高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池 第1課時(shí) 原電池的工作原理、化學(xué)電源作業(yè)1 魯科版選修4

《高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池 第1課時(shí) 原電池的工作原理、化學(xué)電源作業(yè)1 魯科版選修4》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中化學(xué) 第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池 第1課時(shí) 原電池的工作原理、化學(xué)電源作業(yè)1 魯科版選修4（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第1課時(shí) 原電池的工作原理、化學(xué)電源 [基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)] 1．根據(jù)圖示，下列判斷中正確的是(　　) A．燒杯a中的溶液pH降低 B．燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng) C．燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2 D．燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2 解析：選B。題中給出的物質(zhì)表明，該電池的總反應(yīng)是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn(OH)2，a燒杯中電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，b中為Zn－2e－===Zn2＋。 2.用選項(xiàng)中的電極、溶液和如圖所示的裝置可組成原電池。下列現(xiàn)象或結(jié)論正確的是(　　) 選項(xiàng) 電極a 電極b A溶液

2、 B溶液 現(xiàn)象或結(jié)論 A Cu Zn CuSO4溶液 ZnSO4溶液 一段時(shí)間后，電極a增加的質(zhì)量與電極b減少的質(zhì)量相等 B Cu Zn 稀H2SO4 ZnSO4溶液 鹽橋中陽離子向電極b移動(dòng) C Fe C NaCl溶液 FeCl3溶液 外電路電子流向：b→a D C C FeCl3溶液 KI、淀粉混合溶液 若開始時(shí)只增大FeCl3溶液的濃度，電極b附近溶液變藍(lán)的速度加快 解析：選D。本題將教材中的原電池進(jìn)行了簡化，解題時(shí)需要注意鹽橋的作用。選項(xiàng)A構(gòu)成了銅鋅原電池，銅為正極，鋅為負(fù)極，鋅失電子，電極b質(zhì)量減少，而A溶液中的Cu2＋得到電子，使

3、電極a質(zhì)量增加，根據(jù)得失電子守恒知，負(fù)極減少的質(zhì)量大于正極增加的質(zhì)量，A錯(cuò)誤。選項(xiàng)B中，鋅是負(fù)極，銅是正極，鋅失去電子形成鋅離子進(jìn)入溶液中，而A溶液中的H＋得到電子生成了氫氣，根據(jù)電荷守恒，鹽橋中的陽離子向A溶液移動(dòng)，從而保證溶液的電中性，B錯(cuò)誤。C選項(xiàng)中，F(xiàn)e是負(fù)極，C是正極，故外電路中電子由電極a流向電極b，錯(cuò)誤。D選項(xiàng)通過反應(yīng)2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋I(xiàn)2＋2KCl組合成原電池，增大FeCl3溶液的濃度，反應(yīng)加快且平衡正向移動(dòng)，故電極b附近溶液變藍(lán)的速度加快，正確。 3．可用于電動(dòng)汽車的鋁­空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空

4、氣電極為正極。下列說法正確的是(　　) A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時(shí)，正極反應(yīng)都為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．以NaOH溶液為電解液時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Al＋3OH－===Al(OH)3↓＋3e－ C．以NaOH溶液為電解液時(shí)，電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D．電池工作時(shí)，電子通過外電路從正極流向負(fù)極 解析：選A。無論是NaOH還是NaCl，在正極上都是O2得到電子被還原，A項(xiàng)正確；生成的Al(OH)3是兩性氫氧化物，在堿溶液中發(fā)生反應(yīng)生成[Al(OH)4]－，B項(xiàng)錯(cuò)誤；生成的Al(OH)3與NaOH反應(yīng)生成Na[Al(OH)4]，消耗電解質(zhì)中的NaOH

