2019年高中化學 1.3 化學能轉(zhuǎn)化為電能 電池習題 魯科版選修4.doc

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2019年高中化學 1.3 化學能轉(zhuǎn)化為電能 電池習題 魯科版選修4 1．下列關于原電池的敘述正確的是(　　) A．構成原電池的正極和負極必須是兩種不同的金屬 B．原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 C．在原電池中，電子流出的一極是負極，該電極被還原 D．原電池放電時，電流的方向是從負極到正極 解析：構成原電池的正、負極可以用金屬電極與非金屬，如碳作電極，故A項錯誤；原電池中電子流出的一極發(fā)生氧化反應，故C項錯誤；電流的方向是從正極經(jīng)外電路流向負極，與電子流動的方向是相反的，故D項錯誤。 答案：B 2．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關于該電池的下列說法不正確的是(　　) A．水既是氧化劑又是溶劑 B．放電時正極上有氫氣生成 C．放電時OH－向正極移動 D．總反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑ 解析：鋰比鐵的金屬性強，故鋰應做負極材料失電子，由題意知該原電池以LiOH為電解質(zhì)且加入水即可放電則應發(fā)生反應：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，依據(jù)方程式可以判斷水中氫在正極得電子，由＋1價被還原為0價，生成氫氣，且水做氧化劑，故答案中A、B、D三項正確；C項中作為陰離子的OH－離子應向原電池的負極移動，故C項錯誤。 答案：C 3．一種基于酸性燃料電池原理設計的酒精檢測儀，負極上的反應為：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關說法正確的是(　　) A．檢測時，電解質(zhì)溶液中的H＋向負極移動 B．若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移，則在標準狀況下消耗4.48 L氧氣 C．電池反應的化學方程式為：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正極上發(fā)生的反應為：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：本題考查新型燃料電池，意在考查學生能否正確書寫電極反應式。結(jié)合題意，該電池總反應即是乙醇的氧化反應，不消耗H＋，故負極產(chǎn)生的H＋應向正極移動，A項錯誤；酸性溶液中，正極電極反應式為：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D項錯誤；結(jié)合D項，轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時，消耗O2 0.1 mol，即標況下的體積為2.24 L，B項錯誤；C項正確。 答案：C 4．下列事實與電化學腐蝕無關的是(　　) A．光亮的自行車鋼圈不易生銹 B．黃銅(Cu、Zn合金)制的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 C．銅、鋁電線一般不連接起來作導線 D．生鐵比熟鐵(幾乎是純鐵)容易生銹 解析：本題考查金屬腐蝕問題。金屬腐蝕包括兩方面：一是電化學腐蝕，這是主要的；二是化學腐蝕，直接被氧化劑氧化。B、C、D三項可以構成原電池，形成電化學腐蝕；A項是鍍上一層保護層，不是因為電化學而導致。 答案：A 5．阿波羅宇宙飛船上使用的是氫氧燃料電池，其電池總反應為：2H2＋O2===2H2O。 若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應式分別為： 負極__________________，正極__________________。 若電解質(zhì)溶液為稀H2SO4，其電極反應式分別為： 負極__________________，正極__________________。 解析：電解質(zhì)溶液為堿性，在書寫電極反應式時可出現(xiàn)OH－，但不能出現(xiàn)H＋；同樣，電解質(zhì)溶液為酸性，在書寫電極反應式時可出現(xiàn)H＋，但不能出現(xiàn)OH－。 答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　H2－2e－===2H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O 6. 原電池原理廣泛應用于科技、生產(chǎn)和生活中，請回答以下問題： (1)肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。肼－空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，產(chǎn)物無污染，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。肼－空氣燃料電池放電時：正極的電極反應式是____________________；負極的電極反應式是__________________。 解析：氧氣在正極上發(fā)生還原反應生成氫氧根離子，肼在負極上被氧化轉(zhuǎn)化為無污染的氮氣和H2O。 答案：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ N2H4＋4OH－―→N2↑＋4H2O＋4e－ (2)有人設想尋求合適的催化劑和電極材料，以N2、H2為電極反應物，以HCl－NH4Cl為電解質(zhì)溶液制造新型燃料電池。