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2025鲁科版化学选择性必修1
分层作业4　化学电源
A级必备知识基础练
题组1.常见化学电源
1.在如图所示锌锰干电池装置中,电池放电时,正极(碳棒)上发生反应的物质是(　　)
A.Zn B.碳
C.MnO2和N D.Zn2+和NH3
2.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多孔纸包裹作隔膜,隔膜外用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　)
A.当该电池电压逐渐下降后,可以充电使其复原
B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e-Mn2O3+2NH3+H2O
C.原电池工作时,电子从负极通过外电路移向正极
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
3.铅蓄电池的电极材料分别为Pb和PbO2,电解质溶液为30%硫酸。如图是处于工作状态的铅蓄电池示意图,若两电极的质量都增加且a极增加得更多。下列说法错误的是(　　)
A.b为铅蓄电池的负极
B.b电极发生的反应为PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
C.该铅蓄电池正在放电
D.工作一段时间后,溶液的pH不断增大
题组2.新型化学电源
4.Al-Ag2O电池可用作水下动力电源,其原理如图所示。电池工作时,下列说法错误的是(　　)
A.电子由Al电极通过外电路流向Ag2O/Ag电极
B.电池负极附近溶液pH升高
C.正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
5.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O
6.我国科学家发明的一种可控锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
A.电池工作时,电子的流向:锂电极→导线→石墨电极
B.水既是氧化剂又是溶剂,有机电解质可用水溶液代替
C.电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑
D.该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气
7.Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液,电池示意图如图。该电池工作时,下列说法错误的是(　　)
A.Mg电极是该电池的负极
B.溶液中Cl-向石墨电极移动
C.该装置中电子从Mg电极经外电路流向石墨电极
D.H2O2在石墨电极上发生还原反应
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
8.研究人员最近发现了一种“水”电池,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电,在海水中该电池的总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水”电池在海水中放电的说法正确的是(　　)
A.负极反应式:Ag+Cl--e-AgCl
B.AgCl是还原产物
C.Na+不断向“水”电池的负极移动
D.每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子
9.一种新型燃料电池,它以多孔镍板为电极,两电极插入KOH溶液中,向两极分别通入乙烷和氧气,其电极反应式为C2H6+18OH--14e-2C+12H2O,2H2O+O2+4e-4OH-。有关此电池的推断正确的是(　　)
A.电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小
B.正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2
C.通入乙烷的电极为正极
D.电解质溶液中的OH-向正极移动
10.如图是一种利用微生物处理废水中的尿素[CO(NH2)2]生成环境友好物质的装置。下列说法正确的是(　　)
A.该装置将电能转化为化学能,M极为负极
B.H+由左室经过质子交换膜移向右室
C.M电极反应式为CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+
D.该装置的缺点是处理后使废水的酸性增强,不能直接排放
11.一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示,其中在VB2电极发生反应:VB2+16OH--11e-V+2[B(OH)4]-+4H2O,该电池工作时,下列说法错误的是(　　)
A.负载通过0.04 mol电子时,有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B.正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C.电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8[B(OH)4]-+4V
D.电子由VB2电极经负载流向复合碳电极
12.天然气—空气燃料电池能量转化率高,环保性和安全性好,使用的电解质有:①KOH,②H2SO4,③Na2CO3(熔融),④MO(s,传递O2-)。下列说法错误的是(　　)
A.以①、②的水溶液为电解质溶液,燃料电池中CH4的氧化产物相同
B.使用不同的电解质,等量的CH4参与负极反应时理论上转移的电子数相等
C.以③为电解质,放电过程中C向负极迁移
D.以④为电解质,燃料电池的负极反应式为CH4-8e-+2O2-CO2+4H+
13.乙醇燃料电池具有很多优点,引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池:
(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为　　　　　　　　。
(2)碱性乙醇燃料电池中,电极a上发生的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　;
使用空气代替氧气,电池工作过程中碱性会不断下降,其原因是 　　　　　　　　　。
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b上发生的电极反应式为　,通过质子交换膜的离子是　　　　　　　　　　　　。
(4)熔融盐乙醇燃料电池中,若选择熔融碳酸钾为介质,电池工作时,C向电极　　　　(填“a”或“b”)移动;电极b上发生的电极反应式为　 　　　　　　　　　。
C级学科素养拔高练
14.(1)二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池可以利用大气中所含SO2快速启动,其装置示意图如图:
①质子的流动方向为　　　　　(填“从A到B”或“从B到A”)。
