2024苏教版新教材高中化学选择性必修1
第2课时 化学电源
基础过关练
题组一 化学电源的分类
1.(2021河北唐山迁安第一中学期中)下列有关电池的叙述不正确的是( )
A.水果电池是方便实用的家用电池
B.铅蓄电池是一种常用的二次电池
C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D.锌锰干电池工作一段时间后,锌外壳逐渐变薄
2.(2021福建福州第一中学期中)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
A.甲:溶液中Zn2+向Cu电极方向移动,外电路电流由Cu流向Zn
B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O 2Ag+2OH-
C.丙:锌筒作为负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:为了增强电解质溶液的导电能力,通常使用98%的浓硫酸
题组二 一次电池
3.某电池原理如图所示,电池总反应为Zn+2N Zn2++2NH3↑+H2↑。下列有关该电池的说法中,错误的是( )
A.锌片上发生氧化反应
B.碳棒上反应为2N+2e- 2NH3↑+H2↑
C.该电池工作时Zn逐渐被消耗
D.断开导线,图示装置中不再发生任何反应
4.锌碘液流电池的工作原理如图所示,下列关于该电池工作时的说法不正确的是( )
A.电极Y为电池的负极
B.溶液中的离子数目减少
C.电子由电极Y经外电路流向电极X
D.电极X上的反应为+2e- 3I-
5.(2020江苏宿迁期末)Li-MnO2电池放电时反应原理为Li+MnO2 LiMnO2,下列说法不正确的是( )
A.Li电极发生氧化反应
B.工作时溶液中Li+向MnO2电极移动
C.可用水代替电池中的有机物
D.正极反应式为Li++e-+MnO2 LiMnO2
题组三 二次电池
6.人造地球卫星上使用的一种高能电池(银锌蓄电池),放电时的电极反应式为Zn+2OH--2e- ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-,据此判断氧化银是( )
A.正极,被还原 B.负极,被氧化
C.正极,被氧化 D.负极,被还原
7.(2020江苏启东中学期末)镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。电解质溶液为KOH溶液,电池反应为Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2。下列有关镍镉电池的说法正确的是( )
A.充电过程是化学能转化为电能的过程
B.充电时阳极反应为Cd(OH)2+2e- Cd+2OH-
C.放电时电池内部OH-向正极移动
D.充电时与直流电源正极相连的电极上发生Ni(OH)2转化为NiO(OH)的反应
8.(2021浙江宁波期中)科学家预言,被称为“黑金”的“新材料之王”石墨烯将彻底改变21世纪。中国华为研发人员利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,在世界上率先开发出石墨烯电池,电池反应式为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2,其工作原理如图。下列关于该电池的说法正确的是( )
A.有设计师建议该电池采用隔膜效果更好,可选用质子交换膜
B.放电时,LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+
C.对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料
D.石墨烯电池充电时LiCoO2极与电源负极相连
题组四 燃料电池
9.(2022江苏泰州中学月度检测)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池将化学能转变成电能的同时,实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.负极的电极反应式为SO2+2H2O-2e- S+4H+
B.总反应式为2SO2+O2+2H2O 2H2SO4
C.质子的移动方向为从电极B到电极A
D.SO2气流速度的大小可能影响电池的电动势
10.(2021湖北随州联考)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质,以C4H10为燃料,该电池工作原理如图。下列说法正确的是( )
A.a为C4H10,b为空气
B.在熔融电解质中,向通入b的一极移动
C.此电池在常温时也能工作
D.通入丁烷的一极是负极,电极反应式为C4H10+26e-+13C 17CO2+5H2O
能力提升练
题组一 二次电池
1.(2022江苏苏州陆慕高级中学月考)可充电钠-CO2电池示意图如下,放电时电池总反应为4Na+3CO2 2Na2CO3+C。下列说法正确的是( )
A.该电池也可用水作溶剂
B.放电时,正极的电极反应为4Na++3CO2+4e- 2Na2CO3+C
C.充电时,钠箔与外接电源的正极相连
D.每吸收1 mol CO2,理论上电路中转移4 mol e-
2.(2022河南鹤壁段考)一种新型氟离子电池的电解质为LaSrMnO2F和LaSrMnO4F4-X,F-可嵌入这两种盐的晶体中,该电池工作时放电的示意图如下所示,下列判断正确的是( )
A.放电时,b极为该电池的正极
B.充电时,F-移向b极
C.充电时,阳极的电极反应式为MgF2+2e- Mg+2F-
D.电池总反应为3Mg+2BiF3 2Bi+3MgF2
3.(2021福建永安一中期中)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间稳定放电,高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。下列叙述不正确的是( )