試寫出該電池的正極反應式________________________________________________________________________。 解析：相當于氮氣和氫氣先合成氨，然后結(jié)合鹽酸生成氯化銨。 答案：N2＋8H＋＋6e－―→2NH (3)請運用原電池原理設計實驗，驗證Cu2＋、Fe3＋氧化性的強弱。請畫出實驗裝置圖并寫出電極反應式。 解析：三價鐵離子能夠氧化銅生成銅離子，從而設計成原電池證明該結(jié)論。 答案： 正極反應：2Fe3＋＋2e－―→2Fe2＋ 負極反應：Cu―→Cu2＋＋2e－ 1．有關銅鋅原電池電極的判斷正確的是(　　) A．鋅電極是負極　　　　　 B．發(fā)生還原反應的是負極 C．質(zhì)量減輕的電極是正極　　 D．電子流出的電極是正極 解析：銅鋅原電池中，鋅易失電子生成鋅離子，發(fā)生氧化反應，質(zhì)量減輕，作負極；銅作正極，發(fā)生還原反應。 答案：A 2．①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時，外電路電流從②流向①；①③相連時，③為正極；②④相連時，②上有氣泡逸出；③④相連時，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是(　　) A．①③②④　 B．①③④② C．③④②①　 D．③①②④ 解析：本題考查原電池原理。電流方向與電子流向相反，①②相連時，電流由②流向①，則金屬性①>②；①③相連時，③為正極，則金屬性①>③；②④相連時，②上有氣泡，則金屬性④>②；③④相連時，③的質(zhì)量減少，則金屬性③>④；綜上分析，可得金屬活動性順序為①>③>④>②。 答案：B 3．將如圖所示實驗裝置的K閉合，下列判斷正確的是(　　) A．Cu電極上發(fā)生還原反應 B．電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動 C．片刻后甲池中c(SO)增大 D．片刻后可觀察到濾紙b點變紅色 解析： 本題考查原電池和電解池工作原理。A項，K閉合時，Zn和Cu構成原電池，Cu作正極，發(fā)生還原反應，正確；B項，在電解Na2SO4溶液時，電子不能流入電解質(zhì)溶液中，即a―→b電子不能通過，錯誤；C項，甲池中硫酸根離子沒有放電，故濃度不變，錯誤；D項，b為陽極，OH－放電，留下H＋，使得b附近溶液顯酸性，不能使酚酞變紅，錯誤。 答案：A 4. 可給筆記本電腦供電的甲醇燃料電池已經(jīng)面世，其結(jié)構示意圖如右圖所示。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子(H＋)和電子，電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達另一電極后與氧氣反應，電池總反應為：2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O。下列說法中不正確的是(　　) A．右電極為電池正極，b處通入的物質(zhì)是空氣 B．左電極為電池負極，a處通入的物質(zhì)是空氣 C．負極反應式為：CH3OH＋H2O－6e－ === CO2↑＋6H＋ D．正極反應式為：O2＋4H＋＋4e－ === 2H2O 解析：原電池中電子流出的一極為負極，負極失電子被氧化，a應通入甲醇，故B項錯；b為電子流入的極應為正極，正極得電子，應通入空氣，故A項對；D項的正極反應式對，用總反應式減去正極反應式可知C項也正確。 答案：B 5．鋼鐵生銹過程發(fā)生如下反應： ①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。 下列說法正確的是(　　) A．反應①、②中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等 B．反應①中氧化劑是氧氣和水 C．與銅質(zhì)水龍頭連接處的鋼質(zhì)水管不易發(fā)生腐蝕 D．鋼鐵在潮濕的空氣中不能發(fā)生電化學腐蝕 解析：反應①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2中的氧化劑是O2，同樣在反應②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3中氧化劑也是O2，而且兩個反應中氧氣的系數(shù)都是1，因此1 mol O2得到的電子均是4 mol，故A正確；反應①中水中的元素化合價在反應前后不變，則氧化劑只有氧氣，故B錯誤；鋼質(zhì)水管與銅質(zhì)水龍頭連接后形成原電池，鐵比銅活潑，則鋼質(zhì)水管做負極被腐蝕，故C項錯誤；鋼鐵在潮濕的空氣中容易發(fā)生電化學腐蝕，而且主要是發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯誤。 答案： A 6．一種充電電池放電時的電極反應為：H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－。當為電池充電時，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應是(　　) A．H2O的還原 B．NiO(OH)的還原 C．H2的氧化 D．Ni(OH)2的氧化 解析：為電池充電時，為電解池的工作原理，與外電源正極連接的電極是陽極，該極上發(fā)生的反應是失電子的氧化反應，元素的化合價會升高，即Ni(OH)2的氧化反應。 答案：D 7．(xx江蘇卷)Mg－H2O2電池可用于驅(qū)動無人駕駛的潛航器．該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如右。該電池工作時，下列說法正確的是(　　) A．Mg 電極是該電池的正極 B．H2O2在石墨電極上發(fā)生氧化反應 C．