專題412化學(xué)電源（備作業(yè)）-2020-2021學(xué)年高二上學(xué)期選擇性必修一（人教版2019）

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池第2課時(shí)化學(xué)電源單選題1．（2020·河南鄭州·高二期中）化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說(shuō)法不正確的是（）A．甲：正極的電極反應(yīng)式為Ag2O＋2e?＋H2O＝2Ag＋2OH?B．乙：Zn2+向Cu電極方向移動(dòng)，Cu電極附近溶液中H+濃度增加C．丙：鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會(huì)變薄D．丁：充電時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋SO【答案】B【詳解】A.甲為鋅氧化銀紐扣電池，正極上Ag2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH，故A正確；B.乙為銅鋅原電池，鋅為負(fù)極，銅為正極，H+在銅電極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以Cu電極附近溶液中H+濃度減小，故B錯(cuò)誤；C．丙為鋅錳干電池，鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)被消耗，所以鋅筒會(huì)變薄，故C正確；D．丁為鉛蓄電池，放電時(shí)的總反應(yīng)為：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，充電時(shí)，PbSO4在陽(yáng)極上失電子生成PbO2，電極反應(yīng)式為：PbSO4＋2H2O2e＝PbO2＋4H+＋SO，故D正確；答案選B。2．化學(xué)與生產(chǎn)、生活社會(huì)密切相關(guān)，下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A．干電池即使不用，放置過(guò)久也可能漏液失效，其原因是電解質(zhì)溶液NH4Cl顯酸性和外殼鋅反應(yīng)B．普通玻璃和氮化硅陶瓷都屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料C．為增強(qiáng)治療缺鐵性貧血效果，可在口服硫酸亞鐵片時(shí)同服維生素CD．天然氣、沼氣和水煤氣分別屬于化石能源、可再生能源和二次能源【答案】B【詳解】A．干電池中電解質(zhì)溶液NH4Cl顯酸性，能和外殼鋅反應(yīng)導(dǎo)致干電池放置過(guò)久可能漏夜而失效，故A正確；B．玻璃是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，氮化硅陶瓷都屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料，故B錯(cuò)誤；C．硫酸亞鐵片和維生素C同時(shí)服用，可防止亞鐵被氧化，能增強(qiáng)治療缺鐵性貧血的效果，故C正確；D．天然氣是古代生物在地下發(fā)生復(fù)雜的變化形成的，是化石能源；沼氣是由植物秸稈等發(fā)酵形成的，屬于可再生能源；水煤氣是碳和水蒸氣在高溫條件下生成的，屬于二次能源，故D正確；故選B。3．（2020·山東高二期中）有一種瓦斯分析儀(如圖甲)能夠在煤礦巷道中的甲烷達(dá)到一定濃度時(shí)，通過(guò)傳感器顯示出來(lái)。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如圖乙所示，其中的固體電解質(zhì)是Y2O3Na2O，O2可以在其中自由移動(dòng)。下列有關(guān)敘述正確的是A．電極a的反應(yīng)式為CH4+4O28e===CO2+2H2OB．電極b是正極，O2由電極a流向電極bC．當(dāng)固體電解質(zhì)中有1molO2通過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)移電子4molD．瓦斯分析儀工作時(shí)，電池外電路中電子由電極b流向電極a【答案】A【分析】瓦斯分析儀原理是通過(guò)CH4發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，從而為報(bào)警器供電使其報(bào)警，此處的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)際就是CH4燃料電池，CH4在負(fù)極（電極a）失電子被氧化成CO2，電子經(jīng)外電路流入正極（電極b），O2在正極得電子被還原?！驹斀狻緼．電極a上的反應(yīng)為CH4的氧化反應(yīng)，初步確定：CH4–8e→CO2+H2O，根據(jù)電解質(zhì)為固體金屬氧化物，確定添加O2配平電荷守恒，故電極反應(yīng)式為：CH4+4O2–8e=CO2+2H2O，A正確；B．根據(jù)原電池工作原理，陰離子應(yīng)該移向負(fù)極，故O2由正極（b）移向負(fù)極（a），B錯(cuò)誤；C．電解質(zhì)中通過(guò)1molO2，說(shuō)明正極O2反應(yīng)生成1molO2，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子關(guān)系：O2~2O2~4e，轉(zhuǎn)移電子=2n(O2)=2mol，C錯(cuò)誤；D．電子由負(fù)極（a）流入正極（b），D錯(cuò)誤；故答案選A。4．（2020·浙江效實(shí)中學(xué)高二期中）科學(xué)家預(yù)言，被稱為“黑金”的“新材料之王石墨烯”將“徹底改變21世紀(jì)”。中國(guó)華為研發(fā)人員利用鋰離子能在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，已在世界上率先開(kāi)發(fā)出石墨烯電池，電池反應(yīng)式為L(zhǎng)ixC6+Li1xCoO2C6+LiCoO2，其工作原理如圖。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是A．