5、，使pH減小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；原電池中，電子由外電路的負(fù)極流向正極，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 4．有關(guān)下圖裝置的敘述不正確的是(　　) A．這是電解NaOH溶液的裝置 B．該裝置中Pt為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．該裝置中Fe為負(fù)極，電極反應(yīng)為Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 D．溶液中會(huì)出現(xiàn)紅褐色的沉淀 解析：選A。A項(xiàng)錯(cuò)誤，裝置中沒有外接直流電源，所以不是電解池；B項(xiàng)正確，通入O2發(fā)生吸氧腐蝕，Pt為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－；C項(xiàng)正確，F(xiàn)e做負(fù)極，電極反應(yīng)為Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2；D項(xiàng)正確，F(xiàn)e(OH)2和

6、空氣中的O2繼續(xù)反應(yīng)生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，出現(xiàn)白色沉淀變?yōu)榛揖G色最終變成紅褐色沉淀的現(xiàn)象。 5．下列關(guān)于鉛蓄電池的說法正確的是(　　) A．在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) B．在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板 C．在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷減小 D．在充電時(shí)，陽極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) 解析：選B。A項(xiàng)中電池放電時(shí)正極應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；C項(xiàng)中電池充電時(shí)硫酸的濃度應(yīng)不斷

7、增大；D項(xiàng)中電池充電時(shí)陽極應(yīng)發(fā)生PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。 6．人工光合作用能夠借助太陽能，用CO2和H2O制備化學(xué)原料。如圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，下列說法不正確的是(　　) A．該過程是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程 B．催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，有O2產(chǎn)生 C．催化劑a附近酸性減弱，催化劑b附近酸性增強(qiáng) D．催化劑b表面的反應(yīng)是CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH 解析：選C。電池總反應(yīng)式為2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2。負(fù)極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正極：CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH。A項(xiàng)

8、，能量轉(zhuǎn)換過程是太陽能先轉(zhuǎn)化為電能，再轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；C項(xiàng)，催化劑a附近生成H＋，酸性增強(qiáng)，催化劑b附近消耗H＋，酸性減弱，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 7．以氨作為燃料的固體氧化物(含有O2－)燃料電池，具有全固態(tài)結(jié)構(gòu)、能量效率高的特點(diǎn)，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　) A．該電池工作時(shí)的總反應(yīng)式為4NH3＋5O2===4NO＋6H2O B．固體氧化物作為電池工作時(shí)的電解質(zhì)，其作用是讓電子在電池內(nèi)部移動(dòng) C．電池工作時(shí)，接觸面上的電極反應(yīng)式為2NH3＋3O2－－6e－===N2＋3H2O D．外電路的電流方向從電極a流向電極b 解析：選C。NO不穩(wěn)定易被氧化，且有毒不可能做為電池反

9、應(yīng)產(chǎn)物，A錯(cuò)；電子不能在電解質(zhì)中移動(dòng)，B錯(cuò)；外電路中的電子從負(fù)極流向正極，通入燃料氣的一極為負(fù)極，所以D錯(cuò)。 8．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 裝置 現(xiàn)象 二價(jià)金屬A不斷溶解 C的質(zhì)量增加 A上有氣體產(chǎn)生 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題： (1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是 ________________________________________________________________________。 (2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是 _________________________________________________

10、_______________________。 (3)裝置丙中溶液的pH__________(填“變大”、“變小”或“不變”)。 (4)四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱的順序是__________。 解析：(1)裝置甲中二價(jià)金屬A不斷溶解，A極為原電池負(fù)極，電極反應(yīng)式是A－2e－===A2＋。 (2)裝置乙中C的質(zhì)量增加，則C極為原電池正極，溶液中的Cu2＋得電子析出，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu。 (3)裝置丙中A上有氣體產(chǎn)生，則析出氣體為H2，D為負(fù)極，原電池反應(yīng)為D＋nH＋===Dn＋＋H2↑(設(shè)n為金屬D的化合價(jià)數(shù))，反應(yīng)一段時(shí)間后溶液的pH變大。 (4)三個(gè)裝置中關(guān)于金

