精品作业 高中化学新人教版选择性必修1 第4章 第1节 第2课时化学电源作业

课时分层作业(十八)

(建议用时：40分钟)

[合格过关练]

1．下列说法错误的是()

A．依据原电池的原理设计出了化学电源

B．原电池是化学电源的雏形

C．判断电池的正负极只需看其正负极材料的活泼性

D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源

C[判断电池的正负极不仅与电极材料有关，还与电解质溶液有关。]

2．下列电池工作时，O2在正极放电的是()

A．锌锰电池B．氢氧燃料电池C．铅蓄电池D．镍镉电池B[A项，锌锰电池，Zn是负极，MnO2为正极，所以正极放电的物质是二氧化锰；B项，氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极；C项，铅蓄电池负极为Pb，正极为PbO2放电；D项，镍镉电池负极为Cd，正极为NiO(OH)放电。]

3．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种锌银电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质为KOH，电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据电极反应式，判断下列叙述中正确的是()

A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大

B．在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

C．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应

D．Zn是负极，Ag2O是正极

D[根据原电池原理：负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，可以判断该原电池中Zn为负极，Ag2O为正极；根据电极反应可以得知负极区溶液的pH减小，故A、C错误；电子是从负极沿导线流向正极，故B

错误。]

4．普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋4＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是()

普通锌锰干电池

A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原

B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O

C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极

D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g

C[普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol

电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×0.1 mol

2＝3.25 g，D项错误。]

5．某干电池的工作原理如图所示，总反应式为：Zn＋2NH＋4===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列说法正确的是()

A．石墨为电池的负极

B．电池工作时NH＋4被氧化

C．实现了电能向化学能转化

D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极

D[根据电池反应式知，Zn易失电子作负极，则石墨作正极，A错误；放

电时，铵根离子得电子发生还原反应，被还原，B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，C错误；放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极石墨，D 正确。]

6．(双选)一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该项燃料电池说法正确的是()

A．在熔融电解质中，O2－移向正极

B．电池总反应式是：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O

C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－

D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O

BC[该电池是以丁烷的燃烧设计成的燃料电池，反应总方程式就是丁烷的燃烧方程式。在燃料电池中可燃物一般是还原剂，在电池中的负极上发生反应。首先写出丁烷的燃烧方程式，然后写出O2得电子的电极方程式，总反应式与正极式相减即得负极方程式。在原电池中阴离子向负极移动，A错误；在该氧化还原反应中丁烷是燃料，应该在负极上发生氧化反应，D错误；燃料电池总反应实质是一个燃烧反应，而正极空气中氧气发生还原反应变为电解质的阴离子，B、C正确。]

7．锂电池作为最主要的便携式能量电源，影响着我们生活的方方面面。锂-空气电池放电的工作原理如图所示。下列叙述正确的是()

A．电池放电时负极电极方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．放电时电子由B极向A极移动

C．电解液a，b之间可采用阴离子交换膜

D．电解液b可能为稀LiOH溶液

D[原电池中锂作负极、失电子、发生氧化反应，B电极为原电池正极，氧

气得到电子、发生还原反应，A错误；原电池放电时，电子由负极经过导线流向正极，即电子由A极向B极移动，B错误；锂是活泼金属，能与和水发生反应，所以该电池放电时，电解液中Li＋由锂电极迁移向B电极，离子交换膜应该为阳离子交换膜，C错误；Li在负极失电子生成Li＋，Li＋向正极移动，正极区Li ＋与氢氧根离子结合形成LiOH，由于阳离子交换膜的隔离作用，水分子不能通过交换膜，所以电解液b可能为稀LiOH溶液，D正确。]

8．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是()

干电池铅蓄电池氢氧燃料电池A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池

B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏

C．铅蓄电池工作过程中，每通过2 mol电子，负极质量减轻207 g

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

C[在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；C项忽略了硫酸铅在该极上析出，该极质量应该增加而非减小；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源，D正确。]

9．镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O

Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是()

