2019最新苏教版化学选修4《化学电源》教案

2019最新苏教版化学选修4《化学电源》教案第2单

元第2课时

(本栏目内容,在学生用书中以活页形式分册装订！)

一、选择题

1．下列有关化学电源的叙述错误的是()

A．干电池根据电池内的电解质分为酸性电池和碱性电池

B．干电池中碳棒为正极

C．铅蓄电池是充电电池

D．铅蓄电池中的PbO2为负极

【解析】铅蓄电池中的PbO2应为正极,铅为负极。

【答案】 D

2．如图锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为：Zn＋2MnO2＋

2NH4＋===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O,在此电池放电时正极(碳棒)上发生

反应的物质是()

A．Zn B．碳

C．MnO2＋NH4＋D．Zn2＋和NH3

【解析】可将总反应拆写为两个半反应,负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2MnO2＋2NH4＋＋2e－===Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O。

【答案】 C

3．(2008年海南高考)关于铅蓄电池的说法中正确的是()

A．在放电时,正极发生的反应是Pb(s)＋SO42－(aq)===PbSO4(s)＋2e－

B．在放电时,该电池的负极材料是铅板

C．在充电时,电池中硫酸的浓度不断变小

D．在充电时,阳极发生的反应是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42－(aq)

【解析】铅蓄电池放电时正极反应为PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O；负极材料为铅板；充电时阳极反应是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42－；充电时,电池中硫酸的浓度增大。

【答案】 B

4．如图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是()

A．a电极是负极

B．b电极的电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置【解析】氢氧燃料电池中H2为负极反应物,工作过程需不断补充H2、O2,其产物为没有任何污染的H2O,故A、C、D三项都对。其中b电极作正极,电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

【答案】 B

5．(2008年宁夏理综)一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是()

A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)

B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)

C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)

D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－

【解析】本题考查原电池电极反应式的书写。该原电池的负极反应物为甲醇,负极反应式中不应该出现氧化剂,而A、B、D项中电极反应物中均出现氧化剂氧气,所以A、B、D

不正确。

【答案】 C

6．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。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s),下列说法错误的是()

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)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(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,锌的质量理论上减小6.5 g

【解析】根据原电池原理结合氧化还原反应的有关常识可判断出原电池的电极及其反应式、电子得失情况及流向。

【答案】 C

7．据报道,某公司最近研制了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池,电量可达现用镍氢电池或锂电池的10倍,有关此电池的叙述,错误的是() A．正极电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．负极电极反应式：CH3OH＋6OH－－6e－===CO2↑＋5H2O

C．电池在使用过程中,电解质溶液的pH降低

D．当外电路通过1.2 mol电子时,理论上消耗甲醇6.4 g

【解析】使正、负极的得失电子守恒,则正极生成12OH－的同时负极消耗12OH－,pH 不变。

【答案】 C

8．燃料电池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧气或空气反应,将此反应的化学能转化为电能的装置,电解质通常是KOH溶液,则下列关于甲烷燃料电池的说法正确的是(多选)()

A．负极反应式为：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O

B．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．随着反应地进行,电解质溶液碱性不变

D．该电池的总反应与甲烷燃烧的反应方程式相同,反应式为：CH4＋2O2===CO2＋

2H2O

【解析】本题考查燃料电池的反应原理、电极反应式的书写等知识。对于该燃料电池,负极CH4失电子被氧化,其中产物之一应是CO2,但在KOH溶液中,一定会变为CO32－。故电极反应为：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O；正极O2得电子被还原,生成物应与电池中电解质溶液相关。电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；将两个电极反应式相加,即可得到总反应式为：CH4＋2OH－＋2O2===CO32－＋3H2O。可见随着反应的进行,电解质溶液中c(OH－)不断减小。

【答案】AB

9．(2009年广东高考)可用于电动汽车的铝—空气燃料电池,通常以NaCl溶液或NaOH 溶液为电解液,铝合金为负极,空气电极为正极。下列说法正确的是()

A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时,正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．以NaOH溶液为电解液时,负极反应为：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓

C．以NaOH溶液为电解液时,电池在工作过程中电解液的pH保持不变

D．电池工作时,电子通过外电路从正极流向负极

【解析】电池工作时,正极上O2得到电子被还原,电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－,A正确。电解液为NaOH溶液时,在负极上产生的是NaAlO2而不是Al(OH)3,B错误。电池的总反应为：4Al＋3O2＋4NaOH===4NaAlO2＋2H2O,消耗NaOH,pH减小。电池工作时,电子通过外电路由负极流向正极。