11、屬活潑性的比較分別為甲中：A>B，乙中：B>C，丙中：D>A，綜上可知四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱的順序是D>A>B>C。 答案：(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu (3)變大　(4)D>A>B>C [能力提升] 9．一種充電電池放電時(shí)的電極反應(yīng)為H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，當(dāng)為電池充電時(shí)，與外電源正極連接的電極上發(fā)生的反應(yīng)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：選D

12、。由題意知，電池總反應(yīng)為H2＋2NiO(OH)2Ni(OH)2?？沙潆婋姵卦诔潆姇r(shí)，實(shí)際上起一個(gè)電解池的作用，與外電源正極連接的電極是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，與放電時(shí)的正極反應(yīng)相反，可知Ni(OH)2在充電時(shí)失電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。 10．肼(N2H4)­空氣燃料電池是一種環(huán)保堿性燃料電池，其電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液。電池總反應(yīng)為N2H4＋O2===N2↑＋2H2O。下列關(guān)于該燃料電池工作時(shí)的說法正確的是(　　) A．溶液中陰離子物質(zhì)的量基本不變 B．正極的電極反應(yīng)是N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑ C．正極的電極反應(yīng)是O2＋4H＋＋4e－===

13、2H2O D．溶液中陰離子向正極移動(dòng) 解析：選A。A項(xiàng)正確，由電池的總反應(yīng)式可知，陰離子物質(zhì)的量基本不變；B項(xiàng)錯(cuò)誤，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即得電子的反應(yīng)；C項(xiàng)錯(cuò)誤，因?yàn)殡娊赓|(zhì)溶液是KOH溶液，電極反應(yīng)應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－；D項(xiàng)錯(cuò)誤，溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)。 11．Mg­H2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(yīng) C．石墨電極附近溶液的pH增大 D．溶液中Cl－向正極移動(dòng) 解析：選C。結(jié)合電池示意圖及原電池原理進(jìn)行

14、分析。 該原電池中，石墨電極為惰性電極，只能做正極，而Mg電極為活性電極，做負(fù)極，A錯(cuò)。Mg電極本身發(fā)生氧化反應(yīng)，H2O2在石墨電極上應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，B錯(cuò)。石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為H2O2＋2e－===2OH－，由于生成OH－，電極附近溶液[OH－]增大，溶液的pH增大，C對(duì)。原電池電解質(zhì)溶液中陰離子 Cl－向負(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)。 12．一種新型燃料電池，以多孔鎳為電極，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，然后向兩極通入乙烷和氧氣，其總反應(yīng)為2C2H6＋7O2＋8KOH===4K2CO3＋10H2O。有關(guān)此電池的說法正確的是(　　) A．負(fù)極反應(yīng)是7O2＋14H2O＋28e－===28OH－ B．電解過

15、程中，負(fù)極周圍溶液的pH升高 C．每消耗1 mol C2H6，電路中轉(zhuǎn)移的電子為14 mol D．放電過程中，KOH的濃度保持不變 解析：選C。以KOH為電解質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)為C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故負(fù)極區(qū)pH減小，正極區(qū)pH增大，放電過程中KOH濃度減小，溶液pH減小，當(dāng)1 mol C2H6完全放電生成CO，失去14 mol電子，即電路中有14 mol電子轉(zhuǎn)移，故C正確。 13．將氧化還原反應(yīng)2H2＋O2===2H2O設(shè)計(jì)成原電池。 (1)利用氫氣和氧氣、氫氧化鉀溶液構(gòu)成燃料電池，則負(fù)極通入的氣體應(yīng)是__

16、______，正極通入的氣體是__________，電極反應(yīng)為正極： ________________________________________________________________________， 負(fù)極： ________________________________________________________________________。 (2)若把KOH溶液改為稀硫酸，則電極反應(yīng)為正極： ________________________________________________________________________ ________