A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O

B．充电过程是化学能转化为电能的过程

C．放电时负极附近溶液的碱性不变

D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动

A[充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，附近溶液的碱性减弱，因Cd2＋结合了溶液中的

OH－，同时溶液中的OH－向负极移动，C、D项错误。]

10．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是() A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气

C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

C[在原电池中，电解质溶液中的阳离子应向正极移动，A错；每消耗1 mol O2，转移4 mol电子，若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗2.24 L O2，B错；根据题意，电解质溶液呈酸性，正极的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，D错。]

[素养培优练]

11．2019年10月9日，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予古迪纳夫等三位科学家，表彰他们在锂离子电池方面的研究成果，钴酸锂电池是他们的研究成

CoO2C6＋LiCoO2，下列说法正确的果之一，其工作原理为：Li x C6＋Li1

－x

是()

A．放电时Li＋从正极通过导线流向负极

B．放电时负极的电极反应式为：Li x C6－x e－===C6＋x Li＋

C．充电时电池的负极与电源的正极相连

D．充电时阴极的电极反应式为：LiCoO2－x e－===Li1－x CoO2＋x Li＋

CoO2C6＋LiCoO2知，B[根据电池反应式电池反应式Li x C6＋Li1

－x

CoO2＋x Li＋＋x e－负极反应式为Li x C6－x e－===C6＋x Li＋，正极反应式为：Li1

－x

===LiCoO2，充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，根据二次电池的工作原理结合原电池和电解池的工作原理来回答。放电时电子从负极流向正极，溶液中Li＋从负极流向正极，A错误；放电时，负极发生失电子的氧化反应，电极反应式为：Li x C6－x e－===C6＋x Li＋，B正确；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，电池的负极与电源的负极相连，C错误；充电时阴极的电极反应式为：C6＋x Li＋＋x e－===Li x C6, D错误。]

[教师备选] 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )

A ．反应CH 4＋H 2O =====催化剂△3H 2＋CO ，每消耗1 mol CH 4转移12 mol 电子

B ．电极A 上H 2参与的电极反应式为H 2＋2OH －－2e －===2H 2O

C ．电池工作时，CO 2－3向电极B 移动

D ．电极B 上发生的电极反应式为O 2＋2CO 2＋4e －===2CO 2－3

D [A 项，由化合价变化可知，每消耗1 mol CH 4转移6 mol 电子；B 项，

电极A 为负极，电极反应式为H 2＋CO 2－3－2e －===H 2O ＋CO 2；C 项，电池工作

时，CO 2－3向电极A 移动；D 项，电极B 是正极，电极反应式为O 2＋2CO 2＋4e －===2CO 2－3。]

12．以氨气代替氢气来研发氨燃料电池是当前科研的一个热点，氨燃料电池使用的电解质溶液是KOH 溶液，电池反应为4NH 3＋3O 2

2N 2＋6H 2O 。下

列有关说法错误的是( )

A ．氨燃料电池在充电时，N 2在阴极得电子被氧化

B ．氨燃料电池在放电时，负极反应为2NH 3－6e －＋6OH －===N 2＋6H 2O

C ．以氨气代替氢气的主要原因是氨气易液化、易储存

D ．燃料电池的能量转化率一般比普通的电池高

A [充电时，N 2在阴极得电子被还原，A 错误；氨燃料电池在放电时，负极反应式为4NH 3－12e －＋12OH －===2N 2＋12H 2O ，正极反应式为3O 2＋12e －＋6H 2O===12OH －，

B 正确；NH 3比H 2易液化，易储存，更适合大量使用，所以以NH 3代替H 2，

C 正确；燃料电池的能量转化率超过80%，比普通的电池高，

D 正确。]

13．[素养题]酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳

棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放

电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下

表所示：

溶解度/(g/100 g水)

(1)该电池的正极反应式为______________________；电池反应的离子方程式为________________________________________________________________。

(2)维持电流强度为0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g。(已知F＝96 500 C·mol－1)

(3)废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过________________分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、________

