2022年高中化學(xué) 專題1 第二單元 第2課時 化學(xué)電源課時作業(yè) 蘇教版選修4

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1、2022年高中化學(xué) 專題1 第二單元 第2課時 化學(xué)電源課時作業(yè) 蘇教版選修4目標(biāo)要求1.了解依據(jù)原電池原理開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品化學(xué)電池。2.了解一次電池、二次電池、燃料電池的基本構(gòu)造、工作原理、性能和適用范圍。3.正確書寫原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。一、化學(xué)電池1電池的分類2一次電池與二次電池的不同點(1)一次電池的活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度就不能使用了，如普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池。(2)二次電池又稱充電電池或蓄電池。放電后可以再充電使活性物質(zhì)獲得再生。這類電池可以多次重復(fù)使用，如鉛蓄電池等。二、一次電池1鋅銀電池鋅銀電池負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是K

2、OH溶液，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn2OH2e=Zn(OH)2；正極：Ag2O2eH2O=2Ag2OH；電池總反應(yīng)式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。2堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH溶液，其電極反應(yīng)為：負(fù)極：Zn2e2OH=Zn(OH)2；正極：2MnO22e2H2O=2MnOOH2OH；電池總反應(yīng)式：Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2。三、燃料電池1概念燃料電池是利用燃料和氧化劑之間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電池。燃料電池的氧化劑和還原劑不是全部儲藏在電池內(nèi)，而是在工作時不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不

3、斷排出電池，因此，燃料電池能連續(xù)不斷地提供電能。2氫氧燃料電池(1)結(jié)構(gòu)(如圖所示)氫氧燃料電池示意圖(2)工作原理電解質(zhì)溶液為KOH溶液時：電池總反應(yīng)式：2H2O2=2H2O四、鉛蓄電池鉛蓄電池是最常見的二次電池，鉛蓄電池由兩組柵狀極板交替排列而成，正極板上覆蓋有PbO2，負(fù)極板上覆蓋有Pb，電解質(zhì)是H2SO4溶液，如圖所示。鉛蓄電池的構(gòu)造工作原理：負(fù)極：Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s)(氧化反應(yīng))；正極：PbO2(s)SO(aq)4H(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)(還原反應(yīng))；總反應(yīng)：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)2H2O(l)。

4、鉛蓄電池充電的反應(yīng)是上述反應(yīng)的逆過程：陰極：PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq)(還原反應(yīng))；陽極：PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq)(氧化反應(yīng))；總反應(yīng)：2PbSO4(s)2H2O(l)=Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)?？梢园焉鲜龇磻?yīng)寫成一個可逆反應(yīng)方程式：PbPbO22H2SO4放電充電2PbSO42H2O。知識點一化學(xué)電池1堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為ZnMnO2H2O=ZnOMn(OH)2下列說法中，錯誤的是()A電池工作時，鋅失去電子B電池正極的

5、電極反應(yīng)式為MnO22H2O2e=Mn(OH)22OHC電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g答案C解析本題要求利用原電池的原理，分析堿性鋅錳電池：鋅為負(fù)極，在反應(yīng)中失去電子，故A正確；電池工作時，電流由正極通過外電路流向負(fù)極，而電子定向移動方向與電流方向相反，故C錯誤；由電子守恒知D項正確；由該電池反應(yīng)的總反應(yīng)式和原電池的原理寫出正極反應(yīng)式知B正確。2最近，科學(xué)家研制出一種紙質(zhì)電池，這種“軟電池”采用薄層紙片作為載體和傳導(dǎo)體，在一邊附著鋅，在另一邊附著二氧化錳。電池總反應(yīng)為Zn2MnO2H2O=ZnO2MnOOH。下列說法不正

6、確的是()A該電池Zn為負(fù)極，MnO2為正極B該電池的正極反應(yīng)為MnO2eH2O=MnOOHOHC導(dǎo)電時外電路電子由Zn流向MnO2，內(nèi)電路電子由MnO2流向ZnD電池工作時水分子和OH都能通過薄層紙片答案C解析原電池反應(yīng)中Zn失電子、MnO2得電子，因此該電池負(fù)極為Zn，正極為MnO2。由電池總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式：Zn2e2OH=ZnOH2O即得正極反應(yīng)式：MnO2eH2O=MnOOHOH。電子只能由Zn經(jīng)外電路流向MnO2，而不能通過內(nèi)電路。知識點二二次電池3生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是 2PbSO42H