②负极的电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)NH3-O2燃料电池的结构如图所示:
①a极为电池的　　　(填“正”或“负”)极。
②当生成1 mol N2时,电路中流过电子的物质的量为　　　　。
分层作业4　化学电源
1.C　解析 Zn是负极被氧化,MnO2在正极上被还原。
2.C　解析 普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A错误;根据原电池工作原理,负极失电子,B错误;负极锌失电子,每通过0.1 mol电子,消耗锌的质量是65 g·mol-1×=3.25 g,D错误。
3.A　解析 放电时负极电极反应为Pb-2e-+SPbSO4,正极电极反应为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,可知两极质量均增加,负极质量增加得多,因此a为Pb,做负极,故A错误;b极为PbO2发生反应,B正确;该铅蓄电池正在放电,C正确;根据总反应Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O可知,工作一段时间后,H+浓度减小,pH增大,故D正确。
4.B　解析 铝电极为负极,Ag2O/Ag电极为正极,电子由负极流向正极,A正确;负极反应为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,负极附近溶液pH降低,B错误;正极反应为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,C正确;负极会发生副反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,D正确。
5.A　解析 微生物电池中,负极上C6H12O6失电子,正极上O2得电子,负极的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,CO2在负极产生,A错误;在微生物的作用下将化学能转化为电能,形成原电池,所以微生物促进了反应中电子的转移,B正确;原电池负极区产生了H+,原电池中阳离子向正极移动,可知质子(H+)通过交换膜从负极区移向正极区,C正确;该电池反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O,D正确。
6.B　解析 锂电极为负极,石墨电极为正极,电子从负极流出,经导线流向正极,A正确;负极材料锂能与水反应,不可用水溶液代替有机电解质,B错误;电池总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,C正确;由电池总反应知,该装置不仅可提供电能,还可提供清洁燃料氢气,D正确。
7.B　解析 Mg-H2O2电池中,Mg是活泼金属,作为电池负极,A正确;溶液中的阴离子Cl-向负极(Mg)移动,B错误;Mg失去的电子经由外电路转移到石墨电极,C正确;H2O2在石墨电极上得到电子,发生还原反应,D正确。
8.AD　解析 “水”电池的负极Ag失电子生成AgCl,A正确;银的化合价升高被氧化,AgCl是氧化产物,B错误;原电池中阳离子移向正极,所以Na+不断向“水”电池的正极移动,C错误;每生成1 mol Na2Mn5O10有2 mol Ag被氧化,转移2 mol电子,D正确。
9.AB　解析 电池总反应式为2C2H6+7O2+8OH-4C+10H2O,故电池工作过程中,溶液的pH逐渐减小,A正确;正、负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2,B正确;通入乙烷的电极为负极,C错误;电解质溶液中的OH-向负极移动,D错误。
10.BC　解析 利用原电池反应处理废水中的尿素。
信息 结论
N极(O2):正极 正极:O2+4H++4e-2H2O
M极(负极):CO(NH2)2转化为CO2和N2 负极:CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+
质子(H+)交换膜 总反应:2CO(NH2)2+3O22CO2+2N2+4H2O
由以上分析知,C正确;该装置将化学能转化为电能,A错误;H+向正极移动,即由左室经过质子交换膜移向右室,B正确;根据总反应,处理后废水的酸性并没有增强,D错误。
【方法点拨】燃料电池负极电极反应式的书写——灵活应用守恒原理
如本题中负极反应式书写时,可依次利用原子守恒、电荷守恒原理配平。具体操作如下:
CO(NH2)2~CO2~H2O(O原子守恒)~6H+(H原子守恒)~6e-(电荷守恒)。
11.B　解析 正极电极反应:O2+4e-+2H2O4OH-,有0.224 L(标准状况)O2参与反应时,参加反应O2的物质的量为0.01 mol,负载通过0.04 mol电子,A正确;正极生成OH-,正极区溶液的pH升高,负极消耗OH-,负极区溶液的pH降低,B错误;根据正、负极的电极反应,可得出电池总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O8[B(OH)4]-+4V,C正确;VB2电极为负极,复合碳电极为正极,电子由VB2电极经负载流向复合碳电极,D正确。
12.AD　解析 在KOH溶液中甲烷的氧化产物为C,在稀硫酸中甲烷的氧化产物为CO2,A错误;甲烷被氧化,碳元素化合价均由-4价升至+4价,B正确;电池中,阴离子C向负极迁移,C正确;以固体氧化物为电解质,负极反应式为CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,D错误。
13.答案 (1)氧气
(2)C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O　空气中的CO2会与KOH溶液反应,降低溶液的碱性,同时反应中也会消耗KOH
(3)O2+4H++4e-2H2O　H+
(4)a　O2+2CO2+4e-2C
解析 (1)燃料电池中通入燃料的为负极,通入氧气或空气的为正极,三种乙醇燃料电池中正极反应物均为氧气。
(2)碱性乙醇燃料电池中,电极a为负极,电极反应式为C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O;使用空气代替氧气,空气中的CO2会与KOH溶液反应,降低溶液的碱性,同时反应中也会消耗KOH。
(3)酸性乙醇燃料电池中,电极b为正极,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O;质子交换膜能够使H+通过。
(4)根据图示,a为负极,C向电极a移动;电极b为正极,电极反应式为O2+2CO2+4e-2C。
14.答案 (1)①从A到B　②SO2-2e-+2H2OS+4H+
(2)①负　②6 mol
解析 (1)①根据图示,A为燃料电池的负极,B为燃料电池的正极,在原电池内电路中,质子(H+)由负极向正极移动,即从A到B。
②负极发生氧化反应,SO2被氧化为S,电极反应式为SO2-2e-+2H2OS+4H+。
(2)①a极通入氨,是负极;b极通入氧气,是正极。
②氨中N的化合价由-3价变成0价,当生成1 mol N2时,转移电子的物质的量为6 mol。
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