有設(shè)計(jì)師建議該電池采用隔膜效果更好，可選用質(zhì)子交換膜B．放電時(shí)，LiCoO2極發(fā)生的電極反應(yīng)為：LiCoO2xe?=Li1xCoO2+xLi+C．對(duì)舊的該電池進(jìn)行“放電處理”有利于回收石墨烯材料D．石墨烯電池充電時(shí)LiCoO2極與電源負(fù)極相連【答案】C【分析】由電池反應(yīng)LixC6+Li1xCoO2C6+LiCoO2可知，放電時(shí)Li1xCoO2得到電子為正極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)i1xCoO2+xLi++xe?=LiCoO2；LixC6失電子為負(fù)極，電極反應(yīng)為L(zhǎng)ixC6xe?=C6+xLi+；【詳解】A．由圖可知，Li+在兩極之間移動(dòng)，因此應(yīng)選擇的隔膜需允許Li+通過(guò)，質(zhì)子交換膜只允許H+通過(guò)，因此不選用質(zhì)子交換膜，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)分析可知，放電時(shí)LiCoO2極發(fā)生電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i1xCoO2+xLi++xe?=LiCoO2，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)分析可知，放電時(shí)生成C6，即生成石墨烯，因此對(duì)舊的該電池進(jìn)行“放電處理”有利于回收石墨烯材料，C正確；D．根據(jù)分析可知，LiCoO2極是原電池的正極，故充電時(shí)與電源正極相連，D錯(cuò)誤；故選C。5．（2020·深圳市高級(jí)中學(xué)高二期中）如圖為一種微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，關(guān)于該電池?cái)⑹稣_的是()A．放電過(guò)程中，H+從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)B．正極每消耗1molMnO22mole遷移至負(fù)極C．微生物所在電極區(qū)放電時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)D．左邊電極反應(yīng)式為：MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O【答案】D【詳解】A.放電時(shí)，陽(yáng)離子向正極區(qū)移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B.正極每消耗1molMnO2轉(zhuǎn)移2mol電子遷移至正極，故B錯(cuò)誤；C.微生物所在電極區(qū)被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D.左邊電極為正極，錳元素化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：MnO2+4H++2e﹣=Mn2++2H2O，故D正確；故答案為D。6．（2020·山東德州·高二期中）液流式鉛蓄電池以可溶性的甲基磺酸鉛[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作為電解質(zhì)，該電池充放電的總反應(yīng)為2Pb2++2H2OPb+PbO2+4H+，下列說(shuō)法不正確的是A．放電時(shí)，電極質(zhì)量均減小B．放電時(shí)，正極反應(yīng)是PbO2+4H++2e=Pb2++2H2OC．充電時(shí)，溶液中Pb2+向陰極移動(dòng)D．充電時(shí)，陽(yáng)極周圍溶液的pH增大【答案】D【詳解】A．電池放電時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Pb2e=Pb2+，正極反應(yīng)為PbO2+4H++2e=Pb2++2H2O，則放電時(shí)，電極質(zhì)量均減小，故A項(xiàng)說(shuō)法正確；B．放電時(shí)，PbO2發(fā)生還原反應(yīng)生成Pb2+，電極反應(yīng)式為PbO2+4H++2e=Pb2++2H2O，故B項(xiàng)說(shuō)法正確；C．充電時(shí)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，故C項(xiàng)說(shuō)法正確；D．充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)為Pb2++2H2O2e=PbO2+4H+，陽(yáng)極周圍H+濃度逐漸增大，因此陽(yáng)極周圍溶液的pH減小，故D項(xiàng)說(shuō)法錯(cuò)誤；綜上所述，說(shuō)法不正確的是D項(xiàng)，故答案為D。7．燃料電池是一種高效：環(huán)境友好的發(fā)電裝置。下圖為氫氧燃料電池示意圖，下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．該電池工作時(shí)可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．電池工作時(shí)，電子從電極b移向電極aC．負(fù)極的電極反應(yīng)式為D．電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為【答案】B【詳解】A.該裝置為原電池，工作時(shí)可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故A正確；B.氫氣在電極a上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極a為負(fù)極，氧氣在電極b上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極b是正極，電池工作時(shí)，電子從電極a移向電極b，故B錯(cuò)誤；C.氫氣在電極a上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：，故C正確；D.