7、2O放電充電PbO2Pb2H2SO4 下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是()A需要定期補充硫酸B工作時鉛是負(fù)極，PbO2是正極C工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb2eSO=PbSO4D工作時電解質(zhì)的密度減小答案A解析鉛蓄電池放電時相當(dāng)于原電池，Pb是負(fù)極，PbO2是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是Pb失去電子生成Pb2，Pb2與溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀，干燥后再安裝，說明H2SO4不用補充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。4某新型可充電電池，能長時間保持穩(wěn)定的放電電

8、壓。該電池的總反應(yīng)式為3Zn2K2FeO48H2O放電充電3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，以下說法不正確的是()A放電時負(fù)極反應(yīng)式為Zn2e2OH=Zn(OH)2B放電時正極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OHC放電時每轉(zhuǎn)移3 mol電子，正極有1 mol K2FeO4被氧化D充電時陽極附近的溶液的堿性減弱答案C解析選項A，放電時，在堿性條件下，Zn失去電子為電池的負(fù)極：Zn2e2OH=Zn(OH)2；選項B，根據(jù)放電時總電池反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式(電子數(shù)需相等)可得放電時正極反應(yīng)式為FeO4H2O3e=Fe(OH)35OH；選項C，放電時，K2FeO4被還原；選項D，充電

9、是放電的逆向反應(yīng)，所以充電時，陽極消耗OH，導(dǎo)致陽極附近的溶液的堿性減弱。知識點三燃料電池5固體氧化物燃料電池是以固體氧化鋯氧化釔為電解質(zhì)，這種固體電解質(zhì)在高溫下允許氧離子(O2)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應(yīng)。下列判斷正確的是()A有O2參加反應(yīng)的a極為電池的負(fù)極Bb極的電極反應(yīng)式為H22eO2=H2OCa極對應(yīng)的電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OHD該電池的總反應(yīng)式為2H2O22H2O答案D解析因為電子從b電極流向a電極，所以b電極為負(fù)極，H2在該極發(fā)生氧化反應(yīng)；a電極為正極，O2在該極發(fā)生還原反應(yīng)。由此推斷該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為H22e=2H，

10、正極電極反應(yīng)式為O22e=O2，則電池總反應(yīng)式為2H2O22H2O。6一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是()A通入乙烷的電極為正極B參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為72C放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D負(fù)極反應(yīng)式為C2H66H2O14e=2CO18H答案C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2C2H67O24CO26H2O，在該反應(yīng)中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故A答案錯誤；反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為27，故B答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液

11、的，生成的CO2會和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成K2CO3，反應(yīng)中消耗KOH，KOH的物質(zhì)的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負(fù)極生成的H顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正極反應(yīng)式為14H2O7O228e=28OH(正極氧氣得電子，理論上形成O2，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以O(shè)H形式存在)，負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H636OH28e=4CO24H2O。練基礎(chǔ)落實1電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源，各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對人類的一項重大貢獻

12、。下列有關(guān)電池的敘述正確的是()A鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(xì)B氫氧燃料電池可將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時氫氣在負(fù)極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅答案C解析因為鋅錳干電池中鋅棒為負(fù)極，鋅棒變細(xì)，碳棒不變，故A錯；原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所以B錯；氫氧燃料電池負(fù)極反應(yīng)為H22e=2H，所以C正確；太陽能電池采用硅材料制作，故D錯。2下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極答案B解析鋰離子電池可以充電后再次使用，屬于二次電

13、池，A項正確；銅鋅原電池中銅為正極，故外電路中電流為銅流向鋅，而電子是由鋅流向銅，B項錯誤；電池的實質(zhì)是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項正確；Zn失去電子生成Zn2，故作為負(fù)極，D項正確。3.氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲用水，其電極反應(yīng)式如下： 負(fù)極：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()A1.8 mol B3.6 mol C100 mol D200 mol答案D解析n(H2O)100 mol 即每生成1 mol H2O則轉(zhuǎn)移2 mol e，當(dāng)生成100 mol H2O時，轉(zhuǎn)移200 mol e