【答案】 A

10．固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。它以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是()

A．有O2放电的a极为电池的负极

B．有H2放电的b极为电池的正极

C．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O

【解析】a为正极：O2＋4e－===2O2－,b为负极：2H2＋2O2－－4e－===2H2O,总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。

【答案】 D

二、非选择题

11．有一种微型电池,其电极分别为Zn和Ag2O,电解质溶液是KOH溶液。已知Zn(OH)2具有两性,回答下列问题：

(1)________为正极,________为负极；

(2)写出两极的电极反应式：

正极____________________________________________________________________, 负极____________________________________________________________________；

(3)放电时,正极附近溶液的pH________,负极附近溶液的pH________(填“升高”“降低”或“不变”)。

【答案】(1)Ag2O Zn(2)Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－Zn＋4OH－－2e－===ZnO22－＋2H2O(3)升高降低

12．(2009年黄山高二质检)航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟五号”载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质,其总反应的化学方程式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。

(1)负极上的电极反应为________。

(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有________mol电子发生转移。

(3)开始放电时,正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

【解析】(1)根据总的化学方程式知CH4－x e－===CO32－,C元素的化合价由－4→＋4,则有CH4－8e－===CO32－,根据电荷守恒左边应配10个OH－,最后根据质量守恒得：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O。

(2)正极反应为：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－,5.6 L O2的物质的量为0.25 mol,故得电子的物质的量为0.25 mol×4＝1 mol。

(3)由于正极生成OH－,故其附近的pH增大。

【答案】(1)CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O

(2)1(3)增大

13．(2009年山东理综)Zn－MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。

(1)该电池的负极材料是____________。电池工作时,电子流向____________(填“正极”或“负极”)。

(2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋,会加速某电极的腐蚀,其主要原因是_____________________________________________________________________。

欲除去Cu2＋,最好选用下列试剂中的__________(填代号)。

a．NaOH b．Zn

c．Fe d．NH3·H2O

(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是__________________。若电解电路中通过2 mol电子,MnO2的理论产量为________g。

【解析】(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极：Zn－2e－===Zn2＋；电池工作时,电子是从负极流向正极。

(2)Zn与Cu2＋发生氧化还原反应,生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池,加快反应速率,从而加快Zn的腐蚀。

(3)电解池的阴极是发生还原反应的一极：2H＋＋2e－===H2↑；每生成1 mol MnO2需转移2 mol电子,故每通过2 mol电子,理论上生成1 mol MnO2,质量为87 g。

【答案】(1)Zn(或锌)正极

(2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀 b

(3)2H＋＋2e－===H2↑87

14．(2009年天津理综)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。右图为电池示意图,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)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是

________________________________________________________________________, 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为________________________________________________________________________ ______________________。

(4)该电池工作时,H 2和O 2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 ＋H 2=====△2LiH

Ⅱ.LiH ＋H 2O===LiOH ＋H 2↑

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)H 2,生成的LiH 体积与被吸收的H 2体积比为________。

③由②生成的LiH 与H 2O 作用,放出的H 2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)电池即是把化学能转变为电能的装置；在电池中电子是从负极经导线流向正极,而氢氧燃料电池中通入H 2的一极是负极,故电子由a 流动到b 。(2)H 2在负极失电子,因为电解质溶液是KOH 溶液,故负极反应式为2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O 。(3)电极表面镀铂粉可以增大电极单位面积吸附H 2、O 2的分子数,从而增大反应速率。(4)LiH 中Li 为＋1

价,H 为－1价,故反应Ⅰ中还原剂是Li,反应Ⅱ中氧化剂是H 2O 。由反应Ⅰ可知吸收标准状况

下224 L H 2时生成160 g LiH,则生成的LiH 的体积是160 g 0.82 g/cm 3

,则生成的LiH 体积与被吸收的H 2的体积比为：1600.82×224×103＝11 148

。由②生成的20 mol LiH 与H 2O 反应,由反应Ⅱ可知生成20 mol H 2,H 2～2e －,能量转化率为80%,则通过电子的物质的量为20 mol ×2×80%＝32 mol 。

【答案】 (1)由化学能转变为电能 由a 到b

(2)2H 2＋4OH －－4e －===4H 2O 或H 2＋2OH －－2e －

===2H 2O

(3)增大电极单位面积吸附H 2、O 2分子数,加快电极反应速率

(4)①Li H 2O ②1/1 148或8.71×10－4 ③32