4.1.2 化学电源（分层作业）-【大单元教学】高二化学同步备课系列（人教版2019选择性必修1）

“高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单 基本信息 单元名称 化学反应与电能 年级 高二年级 学期 1 课时题目 化学电源 作业目标 通过作业检测强化基础，同时检测学生拓展应用的能力。 作业设计 精选题目 设计意图 基础巩固（必做题建议五分钟完成） 1.某干电池的工作原理示意图，总反应：Zn＋2NH4+==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NH4+被氧化 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极 2．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．通入氧气的电极发生氧化反应 B．通入氢气的电极为正极 C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O 3．一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．CH4＋H2O 3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH-－2e- == 2H2O C．电池工作时，CO32-向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e- ==2CO32- 4．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＋2H2O===2LiOH＋H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 5．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　) A．有O2参加反应的电极a为电池的负极 B．多孔电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2－===H2O C．多孔电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O 6．我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　) A．物质A可以是硫酸氢钾 B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 通过本组练习学生能够理解记住生活中常见的电源的原理 综合运用（必做题，建议五分钟时间完成） 7．2021年我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法错误的是(　　) A.使用MoS2电极能加快合成氨的速率 B.Zn/ZnO电极反应式为Zn-2e+2OH-==ZnO+H2O C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH增大 D.当电路通过10mole－时，理论上可以转化NO的质量为30g 8．火星大气中富含CO2，一种有CO2参加反应的全固态电池有望为火星探测器供电。它以金属钠为负极，碳纳米管为正极，Na3Zr2Si2PO12为无机固态电解质。该电池工作时(　　) A．将电能转化为化学能 B．负极上发生还原反应 C．CO2在正极上得电子 D．电子通过Na3Zr2Si2PO12移向负极 9．交通警察进行酒精抽查时，会利用一种以酸性燃料电池为电源的酒精检测仪进行现场检测。该仪器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．H＋从图中Pt(左)的极室穿过质子交换膜进入Pt(右)的极室中 B．该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋H2O-4e-=CH3COOH＋4H＋ C．电子由Pt(左)电极经过电解质溶液流向(右)极 D．不同大小的电流通过微处理器时，液晶显示屏会显示不同的变化 通过本组练习，检测学生新型电池的原理分析能力 拓展提升（选做题，建议十五分钟时间完成） 10.控制合适的条件，将反应设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是(　) A．双液原电池的优点是电流稳定 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C．可以通过电流计读数为零来判断是否达到平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，甲中石墨电极为正极 11．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示：下列说法正确的是(　　) A．外电路电子由b流向a B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D．正极的电极反应为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C 12．热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。 下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋向b极区移动 B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋ C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能 D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度 13．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是(　　) A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜 B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动 C．b极为正极 D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH 14．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋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－＋6H2O===8B(OH)＋4VO D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极 15．如下图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g，试回答： (1)电源电极X的名称为 。 (2)B中阳极电极反应式： ，溶液pH变化： (填“增大”、“减小”或“不变)。 (3)若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。 (4)一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为 。 通过本组练习，检测学生综合题目的应试能力。 作业展示与评估 1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。 2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探索。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ “高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单 基本信息 单元名称 化学反应与电能 年级 高二年级 学期 1 课时题目 化学电源 作业目标 通过作业检测强化基础，同时检测学生拓展应用的能力。 作业设计 精选题目 设计意图 基础巩固（必做题建议五分钟完成） 1.