石墨電極附近溶液的pH 增大 D．溶液中Cl－向正極移動 解析：組成的原電池的負極被氧化，鎂為負極，故A項錯誤；雙氧水作為氧化劑，在石墨上被還原變?yōu)樗?，發(fā)生還原反應，溶液pH值增大，故B項錯誤，C項正確；溶液中Cl－移動方向同外電路電子移動方向一致，應向負極方向移動，故D項錯誤。 答案：C 8．21世紀最富有挑戰(zhàn)性的課題之一是使汽油氧化直接產(chǎn)生電流。新研制的某汽油燃料電池的工作原理為：一個電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣，摻雜了Y2O3的ZrO2晶體作電解質(zhì)，它在高溫下傳導O2－。填寫下列空白。 (1)汽油燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率比汽油在發(fā)動機里燃燒產(chǎn)生動力的能量轉(zhuǎn)化率________(選填“高”或“低”)。 解析：由于燃料電池具有較高的能量利用率，故燃料電池氧化汽油比在發(fā)動機里燃燒產(chǎn)生動力的能量轉(zhuǎn)化率高。 答案：高 (2)若用丁烷(C4H10)代表汽油，則該燃料電池總反應的化學方程式為：__________________________，通入空氣的電極為________(選填“正”或“負”)極，其電極反應式為：________________________________________________________________________。 解析：電池放電時，就是丁烷發(fā)生氧化反應，則電池總反應的化學方程式為2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，發(fā)生還原反應的極為電池的正極，故通入空氣的一極為正極。 答案：2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O　正　O2＋4e－===2O2－ (3)該汽油燃料電池的不足之處是汽油被氧化不完全，產(chǎn)生的__________可能堵塞氣體通道。 解析：汽油氧化不完全易產(chǎn)生炭粒，易堵塞氣體通道。 答案：炭粒 9．鋼鐵很容易生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的四分之一。 (1)鋼鐵腐蝕主要是吸氧腐蝕，該腐蝕過程中的電極反應式為 ________________________________________________________________________。 解析：鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，負極發(fā)生氧化反應，電極反應為2Fe===2Fe2＋＋4e－，正極發(fā)生還原反應，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 答案：負極：2Fe－4e－===2Fe2＋　正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率，可以采用圖甲所示的方案，其中焊接在鐵閘門上的固體材料R可以采用________(填字母)。 A．銅　　　B．鈉　　　C．鋅　　　D．石墨 解析：為了降低某水庫的鐵閘門被腐蝕的速率，應將鐵設計成原電池的正極，則負極為較鐵更活潑的金屬，選項中鋅可以，但不可用鈉，因鈉與水發(fā)生劇烈反應，起不到保護鐵不被腐蝕的效果； 答案：C　 (3)圖乙所示的方案也可以降低鐵閘門的腐蝕速率，其中鐵閘門應該連接在直流電源的________極。 解析：圖乙所示的方案為外加電源的陰極保護法，鐵連接電源的負極。 答案：負 10．依據(jù)氧化還原反應：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，設計一個最簡單的原電池。 (1)在圖示下邊方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為____，電極反應式為_______________________________；負極為__________，電極反應式為_____________________。 (2)該反應還可設計成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如圖所示： 請回答下列問題： ①電極X的材料是________，Y的材料是________，電解質(zhì)溶液Z是________。 ②鹽橋的作用是________________________________________________________________________。 ③外電路中的電子是從________電極流向________電極。 解析：本題考查原電池的原理和設計，解題時應明確設計思路，理解帶鹽橋的原電池的組成原理。根據(jù)已知的氧化還原反應設計原電池的思路是：首先將已知的反應拆成兩個半反應(即氧化反應和還原反應)：Cu－2e－===Cu2＋，2Ag＋＋2e－===2Ag；然后結(jié)合原電池的電極反應特點，分析可知，該電池的負極應該用Cu作材料，正極要保證Ag＋得到負極失去的電子，電解質(zhì)溶液只能用含Ag＋的電解質(zhì)溶液，如AgNO3溶液。而正極材料的活潑性比Cu弱。在帶鹽橋的原電池組成半電池時，注意電極材料與溶液中的離子一般要相對應，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。 答案：(1)實驗裝置圖如圖： Pt(合理即可)　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　 (2)①Cu　Ag　AgNO3　②將兩個隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導　③Cu　Ag