14、。4蓄電池在放電時起原電池的作用，在充電時起電解池的作用。下面是愛迪生蓄電池分別在充電和放電時發(fā)生的反應(yīng)：FeNiO22H2O放電充電Fe(OH)2Ni(OH)2下列有關(guān)愛迪生蓄電池的推斷錯誤的是()A放電時，F(xiàn)e是負(fù)極，NiO2是正極B蓄電池的電極可以浸入某種酸性電解質(zhì)溶液中C放電時，負(fù)極上的電極反應(yīng)為Fe2OH2e=Fe(OH)2D放電時，電解質(zhì)溶液中的陰離子向負(fù)極方向移動答案B5如圖是甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。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)電路到達另一極與氧氣反應(yīng)，電池總反應(yīng)式為2CH3OH3O2=2CO24H2O。下列說法正確的是()A左電極為電池的正極

15、，a處通入的物質(zhì)是甲醇B右電極為電池的負(fù)極，b處通入的物質(zhì)是空氣C負(fù)極反應(yīng)式為CH3OHH2O6e=CO26HD正極反應(yīng)式O22H2O4e=4OH答案C解析據(jù)圖知，在左電極有電子流出，應(yīng)為電池的負(fù)極，被氧化的物質(zhì)是甲醇，在酸性電解液中產(chǎn)生CO2，故A錯誤，C正確；右電極有電子流入，應(yīng)為電池的正極，B錯誤；由于氫離子通過質(zhì)子交換膜進入正極區(qū)，所以正極反應(yīng)式得到OH是錯誤的。6LiFePO4電池具有穩(wěn)定性高、安全、對環(huán)境友好等優(yōu)點，可用于電動汽車。電池反應(yīng)為FePO4Li放電充電LiFePO4，電池的正極材料是LiFePO4，負(fù)極材料是石墨，含Li導(dǎo)電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正

16、確的是()A可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性B放電時電池內(nèi)部Li向負(fù)極移動C充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量增加D放電時電池正極反應(yīng)為：FePO4Lie=LiFePO4答案D解析由于Li能和稀H2SO4、H2O反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4e=LiFePO4，因此陽極材料(LiFePO4)質(zhì)量會減少；將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知D正確。練方法技巧7.在下圖裝置中，通電后可觀察到Cu極溶解，則下列說法中不正確的是 ( ) A.直流電源中，A

17、是正極B.兩池內(nèi)CuSO4溶液濃度均不改變C.兩鐵極上最初析出物相同D.P池內(nèi)溶液的質(zhì)量逐漸減小答案 B解析 由于Li能和稀H2SO4、H2O反應(yīng)，因此電解質(zhì)不能用硫酸；放電過程為原電池原理，在原電池中，陰離子向著負(fù)極移動，陽離子向著正極移動；充電過程是電解的過程，電解池的陽極失電子，即LiFePO4-e-= Li+FePO4，因此陽極材料（LiFePO4）質(zhì)量會減少；將電解池陽極反應(yīng)倒過來就是原電池的正極反應(yīng)。綜合上述分析可知D正確。8乙醇燃料電池中采用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200左右時供電，電池總反應(yīng)式為C2H5OH3O2=2CO23H2O，電池示意圖，下列說法中正確的是() A電池工作時，質(zhì)

18、子向電池的負(fù)極遷移B電池工作時，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極Ca極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 C2H5OH3H2O12e=2CO212HDb極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 2H2OO24e=4OH答案B解析通入乙醇的一極(a極)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；通入氧氣的一極(b極)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。電池工作時，陽離子(質(zhì)子)向電池的正極遷移，A項不正確；電流方向與電子流向相反，電流由b極沿導(dǎo)線流向a極，B項正確；a極上乙醇應(yīng)該失電子被氧化，所以C項不正確；因為電池中使用的是磺酸類質(zhì)子溶劑，所以電極反應(yīng)式中不能出現(xiàn)OH，D項不正確。練綜合拓展9科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于

19、軍事。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑，在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝袉栴}：(1)這種電池放電時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_。(2)此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)：_，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：_。(3)電解液中H向_極移動，向外電路釋放電子的電極是_。(4)使用該燃料電池的另一個好處是_。答案(1)2CH3OH3O2=2CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正負(fù)極(4)對環(huán)境無污染解析(1)燃料電池的電池反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的CO2不與H2SO4反應(yīng)，故電池總反應(yīng)式為2CH3O