某干电池的工作原理示意图，总反应：Zn＋2NH4+==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NH4+被氧化 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极 【答案】D 【解析】根据电池反应式知，Zn易失电子作负极，则石墨作正极，故A错误；放电时，NH4＋得电子发生还原反应，被还原，故B错误；该装置是原电池，将化学能转化为电能，故C错误；放电时，电子从负极Zn沿导线流向正极石墨，故D正确。 2．质子交换膜燃料电池的工作原理如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．通入氧气的电极发生氧化反应 B．通入氢气的电极为正极 C．导电离子为质子，且在电池内部由正极定向移动至负极 D．正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O 【答案】D 【解析】通入氧气的电极是正极，正极上得电子发生还原反应，故A错误；通入氢气的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，故B错误；质子移向正极，故C错误；正极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O,故D正确。 3．一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．CH4＋H2O 3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH-－2e- == 2H2O C．电池工作时，CO32-向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e- ==2CO32- 【答案】D 【解析】A项，CH4→CO，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；B项，该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以电极A即负极上H2参与的电极反应为H2－2e-＋ CO32- ===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而电极B是正极，错误；D项，电极B即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e-＋2CO2===2 CO32- ，正确。 4．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＋2H2O===2LiOH＋H2↑ D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气 【答案】B 【解析】A项，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，正确；B项，负极材料锂能与水反应，不可用水溶液代替有机电解质，错误；C项，电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正确；D项，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，正确。 5．固体氧化物燃料电池是以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　) A．有O2参加反应的电极a为电池的负极 B．多孔电极b的电极反应式为H2＋2e－＋O2－===H2O C．多孔电极a的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O 【答案】D 【解析】因为电子从多孔电极b流向多孔电极a，所以多孔电极b为负极，H2在该极发生氧化反应；多孔电极a为正极，O2在该极发生还原反应。由此推断该原电池负极的电极反应式为H2－2e－＋O2－===H2O，正极的电极反应式为O2＋2e－===O2－，则电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。 6．我国科学家设计的一种甲酸(HCOOH)燃料电池如图所示(半透膜只允许K＋、H＋通过)，下列说法错误的是(　　) A．物质A可以是硫酸氢钾 B．左侧为电池负极，HCOO－发生氧化反应生成HCO C．该燃料电池的总反应为2HCOOH＋O2＋2OH－===2HCO＋2H2O D．右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，左侧有1 mol K＋通过半透膜移向右侧 【答案】D 【解析】HCOOH碱性燃料电池中，左侧电极HCOO－失去电子生成HCO，所在电极为负极，电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O，B正确；由图可知，原电池工作时K＋通过半透膜移向正极(右侧)，右侧电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，从装置中分离出的物质为K2SO4，放电过程中需补充的物质A是H2SO4或硫酸氢钾，A正确；右侧每消耗11.2 L O2(标准状况)，其物质的量是0.5 mol，转移2 mol电子，左侧有2 mol K＋通过半透膜移向右侧，D错误。 通过本组练习学生能够理解记住生活中常见的电源的原理 综合运用（必做题，建议五分钟时间完成） 7．2021年我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn-NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离为H+和OH-，并实现其定向通过)。下列说法错误的是(　　) A.使用MoS2电极能加快合成氨的速率 B.Zn/ZnO电极反应式为Zn-2e+2OH-==ZnO+H2O C.电池工作一段时间后，正极区溶液的pH增大 D.当电路通过10mole－时，理论上可以转化NO的质量为30g 【答案】D 【解析】结合信息，二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率，故A正确；Zn/ZnO电极为负极，电极反应式为Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O,故B正确；MoS2电极区消耗的氢离子源于双极膜解离出的氢离子，且产生的氨气会部分溶解，所以正极区溶液的pH增大，故C正确；D.正极1molNO转化为NH3,转移电子的物质的量为5mol,故当电路通过10mole-时，理论上可以转化NO的物质的量为2mol,即60g,，D错误；故选D。 8．火星大气中富含CO2，一种有CO2参加反应的全固态电池有望为火星探测器供电。它以金属钠为负极，碳纳米管为正极，Na3Zr2Si2PO12为无机固态电解质。该电池工作时(　　) A．将电能转化为化学能 B．负极上发生还原反应 C．CO2在正极上得电子 D．电子通过Na3Zr2Si2PO12移向负极 【答案】C 【解析】A.由题意可知，电池工作时,化学能转化为电能，A错误；金属钠为负极，钠失去电子发生氧化反应,B错误；二氧化碳在正极上得到电子发生还原反应，故C正确；电子通过导线由负极移向正极，D错误；故选C。 9．交通警察进行酒精抽查时，会利用一种以酸性燃料电池为电源的酒精检测仪进行现场检测。该仪器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A．H＋从图中Pt(左)的极室穿过质子交换膜进入Pt(右)的极室中 B．该电池的负极反应式为CH3CH2OH＋H2O-4e-=CH3COOH＋4H＋ C．电子由Pt(左)电极经过电解质溶液流向(右)极 D．不同大小的电流通过微处理器时，液晶显示屏会显示不同的变化 【答案】C 【解析】该装置属于乙醇燃料电池（原电池），负极乙醇失电子发生氧化反应，正极上是氧气得电子发生还原反应，所以Pt(I)是负极，Pt(II)是正极；在原电池中，阳离子向正极移动，故A正确。负极是乙醇失电子生成醋酸，所以负极的反应式为：CH3CH2OH＋H2O-4e-=CH3COOH＋4H＋，B正确。