該電池的負(fù)極反應(yīng)式為：，正極反應(yīng)式為：，總反應(yīng)式為：，故D正確；答案選B。8．如圖為一種新型高比能液流電池，其放電過(guò)程原理示意圖。該電池采用雙極膜將酸—堿電解液隔離，實(shí)現(xiàn)MnO2/Mn2+和Zn/[Zn(OH)4]2的兩個(gè)溶解/沉積電極氧化還原反應(yīng)。下列分析錯(cuò)誤的是A．放電過(guò)程中，電子由Zn電極流向惰性電極，K+向右側(cè)池中移動(dòng)B．放電過(guò)程總反應(yīng)為：MnO2+Zn+4OH+4H+=[Zn(OH)4]2+Mn2++2H2OC．充電過(guò)程中，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為：Mn2++2H2O2e=MnO2+4H+D．充電過(guò)程左側(cè)池中溶液pH逐漸增大，理論上1molSO遷移時(shí)生成0.5molZn【答案】D【分析】根據(jù)電池示意圖，左側(cè)Zn失去電子與溶液中OH反應(yīng)生成為負(fù)極反應(yīng)，右側(cè)MnO2得電子與溶液中的H+反應(yīng)生成Mn2+和水為正極反應(yīng)；電解過(guò)程中，右側(cè)的Mn2+失去電子與水反應(yīng)生成MnO2和H+為陽(yáng)極，左側(cè)得電子生成Zn和OH為陰極，以此分析?！驹斀狻緼.由上述分析可知Zn為原電池的負(fù)極，惰性電極為原電池的正極，電子由負(fù)極經(jīng)用電器流向正極，電解質(zhì)中陽(yáng)離子往正極移動(dòng)，故A正確；B.左側(cè)Zn失去電子與溶液中OH反應(yīng)生成為負(fù)極反應(yīng)為：，MnO2得電子與溶液中的H+反應(yīng)生成Mn2+和水為正極電極反應(yīng)為：，則反應(yīng)放電過(guò)程總反應(yīng)為：MnO2+Zn+4OH+4H+=[Zn(OH)4]2+Mn2++2H2O，故B正確；C.充電過(guò)程中，陽(yáng)極中Mn2+失去電子與水反應(yīng)生成MnO2和H+電極反應(yīng)式為Mn2++2H2O2e=MnO2+4H+，故C正確；D.充電過(guò)程左側(cè)得電子生成Zn和OH為陰極，發(fā)生電極反應(yīng)：，1molSO遷移時(shí)轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2mol，則生成1molZn，故D錯(cuò)誤。答案選D。9．目前中國(guó)已經(jīng)通過(guò)自主創(chuàng)新成功研發(fā)出第一臺(tái)鋅溴液流儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鋅溴電池的隔膜、極板、電解液等關(guān)鍵材料自主生產(chǎn)。鋅溴電池的原理裝置圖如圖所示，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．充電時(shí)電極石墨棒A連接電源的正極B．放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為2Br2e=Br2C．放電過(guò)程中陰離子通過(guò)隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)D．放電時(shí)右側(cè)電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大【答案】B【分析】放電時(shí)，Zn是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為：Zn2e－═Zn2＋，正極反應(yīng)式為：Br2+2e－=2Br－，充電時(shí)，陽(yáng)極反應(yīng)式為2Br－2e－=Br2、陰極反應(yīng)式為Zn2＋+2e－=Zn?！驹斀狻緼.充電時(shí)電極石墨棒A連接電源的正極，反應(yīng)式為2Br－2e－=Br2，故A正確；B.放電時(shí)，Zn是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為：Zn2e－═Zn2＋，故B錯(cuò)誤；C.放電過(guò)程中陰離子通過(guò)隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，故C正確；D.正極反應(yīng)式為：Br2+2e－=2Br－，陰離子通過(guò)隔膜從正極區(qū)移向負(fù)極區(qū)，放電時(shí)右側(cè)電解質(zhì)儲(chǔ)罐中的離子總濃度增大，故D正確；答案選B。10．某柔性屏的柔性電池以碳納米管做電極材料，以吸收溶液的有機(jī)高聚物做固態(tài)電解質(zhì)，其電池結(jié)構(gòu)如圖所示。電池總反應(yīng)為：，下列說(shuō)法中，正確的是A．放電時(shí)，移向Zn膜B．充電時(shí)，含有Zn膜的碳納米管纖維一端連接有機(jī)高聚物電源正極C．放電時(shí)，電子由鋅膜表面經(jīng)有機(jī)高聚物至膜表面D．放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)為：【答案】D【詳解】A．放電時(shí)Zn為負(fù)極，MnO2為正極，則移向MnO2膜，故A錯(cuò)誤；B．放電時(shí)Zn為負(fù)極，則充電時(shí)Zn膜與電源的負(fù)極連接，故B錯(cuò)誤；C．放電時(shí)電子由鋅膜經(jīng)外電路流向膜表面，故C錯(cuò)誤；D．放電過(guò)程正極上是二氧化錳得到電子生成MnOOH，電極反應(yīng)為，故D正確；故答案為D。11．某種利用垃圾滲透液實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置示意圖如下，當(dāng)該裝置工作時(shí)，下列說(shuō)法不正確的是A．鹽橋中K+向Y極移動(dòng)B．電路中流過(guò)7.5mol電子時(shí)，共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下N2的體積為16.8LC．電子流由X極沿導(dǎo)線流向Y極D．