A.放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被氧化
B.充电时阳极反应为Fe(OH)3-3e-+5OH- Fe+4H2O
C.放电时负极反应为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
题组二 带“膜”电池
4.(2021江西抚州黎川一中月考)科研人员设计的一种微生物脱盐电池的装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.该装置工作时,电能转化为化学能
B.负极反应为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+
C.该装置可以在高温下工作
D.X为阳离子交换膜,Y为阴离子交换膜
5.(2020北京东城期末)最近科学家研发了“全氢电池”,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.吸附层b为电池的正极
B.“全氢电池”的总反应为H++OH- H2O
C.NaClO4的作用是传导离子并参与电极反应
D.Na+在装置中从左侧透过阳离子交换膜向右侧移动
6.(2020江西高安中学期中)2019年3月科学家研发出一种新型的锌碘单液流电池,其原理如图所示。下列说法正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)( )
A.充电时B电极反应式为I2+2e- 2I-
B.放电时电解质储罐中离子总浓度减小
C.M为阴离子交换膜,N为阳离子交换膜
D.充电时,A极增重65 g时,C区增加离子数为2NA
题组三 新型电池
7.(2020山东日照期末)如图为LiI晶体锂电池的工作示意图,该电池具有使用寿命长、电压稳定等优点,常用作心脏起搏器的电源。下列说法错误的是( )
A.NaI3为电池的正极材料
B.电池工作时,Li+由NaI3移动到Li电极
C.正极的电极反应为2Li++NaI3+2e- 2LiI+NaI
D.该电池的总反应为2Li+NaI3 2LiI+NaI
8.(2021江苏盐城阜宁中学期末)我国科学家发明的水溶液锂电池为电动汽车发展扫除了一大障碍,装置原理如图所示,其中固体薄膜只允许Li+通过。锂离子电池的总反应为xLi+Li1-xMn2O4 LiMn2O4。下列有关说法错误的是( )
A.该电池的缺点是存在副反应2Li+2H2O 2LiOH+H2↑
B.放电时,正极反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe- LiMn2O4
C.充电时,电极b为阳极,发生氧化反应
D.放电时,Li+穿过固体薄膜进入电解质水溶液中
9.(2022江苏高邮临泽阶段检测)锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.放电时Li+由B极向A极移动
B.电池放电时总反应为4Li+O2+2H2O 4LiOH
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.电解液a可能为LiCl水溶液
答案全解全析
基础过关练
1.A 水果电池只能用来说明原电池原理,不能作为稳定的电源使用,不是方便实用的家用电池,A项错误;铅蓄电池是一种常用的二次电池,B项正确;氢氧燃料电池的产物为水,故是一种高效、无污染的原电池,C项正确;锌锰干电池是一次电池,工作一段时间后,锌失电子,不断溶解,外壳逐渐变薄,D项正确。
2.D 甲中Zn为负极,Cu为正极,阳离子移向正极,电流由正极经外电路流向负极,A项正确;正极Ag2O得电子生成Ag,根据碱性条件添加OH-和H2O配平电极反应,B项正确;Zn作为负极:Zn-2e- Zn2+,逐渐溶解,C项正确;98%的浓硫酸几乎不电离,其导电能力很差,D项错误。
3.D 放电时,Zn作为负极,发生氧化反应,A项正确;Zn作为负极,碳棒作为正极,正极上N得电子,电极反应为2N+2e- 2NH3↑+H2↑,B项正确;由电池总反应可知,该电池工作时Zn逐渐被消耗,C项正确;该电池的电解质溶液为氯化铵溶液,呈酸性,断开导线Zn也可与电解质溶液发生反应,D项错误。
4.B 电极Y上Zn发生氧化反应生成Zn2+,电极Y为负极,A项正确;该电池的总反应为Zn+ Zn2++3I-,反应过程中溶液中离子数目增加,B项错误;电极Y失去电子,电子经导线流向电极X,C项正确;电极X上得电子生成I-,电极反应式为+2e- 3I-,D项正确。
5.C Li电极作为负极,工作时Li失电子发生氧化反应,A项正确;MnO2作为正极,溶液中阳离子向正极移动,B项正确;锂是活泼金属,能与水反应,因此不能用水代替电池中的有机物,C项错误;负极反应式为Li-e- Li+,总反应式-负极反应式=正极反应式,正极反应式为Li++e-+MnO2 LiMnO2,D项正确。
6.A 电极反应Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-中银元素的化合价由+1价降低为0价,被还原,所以氧化银为正极,故选A。
7.D 充电过程是将电能转化为化学能的过程,A项错误;充电时,该装置是电解池,阳极上电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH- NiO(OH)+H2O,B项错误;放电时,电解质溶液中氢氧根离子向负极移动,C项错误;充电时与直流电源正极相连的是阳极,而阳极上电极反应式为Ni(OH)2-e-+OH- NiO(OH)+H2O,发生Ni(OH)2转化为NiO(OH)的反应,D项正确。