和________；欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法为____________________

________________________________________________________________，其原理是____________________________________________________。

[解析](1)酸性锌锰干电池中正极上发生还原反应，该电池放电过程中产生MnO(OH)，则正极反应式为MnO2＋H＋＋e－===MnO(OH)。金属锌做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，则负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，结合得失电子守恒可得电池反应的离子方程式为2MnO2＋2H＋＋Zn===2MnO(OH)＋Zn2＋。

(2)电流强度为I＝0.5 A，时间为t＝5 min＝300 s，则通过电极的电量为Q ＝It＝0.5 A×300 s＝150 C，又知F＝96 500 C·mol－1，故通过电子的物质的量为150 C

≈0.001 6 mol，则理论上消耗Zn的质量为65 g·mol－1×0.001 6 96 500 C·mol－1

mol×1/2≈0.05 g。

(3)由NH4Cl、ZnCl2的溶解度与温度的关系可知，相同温度下，ZnCl2的溶

解度远远大于NH4Cl，因此从滤液中分离NH4Cl和ZnCl2，可采用加热浓缩、冷却结晶的方法。废电池的糊状填充物由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成，加水处理后，过滤，滤渣中含有碳粉、MnO2及MnO(OH)等，欲从中得到较纯的MnO2，可采用在空气中加强热的方法，碳粉与O2反应生成CO2，MnO(OH)氧化为MnO2。

[答案](1)MnO2＋H＋＋e－===MnO(OH)2MnO2＋Zn＋2H＋===2MnO(OH)＋Zn2＋[注：式中Zn2＋可写为[Zn(NH3)2＋4]，[Zn(NH3)2]Cl2等，H ＋可写为NH＋4]

(2)0.05(3)加热浓缩、冷却结晶碳粉MnO(OH)在空气中加强热碳粉转变为CO2，MnO(OH)氧化为MnO2

14．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4、CH3OH、NH3等)与O2反应从而将化学能转化为电能的装置。

依据材料回答下列问题：

(1)甲烷燃料电池(NaOH作电解质溶液)的负极反应式为____________________________________________________________________，正极电极反应式为________________________________________，放电过程中溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨-液氧燃料电池示意图如下，有关说法正确的是________(选填字母)。

a．电池工作时，Na＋向负极移动

b．电子由电极2经外电路流向电极1

c．电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O

d．电极2发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

(3)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。

②正极反应式为____________________________________________。

负极反应式为____________________________________________。

③放电过程中，H＋由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。

④在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体________L。

⑤该电池________(填“能”或“不能”)在高温下工作。

(4)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇-氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高，请回答：

①a极电极反应式为______________________________________________。

②工作时，O2－由电极________向电极________移动(填“a”或“b”，下同)，电子由电极________通过传感器流向电极________。

[解析](1)负极为CH4失电子被氧化，在碱性条件下转化为CO2－3，故负极电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O；正极O2得电子在碱性条件下生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应式为CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O。随着放电反应的进行，OH－不断消耗，pH减小。

(2)先分析进出电极物质的化合价，判断电池正负极，NH3→N2，N元素化合价升高，故电极1为原电池负极，电极2为原电池正极，电池工作时，Na＋向正极移动，电子由电极1经外电路流向2，电极2电极反应式为O2＋2H2O＋4e

－===4OH－。电极1电极反应式为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O。

(3)①O2→H2O发生还原反应，故A为燃料电池的正极，B为燃料电池的负极。②由于电解质中含有H＋，故正极电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，负极电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。

③放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。

④葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即 1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L。

⑤由于微生物是蛋白质，高温下会发生变性，故该电池不能在高温下工作。

(4)根据元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应式为2CO＋O2===2CO2。工作时电子由电极a通过传感器流向电极b，O2－由电极b向电极a移动。

[答案](1)CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－减小(2)c(3)①正极②O2＋4H＋＋4e－===2H2O C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋③负正④22.4⑤不能(4)①CO＋O2－－2e－===CO2②b a a b