20、H3O2=2CO24H2O。(2)電池的正極O2得電子，由于是酸性環(huán)境，所以會生成H2O，用電池總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式。(3)H移向正極，在正極生成水。(4)產(chǎn)物是CO2和H2O，不會對環(huán)境造成污染。10氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型發(fā)電裝置。下圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍了一層細(xì)小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質(zhì)穩(wěn)定。請回答：(1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)化主要形式是_，在導(dǎo)線中電子流動方向為_(用a、b表示)。(2)負(fù)極反應(yīng)式為_。(3)電極表面鍍鉑粉的原因為_。(4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷地提供電能。因此，大量安全儲氫是關(guān)鍵技

21、術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下：.2LiH22LiH.LiHH2O=LiOHH2反應(yīng)中的還原劑是_，反應(yīng)中的氧化劑是_。已知LiH固體密度為0.82 gcm3，用鋰吸收224 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為_。由生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉(zhuǎn)化率為80%，則導(dǎo)線中通過電子的物質(zhì)的量為_mol。答案(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躠到b(2)2H24OH4e=4H2O或H22OH2e=2H2O(3)增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，加快電極反應(yīng)速率(4)LiH2O1/1 148或8.7110432解析(1)電池是把化學(xué)能

22、轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中，電子從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負(fù)極，故電子由a流動到b。(2)H2在負(fù)極失電子，因為電解質(zhì)溶液是KOH溶液，故負(fù)極反應(yīng)式為2H24OH4e=4H2O。(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，從而增大反應(yīng)速率。(4)LiH中Li為1價，H為1價，故反應(yīng)中還原劑是Li，反應(yīng)中氧化劑是H2O。由反應(yīng)可知吸收標(biāo)準(zhǔn)狀況下224 L H2時生成160 g LiH，則生成的LiH的體積是，則生成的LiH的體積與被吸收的H2的體積之比為。由生成的20 mol LiH與H2O反應(yīng)，由反應(yīng)可知生成20 mol H2，H22e，能量轉(zhuǎn)化

23、率為80%，則通過的電子的物質(zhì)的量為20 mol280%32 mol。11.由于Fe(OH)2極易被氧化，所以實驗室很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀，應(yīng)用右圖電解實驗可以制得白色的純凈的Fe(OH)2沉淀，兩電極材料分別為石墨和鐵。(1)a電極材料應(yīng)為 ，電極反應(yīng)式為 。（2）電解液d可以是 （填編號）。A.純水 B.NaCl溶液 C.NaOH溶液 D.CuCl2(3)c為苯，其作用是 ，在加入苯之前對d應(yīng)作何簡單處理 。（4）為了在較短時間內(nèi)看到白色沉淀，可采取的措施是（填編號） 。A.改用稀硫酸作電解液 B.適當(dāng)增大電源電壓C.適當(dāng)減小兩電極間的距離 D.適當(dāng)降低

24、電解液的溫度（5）若d中用Na2SO4溶液，當(dāng)電解一段時間看到白色Fe(OH)2沉淀后，再反接電源電解，除了電極上看到氣泡外，混合物中另一明顯現(xiàn)象為 。答案 （1）鐵 Fe-2e- = Fe2+ (2)BC(3)液封，防止Fe(OH)2 被氧化 加熱煮沸（4）BC（5）白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色解析 （1）a極應(yīng)該用鐵，電極反應(yīng)：Fe-2e-= Fe2+;在反應(yīng)中提供Fe2+。（2）要生成Fe(OH)2,必須使溶液顯堿性，可以通過電解使溶液顯堿性，所以可以選用NaCl溶液，也可直接選用NaOH作電解液。（3）在液體表面加一層苯的目的是起液封的作用，防止生成的Fe(OH)2被氧化；而在加入苯之前，應(yīng)該對溶液d進行加熱煮沸，趕出其中溶解的空氣。（4）為了加快反應(yīng)速率，可以增大電源電壓和適當(dāng)減小兩極間的距離，即B、C項措施。（5）若用Na2SO4溶液，則會產(chǎn)生氧氣，將生成的Fe(OH)2氧化，會看到白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。