8.C Li+在两极之间移动,选择的隔膜需允许Li+通过,质子交换膜只允许H+通过,因此不可选用质子交换膜,A项错误;放电时LiCoO2极发生的电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2,B项错误;放电时生成C6,即生成石墨烯,因此对旧的该电池进行“放电处理”有利于回收石墨烯材料,C项正确;LiCoO2极是原电池的正极,故充电时与电源正极相连,D项错误。
9.C A极通入SO2,SO2在负极失电子生成S,则电极反应式为SO2+2H2O-2e- S+4H+,故A项正确;该电池总反应式为2SO2+O2+2H2O 2H2SO4,故B项正确;A为负极,B为正极,质子的移动方向为从电极A到电极B,故C项错误;反应物的浓度大,反应速率快,SO2气流速度的大小可能影响电池的电动势,故D项正确。
10.A 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,左边电极是负极,右边电极是正极,所以a为C4H10,b为空气,A项正确;原电池放电时,碳酸根离子向负极移动,即向通入a的一极移动,B项错误;电解质为熔融碳酸盐,需要高温条件,C项错误;通入丁烷的一极是负极,丁烷在负极失去电子,D项错误。
能力提升练
1.B 钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,则该电池不能用水作溶剂,应选择有机溶剂,A错误;放电时,多壁碳纳米管为原电池的正极,二氧化碳在正极上得到电子,电极反应式为4Na++3CO2+4e- 2Na2CO3+C,B正确;放电时,钠箔为原电池的负极,则充电时,钠箔与外接电源的负极相连,C错误;由电池总反应可知,每吸收3 mol CO2,理论上电路中转移4 mol e-,D错误。
2.D 根据电子的移动方向,该电池放电时,Mg失去电子,即b极为负极,A错误;充电时,a极为阳极、b极为阴极,阴离子由阴极移向阳极,即F-从b极移向a极,B错误;充电时,电解池的阳极发生失去电子的氧化反应,阳极的电极反应式为Bi+3F--3e- BiF3,C错误;放电时,负极的电极反应式为Mg+2F--2e- MgF2,正极的电极反应式为BiF3+3e- Bi+3F-,因此该电池总反应为3Mg+2BiF3 2Bi+3MgF2,D正确。
3.A 放电时,Fe化合价由+6价降低为+3价,则放电时每转移3 mol电子,正极有1 mol K2FeO4被还原,A不正确;充电时Fe(OH)3在阳极发生氧化反应,生成K2FeO4,电极反应式为Fe(OH)3-3e-+5OH- Fe+4H2O,B正确;放电时,Zn被氧化,生成Zn(OH)2,负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH- Zn(OH)2,C正确;放电时,正极的电极反应式为 Fe+3e-+4H2O Fe(OH)3+5OH-,正极生成OH-,溶液碱性增强,D正确。
4.B 该装置工作时为原电池,是将化学能转化为电能的装置,故A错误;由题图可知,负极发生失电子的氧化反应,电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e- 2CO2↑+7H+,故B正确;高温能使微生物蛋白质变性,所以该装置不能在高温下工作,故C错误;原电池内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,从而达到脱盐的目的,所以Y为阳离子交换膜,X为阴离子交换膜,故D错误。
5.C 由题图中电子流向可知,电子由吸附层a流出,经导线到吸附层b,吸附层a作为负极,吸附层b作为正极,A项正确;由图可知负极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O,正极反应为2H++2e- H2↑,总反应为H++OH- H2O,B项正确;NaClO4的作用是传导离子,并未参与电极反应,C项错误;原电池中阳离子向正极移动,故钠离子从左侧向右侧移动,D项正确。
6.C 充电时,B电极为阳极,I-失电子发生氧化反应生成I2,电极反应式为2I--2e- I2,A项错误;放电时,A电极为负极,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,Cl-向A电极移动,K+向B电极移动,B项错误,C项正确;充电时,A电极反应式为Zn2++2e- Zn,A极增重65 g转移2 mol电子,所以C区增加2 mol K+、2 mol Cl-,增加离子数为4NA,D项错误。
7.B 金属锂作为负极,NaI3复合材料作为正极,A项正确;此装置为原电池,原电池工作时阳离子移向正极,Li+由Li电极移向NaI3电极,B项错误;由于Li+由Li电极移动到NaI3电极,故正极电极反应为2Li++NaI3+2e- 2LiI+NaI,C项正确;负极反应为2Li-2e- 2Li+,正极反应为2Li++NaI3+2e- 2LiI+NaI,该电池的总反应为2Li+NaI3 2LiI+NaI,D项正确。
8.A 锂和水不接触,不存在锂和水的反应,故A错误;放电时,正极发生还原反应,Li1-xMn2O4得电子,反应为Li1-xMn2O4+xLi++xe- LiMn2O4,故B正确;b为原电池的正极,充电时连接电源正极,为电解池的阳极,发生氧化反应,故C正确;原电池工作时阳离子向正极移动,则放电时,Li+穿过固体薄膜进入电解质水溶液中,故D正确。
9.B 放电时,A是负极,B是正极,阳离子由负极向正极移动,即由A极向B极移动,A错误;放电时总反应为4Li+O2+2H2O 4LiOH,B正确;LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间采用阳离子交换膜,C错误;金属锂可以和水发生反应,电解液a中不能含有水,D错误。
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