧燃料電池放電時能量轉(zhuǎn)化形式主要是由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，在?dǎo)線中電子的流淌方向為由a到b(表達形式合理均可)(用a、b表示)。(2)負極反應(yīng)式為2H2＋4OH－－4e－=4H2O(或H2＋2OH－－2e－=2H2O)。(3)電極表面鍍鉑粉的目的為增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率。(4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供應(yīng)，電池可連綿不斷供應(yīng)電能。因此，大量平安儲氫是關(guān)鍵技術(shù)之一，金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：Ⅰ.2Li＋H2eq\o(=,\s\up17(△))2LiHⅡ.LiH＋H2O=LiOH＋H2↑①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是Li，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是H2O。②已知LiH固體的密度為0.82g·cm－3。用鋰汲取224L(標準狀況下)H2，生成的LiH體積與被汲取的H2體積比為8.71×10－41。③將由②生成的LiH與H2O作用放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為32mol。解析：(1)原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。電池總反應(yīng)式為2H2＋O2=2H2O，其中H元素從0價升至＋1價，失去電子，即電子在導(dǎo)線中從a流向b。(2)負極為失去電子的一極，即H2失電子生成H＋，由于溶液是呈堿性的，故負極反應(yīng)式為H2＋2OH－－2e－=2H2O。(3)電極表面鍍鉑粉可增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，可以加快反應(yīng)速率。(4)①反應(yīng)Ⅰ中Li元素從0價升至＋1價，故Li作還原劑。反應(yīng)Ⅱ中H2O中的