高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能__电池2化学电源练习含解析鲁科版选择性必修1

高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能__电池2化学电源练习含解析鲁科版选择性必修1

化 学 电 源 ‎(30分钟　50分)‎ 一、选择题(本题包括3小题,每小题5分,共15分)‎ ‎1.利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验,甚至制作出一些有实际应用价值的装置来,下图就是一个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,有关说法正确的是 (　　)‎ A.铝罐将逐渐被腐蚀 B.炭粒和炭棒上发生的反应为O2+4e-2O2-‎ C.炭棒应与玩具电池的负极相连 D.该电池工作一段时间后炭棒和炭粒的质量会减轻 ‎【解析】选A。由废铝罐和炭棒、食盐水等材料制可用于驱动玩具的电池可知,A、铝作负极,铝罐将逐渐被腐蚀,正确;B、炭棒作正极,炭棒上发生的反应为O2+4e-+2H2O4OH-,错误;C、炭棒应与玩具电池的正极相连,错误;D、该电池工作一段时间后炭棒质量不变,错误。‎ ‎2.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Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)‎ Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)。下列说法中错误的是 世纪金榜导学号(　　)‎ A.电池工作时,锌失去电子 B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-2MnOOH(s)+2OH-(aq)‎ C.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,锌的质量减少6.5 g ‎【解析】选C。由电池总反应式可知,锌为负极,电子从负极流出经外电路流向正极。外电路中每通过0.2 mol电子,参加反应的锌理论上为0.1 mol,即质量减少6.5 g。‎ ‎3.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工作时MV2+/MV+‎ - 7 -‎ 在电极与酶之间传递电子,示意图如下所示。下列说法错误的是 (　　)‎ 世纪金榜导学号 A.相比现有工业合成氨,该方法条件温和,同时还可提供电能 B.阴极区,在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+‎ C.正极区,固氮酶为催化剂,N2发生还原反应生成NH3‎ D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 ‎【解析】选B。相比现有工业合成氨,该方法选用酶作催化剂,条件温和,同时利用MV+和MV2+的相互转化,化学能转化为电能,故可提供电能,故A正确;左室为负极区,MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+,电极反应式为MV+-e-MV2+,放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+,反应的方程式为H2+2MV2+2H++2MV+,故B错误;右室为正极区,MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+,电极反应式为MV2++e-MV+,放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+,故C正确;电池工作时,氢离子(即质子)通过交换膜由负极向正极移动,故D正确。‎ ‎【互动探究】有人认为“该电池在高温下进行时氨的合成速率会加快”,是否正确?为什么?‎ 提示:不对。温度升高速率不一定加快,因为电池中的酶会发生变性而失去活性。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.汽油是一种液体燃料,常用作汽车等机动车的燃料,但科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池,使汽油的利用效率更高。一个电极通入空气,另一电极通入汽油蒸气,其中电池的电解质是掺杂了Y2O3(Y为钇)的ZrO2(Zr为锆)晶体,它在高温下能传导O2-。若以丁烷(C4H10)代表汽油,总反应为2C4H10+13O2‎ ‎8CO2+10H2O。有关该电池的说法错误的是 (　　)‎ - 7 -‎ A.该电池负极的电极反应式为C4H10+13O2--26e-4CO2+5H2O B.O2-向负极移动 C.该电池正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-‎ D.丁烷在放电时发生氧化反应 ‎【解析】选C。丁烷失电子,发生氧化反应,电极反应式为C4H10-26e-+13O2-‎ ‎4CO2+5H2O,故A正确;原电池中,阴离子向负极移动,即O2-向负极移动,故B正确;正极上通入空气,氧气得电子发生还原反应,由电解质的性质知,O2得电子被还原为O2-,故电极反应式为O2+4e-2O2-,故C错误;丁烷在负极放电时发生氧化反应,故D正确。‎ ‎2.(2020·和平区高二检测)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质,以CH4为燃料时,该电池工作原理如图,下列说法正确的是 (　　)‎ A.a为O2,b为CH4‎ B.C向正极移动 C.此电池在常温时也能工作 D.正极的电极反应式为2CO2+O2+4e-2C ‎【解析】选D。燃料电池中通入燃料的电极是负极,通入氧化剂的电极是正极,根据电子流向知,a电极是负极,b电极是正极,所以a是CH4,b是O2,故A错误;原电池放电时,阴离子向负极移动,则C向负极移动,故B错误;电解质为熔融碳酸盐,电池工作需要高温条件,故C错误;正极上氧气得电子,和二氧化碳反应生成碳酸根离子,电极反应式为O2+2CO2+4e-2C,故D正确。‎ 二、非选择题(本题包括1小题,共15分)‎ ‎4.(2020·常德高二检测)镉镍可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应如下:‎ Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2‎ 请回答下列问题: 世纪金榜导学号 ‎(1)上述反应式中左边物质的总能量____________(填“大于”“小于”或“等于”)‎ - 7 -‎ 右边物质的总能量。 ‎ ‎(2)放电时负极发生反应的物质是____________,放电时正极的反应式为___ ‎ ‎_________________________________。 ‎ ‎(3)镉镍废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是 ‎ _________________________________。 ‎ ‎【解析】(1)原电池放电过程中将化学能转化为电能,即反应物的总能量大于生成物的总能量。(2)根据总反应式可知放电时负极(Cd)反应式:Cd+2OH--2e-Cd(OH)2,正极(NiOOH)反应式:2NiOOH+2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-。(3)废旧电池中的镍、镉等重金属离子可对环境造成污染。‎ 答案:(1)大于 ‎(2)Cd　NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-‎ ‎(3)防止电池中的镉、镍等重金属对土壤和水源造成污染 ‎【互动探究】(1)此电池的电解质溶液能否为稀硫酸?‎ 提示:否。根据电池的总方程式可以判断,此电池的电解质溶液为碱性物质。‎ ‎(2)写出充电时正极和负极上的电极反应式。‎ 提示:充电时正极和负极的电极反应式为放电时正极和负极电极反应式的逆反应。放电时负极(Cd)反应式:Cd+2OH--2e-Cd(OH)2,正极(NiOOH)反应式:2NiOOH+2H2O+2e-2Ni(OH)2+2OH-。因此充电时正极的反应为2Ni(OH)2-2e-+2OH-2NiOOH+2H2O,负极上的电极反应式为Cd(OH)2+2e-Cd+2OH-。‎ 一、选择题(本题包括1小题,共8分)‎ ‎5.存在于生活污水中的有机物极不稳定,容易腐化而产生恶臭。细菌和病原体以生活污水中的有机物为营养而大量繁殖,可导致传染病蔓延流行。因此,生活污水排放前必须进行处理。最近科学家研制的一种新型“微生物电池”可以将污水中的有机物转化为H2O和CO2,同时产生电能,其原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 (　　)‎ - 7 -‎ A.氧化银电极上的反应为Ag2O+2e-2Ag+O2-‎ B.石墨电极上的反应为C6H12O6+6H2O+24e-6CO2↑+24H+‎ C.每转移4 mol电子,氧化银电极产生22.4 L CO2气体(标准状况)‎ D.每30 g C6H12O6参与反应,有4 mol H+经质子交换膜进入正极区 ‎【解析】选D。C6H12O6在微生物作用下转化为CO2和H2O,C6H12O6被氧化,即石墨电极为负极,氧化银电极为正极,Ag2O发生得电子的还原反应,电极反应式为Ag2O+2H++2e-2Ag+H2O,故A错误;石墨电极为负极,C6H12O6在负极发生失电子的氧化反应:C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,故B错误;根据负极的电极反应式可知,每转移4 mol电子,石墨电极产生22.4 L CO2(标准状况),故C错误;30 g C6H12O6的物质的量为= mol,根据负极的电极反应式可知,有4 mol H+经质子交换膜进入正极区,故D正确。‎ 二、非选择题(本题包括1小题,共12分)‎ ‎6.(2020·吉大附中高二检测)Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)电池的负极材料为____________,发生的电极反应为___ ___________。 ‎ ‎(2)电池正极发生的电极反应为 ___________________________________。 ‎ ‎(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是________________________,反应的化学方程式为___ ___。 ‎ ‎(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 _______________。 ‎ ‎【解析】(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑。‎ ‎(3)题中给出有碱液吸收时的产物,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味气体生成。‎ 答案:(1)Li　Li-e-Li+‎ - 7 -‎ ‎(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑‎ ‎(3)出现白雾,有刺激性气味气体生成 SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑‎ ‎(4)构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应,且SOCl2也与水反应 ‎【补偿训练】‎ ‎　　(2020·石家庄高二检测)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉。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是 _______________________。 ‎ ‎(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。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:‎ Ⅰ.2Li+H22LiH Ⅱ.LiH+H2OLiOH+H2↑‎ ‎①反应Ⅰ中的还原剂是____________,反应Ⅱ中的氧化剂是_______________。 ‎ ‎②已知LiH固体密度为0.82 g·cm-3,用锂吸收224 L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比值为_______________________。 ‎ ‎　③由②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。 ‎ ‎【解析】(1)原电池的实质为化学能转化成电能,总反应为2H2+O22H2O,其中H2在负极失电子,即电子从a流向b。(2)负极为H2失电子生成H+,但溶液为KOH溶液,故负极反应为H2-2e-+2OH-2H2O。(3)铂粉的接触面积大,可以增大电极单位面积吸附H2、O2分子数,加快反应速率。(4)①反应Ⅰ中Li从0价升至+1价,为还原剂,反应Ⅱ中H2O中的H从+1价降至0‎ - 7 -‎ 价,为氧化剂。②在反应Ⅰ中当吸收10 mol H2时,生成20 mol LiH,V==×10-3 L≈195.12×10-3 L,则==8.71×10-4。③反应Ⅱ中20 mol LiH可生成20 mol H2,实际参加反应的H2为20 mol×80%=16 mol,每1 mol H2生成H2O时,转移2 mol电子,故导线中通过电子的物质的量为16 mol×2=32 mol。‎ 答案:(1)化学能转化为电能　a流向b ‎(2)H2-2e-+2OH-2H2O ‎(3)增大电极单位面积吸附H2、O2分子数,加快反应速率 ‎(4)①Li　H2O　②8.71×10-4(或)　③32‎ - 7 -‎