Y極發(fā)生的反應(yīng)為2＋10e＋6H2O===N2↑＋12OH—，周圍pH增大【答案】B【分析】根據(jù)處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖知道：裝置屬于原電池裝置，X是負(fù)極，氨氣發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH36e+6OH═N2+6H2O，Y是正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2+10e+6H2O═N2↑+12OH，電解質(zhì)里的陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，電流從正極流向負(fù)極，據(jù)此回答。【詳解】A．處理垃圾滲濾液的裝置屬于原電池裝置，鹽橋中的陽(yáng)離子移向正極，即鹽橋中K+向Y極移動(dòng)，故A正極；B．X是負(fù)極，氨氣發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2NH36e+6OH═N2+6H2O，Y是正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：2+10e+6H2O═N2↑+12OH，則總反應(yīng)式為：5NH3+3═4N2+6H2O+3OH，則電路中流過(guò)7.5mol電子時(shí)，共產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下N2的體積為×4mol×22.4L/mol=44.8L，故B錯(cuò)誤；C．電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，即X極沿導(dǎo)線流向Y極，故C正確；D．Y是正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，2+10e+6H2O═N2↑+12OH，生成氫氧根離子，周圍pH增大，故D正確；故答案為B。二、填空題12．（2021·山東寧陽(yáng)縣一中高二月考）(1)肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，在常溫下是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。已知在101kPa時(shí)，32.0gN2H4在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)夂虷2O，放出熱量624kJ(25℃時(shí))，N2H4完全燃燒的熱化學(xué)方程式是__________。(2)肼－空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空氣燃料電池放電時(shí)：正極的電極反應(yīng)式：__________________________，負(fù)極的電極反應(yīng)式：__________________________。【答案】N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH=－624kJ·mol－1O2＋4e－＋2H2O=4OH－N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑【詳解】(1)在101kPa時(shí)，32.0gN2H4在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)夂虷2O，放出熱量624kJ(25℃時(shí))，N2H4的相對(duì)分子質(zhì)量為32，則N2H4完全燃燒的熱化學(xué)方程式是N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH=－624kJ·mol－1；(2)肼－空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，該電池正極氧氣放電，溶液為堿性環(huán)境，則正極電極反應(yīng)式：O2＋4e－＋2H2O=4OH－；負(fù)極為肼放電，反應(yīng)生成水和氮?dú)?，其電極反應(yīng)式為：N2H4＋4OH－－4e－=4H2O＋N2↑。13．CO和H2可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛。工業(yè)上可利用CO或CO2與H2反應(yīng)來(lái)制備甲醇。反應(yīng)①：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)ΔH=90.8kJ/mol反應(yīng)②：H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)ΔH=+41.2kJ/mol(1)寫出用CO2與H2反應(yīng)制備甲醇的熱化學(xué)方程式___。(2)已知等體積的一氧化碳和水蒸氣進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)，該反應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示：溫度/℃400500800平衡常數(shù)K9.9491由以上數(shù)據(jù)可知，該反應(yīng)的ΔH___0(填“>”或“<”)。500℃時(shí)，CO和H2O的起始濃度均為0.020mol/L，該條件下CO的平衡濃度為：___mol/L。(3)一定條件下，可以由CO2(g)和H2(g)合成CH4(g)，同時(shí)還生成H2O(g)。向恒容密閉容器中充入一定量的CO2和H2，某溫度下發(fā)生上述反應(yīng)，氫氣的濃度隨時(shí)間變化如圖，若在20min時(shí)減小壓強(qiáng)，并在30min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出H2的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的圖像___。(4)HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示，兩電極