17、____________，負(fù)極： ________________________________________________________________________。 (3)(1)和(2)的電解質(zhì)溶液不同，反應(yīng)進(jìn)行后，其溶液的酸堿性各有何變化？ ________________________________________________________________________。 (4)若把H2改為CH3OH，KOH溶液做電解質(zhì)溶液，則電極反應(yīng)為正極： ______________________________________________________

18、__________________， 負(fù)極： ________________________________________________________________________， 電池反應(yīng)為 ________________________________________________________________________。 解析：(1)由電池反應(yīng)可知在反應(yīng)中H2被氧化，O2被還原。H2應(yīng)該在負(fù)極上反應(yīng)，O2應(yīng)該在正極上反應(yīng)，又因?yàn)槭菈A溶液，不可能有H＋參加或生成，故負(fù)極的電極反應(yīng)為2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正極的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4

19、e－===4OH－。 (2)若將電解質(zhì)溶液換為酸溶液，此時(shí)應(yīng)考慮不可能有OH－生成，故負(fù)極的電極反應(yīng)為2H2－4e－===4H＋，正極的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (3)由于前者在堿性條件下反應(yīng)，KOH的量不變，但工作時(shí)H2O增多，故溶液變稀，堿性減弱；而后者為酸溶液，H2SO4的量不變，H2O增多，故溶液變稀，酸性減弱。 (4)如把H2改為CH3OH，KOH溶液做電解質(zhì)溶液，則正極反應(yīng)為3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，此時(shí)不會(huì)有CO2放出，負(fù)極反應(yīng)為2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O。正、負(fù)極反應(yīng)相加得電池反應(yīng)：2CH3OH＋3O

20、2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。 答案：(1)H2　O2　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O (2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O 2H2－4e－===4H＋ (3)前者堿性減弱，后者酸性減弱 (4)3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O 2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 14．氫氧燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型電池。電池裝置如圖所示，該電池電極表面鍍一層細(xì)小的鉑粉，鉑粉吸附氣體的能力強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定。 請(qǐng)回答下列問題： (1

21、)氫氧燃料電池能量轉(zhuǎn)化的主要形式是____________________________，在導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)開_______(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?yàn)? ________________________________________________________________________ ________________。 (4)該電池工作時(shí)，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不

22、斷地提供電能。因此大量安全儲(chǔ)氫是關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬鋰是一種重要的儲(chǔ)氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應(yīng)Ⅰ中的還原劑是________，反應(yīng)Ⅱ中的氧化劑是________。 ②已知LiH固體的密度為0.82 g/cm3。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體積之比約為____________。 ③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用做電池燃料，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。 解析：本題考查電化學(xué)知識(shí)。(1)原電池的實(shí)質(zhì)為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

23、總反應(yīng)為2H2＋O2===2H2O，其中H元素從0價(jià)升至＋1價(jià)，失去電子，即電子從a流向b。(2)負(fù)極為失去電子的一極，即H2失電子生成H＋，由于溶液呈堿性，故電極反應(yīng)式左邊應(yīng)加上OH－，右邊生成H2O。(3)鉑粉的接觸面積大，可以加快反應(yīng)速率。(4)Ⅰ.Li元素從0價(jià)升至＋1價(jià)，做還原劑。Ⅱ.H2O中的H元素的化合價(jià)從＋1降至H2中的0，做氧化劑。由反應(yīng)Ⅰ，當(dāng)吸收10 mol H2時(shí)，則生成20 mol LiH，V＝m/ρ＝×10－3≈192.68×10－3(L)。V(LiH)/V(H2)＝192.68×10－3L/224 L≈8.6×10－4。20

24、mol LiH可生成20 mol H2，實(shí)際參加反應(yīng)的H2為20×80%＝16(mol)，1 mol H2轉(zhuǎn)化成1 mol H2O，轉(zhuǎn)移2 mol電子，所以16 mol H2可轉(zhuǎn)移32 mol電子。 答案：(1)由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能　由a到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O(或H2＋2OH－－2e－===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)①Li　H2O?、?.6×10－4　③32 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375