由于电子不能在电解质溶液中传导，故C错误;根据微处理器通过检测电流大小可以得出电子转移的物质的量，根据电极反应式可以计算出被测气体中酒精的含量，所以不同大小的电流通过微处理器时，液晶显示屏会显示不同的变化，故D正确。 通过本组练习，检测学生新型电池的原理分析能力 拓展提升（选做题，建议十五分钟时间完成） 10．控制合适的条件，将反应设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是(　) A．双液原电池的优点是电流稳定 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C．可以通过电流计读数为零来判断是否达到平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，甲中石墨电极为正极 【答案】D 【解析】将反应2Fe3+ +2I-==2Fe2++I2制成原电池，如图，反应开始时，根据原电池的本质，甲池中为FeCl3,则甲池为正极，发生还原反应；乙池则为负极,发生氧化反应；B正确；.双液原电池有两个优点：①能量转化率高；②能提供持续稳定的电流，A正确；当达到平衡状态时，没有电流产生，电流计读数为零，C正确；流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，此时平衡逆向进行，Fe2+被氧化成Fe3+,作电源的负极，D错误：故选D。 11．锂氟化碳电池的稳定性很高。电解质溶液为LiClO4的乙二醇二甲醚(CH3OCH2CH2OCH3)溶液，总反应为xLi＋CFx===xLiF＋C，放电产物LiF沉积在正极，工作原理如图所示：下列说法正确的是(　　) A．外电路电子由b流向a B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解质溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替 D．正极的电极反应为CFx＋xe－＋xLi＋===xLiF＋C 【答案】D 【解析】该电池负极为Li，外电路电子由负极流向正极，即由a流向b，A错误；Li＋通过离子交换膜在正极上形成LiF，即离子交换膜为阳离子交换膜，B错误；Li是活泼金属，能与乙醇反应，所以不能用乙醇溶液代替，C错误。 12．热激活电池是一种需要达到启动温度才开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示，其放电后的产物为Li7Si3和LiMn2O4。已知：LiCl和KCl混合物的熔点与KCl的物质的量分数的关系如图2所示。 下列说法不正确的是(　　) A．放电时，Li＋向b极区移动 B．放电时，a极的电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋ C．该电池中火药燃烧产生的热能转化为电能 D．调节混合物中KCl的物质的量分数可以改变电池的启动温度 【答案】C 【解析】放电时，Li＋向正极移动，即向b极区移动，A正确；放电时，a极的Li13Si4失电子发生氧化反应，电极反应是3Li13Si4－11e－===4Li7Si3＋11Li＋，B正确；由图2可知，调节混合物中KCl的物质的量分数为0.6时，400 ℃时就可以启动电池，D正确。 13．(2022·杭州高二月考)如图装置是一种微生物脱盐电池的装置，它可以通过处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)获得电能，同时还可实现海水淡化。已知a、b电极为惰性电极，X、Y均为离子交换膜，下列说法错误的是(　　) A．X、Y依次为阴离子、阳离子选择性交换膜 B．a极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，产生的H＋向b极移动 C．b极为正极 D．当电路中转移1 mol电子时，在b极室可以生成40 g NaOH 【答案】B 【解析】根据图示可知，在a极上CH3COO－失去电子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合价升高，被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。为了实现海水的淡化，海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜X为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜Y为阳离子交换膜，A正确；a极为负极，C失去电子被氧化生成CO2，同时产生H＋，则结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2＋7H＋，由于隔膜X是阴离子交换膜，所以阻碍生成的H＋向正极移动，B错误；当电路中转移1 mol电子时，会有1 mol Na＋进入b极室形成1 mol NaOH，其质量是40 g，D正确。 14．一种高性能的碱性硼化钒(VB2)-空气电池如图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋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－＋6H2O===8B(OH)＋4VO D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极 【答案】 B 【解析】 根据VB2电极发生的反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。 15．如下图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g，试回答： (1)电源电极X的名称为 。 (2)B中阳极电极反应式： ，溶液pH变化： (填“增大”、“减小”或“不变)。 (3)若A中KCl溶液的体积是200mL，电解后溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。 (4)一氧化氮—空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ，若过程中产生2 mol HNO3，则消耗标准状况下O2的体积为 。 【答案】(1)负极 (2) 4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+ 减小 (3)13 (4) NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+ 33.6 【解析】该装置为电解池，通电5min后，铜电极质量增加2.16g，铜电极为阴极，电极反应为：Ag+e-=Ag，2.16gAg的物质的量为0.02mol,所以电路中转移电子为0.02mol。(1)分析知，铜电极为阴极，则电源电极X为负极；(2)B中的电极均为惰性Pt电极，阳极处是水中的OH-放电，OH-被氧化为氧气，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,则溶液pH减小；(3)A中放电的是C和水电离产生的H+,生成氢气、KOH和氯气，电解总反应的离子方电解程式为：2Cl-+2H2O==Cl2↑+H2↑+2OH-,根据电路中转移电子0.02mol可知，生成的n(OH-)=0.02mol,则电解后溶液中n(OH-)==0.1mol/L,那么c(H+)=1.0×10mol/L,pH为13；(4)由图知，负极电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+,电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O,由于NO-HNO3-3e-，O2-4e,那么4HNO3-3O2-12e-,当过程中产生2molHNO3时，消耗标准状况下O2的物质的量为1.5mol,标准状况下体积为33.6L. 通过本组练习，检测学生综合题目的应试能力。 作业展示与评估 1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。 2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探索。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$