4.1 第2课时 化学电源-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步练习（人教版）

参考答案与解析 氧化反应的是 Fe-2e - Fe 2+ ， 因此 Fe 作负极， 正极应是 活泼性比 Fe 弱的金属或碳棒， 电解质溶液应是可溶性 铁盐， B 正确。 5. D 【解析】 Ag 电极是负极， 电流则经外电路从 Pt 电极流向 Ag 电极， A 错误； 电池工作时， 在负极生成 2 mol Ag + 时， 正极上 Cl 2 获得电子生成 2 mol Cl - ， 并生 成 2 mol AgCl ， 所以电解质中 Ag + 数目不变， B 错误； 正极发生的电极反应式为 Cl 2 +2e - +2Ag + 2AgCl↓ ， C 错 误； 空气中 c （ Cl 2 ）越大， Ag 极消耗速率越快， D 正确。 6. D 【解析 】 在这个原电池中 ， 负极 ： Fe-2e - Fe 2+ ， 正极： Ag + +e - Ag ， 使 b 棒增重， 溶液中 c （ NO - 3 ） 不变。 7. （ 1 ） 负 NO 2 +NO - 3 -e - N 2 O 5 （ 2 ） 甲 CO （ NH 2 ） 2 - 6e - +H 2 O CO 2 ↑+N 2 ↑+6H + 33.6 （ 3 ） ３CO 2 +4Na + +4e - 2Na 2 CO 3 +C 2.3 【解析】 （ 1 ） 在石墨 Ⅰ 上 NO 2 失去电子， 被氧化， 并与溶液中的 NO - 3 结合变为 N 2 O 5 ， 所以石墨 Ⅰ 为电池的 负极； Y 为 N 2 O 5 ， 该电池在使用过程中石墨 Ⅰ 电极上生 成氧化物 Y ， 其电极反应式为 NO 2 +NO - 3 -e - N 2 O 5 。 （ 2 ） 在甲电极中 CO （ NH 2 ） 2 失去电子， 被氧化产生 CO 2 、 N 2 ， 同时产生 H + ， 所以甲电极为负极， 该电极的电极反应式 为 CO （ NH 2 ） 2 -6e - +H 2 O CO 2 ↑+N 2 ↑+6H + ； 每 1 mol O 2 参 加反应， 转移 4 mol 电子 ， 所以根据同一闭合回路中 电子转移数目相等可得关系式： 2CO （ NH 2 ） 2 ～3O 2 ， 每有 1 mol CO （ NH 2 ） 2 反应 ， 就会消耗 1.5 mol 的 O 2 ， 其在 标准状况下的体积 V （ O 2 ） =1.5 mol×22.4 L/mol=33.6 L 。 （ 3 ） 放电时， 负极 Na 失去电子变为 Na + ， 正极上 CO 2 得到电子变为 C 原子， 同时产生 Na 2 CO 3 ， 故正极的电 极反应式为 3CO 2 +4Na + +4e - 2Na 2 CO 3 +C ； Na 是 +1 价的 金属， 每有 1 mol Na 反应转移 1 mol 电子， 则当转移 0.1 mol 电子时， 负极有 0.1 mol 的 Na 发生反应 ， 其减 少质量为 m （ Na ） =0.1 mol×23 g/mol=2.3 g 。 第 2 课时 化学电源 基础练习 1. B 【解析 】 放电时 ， Zn 为负极 ， MnO 2 为正极， 电子从负极 Zn 流向正极 MnO 2 ， 电流方向与电子流向相 反， 故 B 错误。 2. B 【解析】 Zn 发生氧化反应是负极， A 错误； 氧 化银发生还原反应是正极， B 正确； 当原电池中通过 0.1 mol 电子时， 负极质量减少， 物质的量减少 0.1 mol ， 所以负极质量应该减少 6.5 g ， C 错误； 原电池的电池反 应为 Zn+Ag 2 O+H 2 O Zn （ OH ） 2 +2Ag ， 反应过程中消耗溶 剂， 碱性增强， D 错误。 3. A 【解析】 负极为失电子的活泼金属， 发生氧化 反应。 4. A 【解析 】 负极发生的反应是铅失去电子生成 Pb 2+ ， 并与溶液中的 SO 2- 4 生成 PbSO 4 沉淀， 放电时消耗 的硫酸与充电时生成的硫酸相等， 故 H 2 SO 4 不用定期补 充， A 错误； 放电时， H 2 SO 4 被消耗， 溶液中的 H 2 SO 4 的物质的量浓度减小， 所以溶液的密度也随之减小， D 正确。 5. C 【解析】 从题图分析可知， 镍氢电池电解质溶 液为碱性。 放电时， 正极： NiO （ OH ） +H 2 O+e - Ni （ OH ） 2 + OH - ， 负极 ： MH+OH - -e - M+H 2 O ， 总反应为 MH+ NiO （ OH ） M+Ni （ OH ） 2 。 以上各式中 M 为金属合金 ， MH 为吸附了氢原子的储氢合金。 充电时， 负极作阴极， 阴极反应为 M+H 2 O+e - MH+OH - ， 故 C 错误； M 为储 氢合金， MH 为吸附了氢原子的储氢合金， 储氢材料， 其氢密度越大， 电池的能量密度越高， 故 D 正确。 6. D 【解析】 CO 发生失电子的氧化反应， 所以应 在负极通入， A 错误； 放电时， 阴离子 CO 2- 3 向负极移 动， B 错误； 温度和压强未知， 无法计算 CO 的物质的 量， 导致无法计算转移的电子数， C 错误； 该电池电解 质为固态时， 电解质中不含自由移动的离子， 则电池无 法工作， D 正确。 7. （ 1 ） H 2 H 2 +2OH - -2e - 2H 2 O O 2 O 2 +2H 2 O+ 4e - 4OH - （ 2 ） H 2 -2e - 2H + O 2 +4H + +4e - 2H 2 O （ 3 ） CH 4 +10OH - -8e - CO 2- 3 +7H 2 O O 2 +2H 2 O+4e - 4OH - 【解析】 （ 1 ） KOH 作电解质， 则负极通入的是 H 2 ， 因为电解质溶液显碱性， 所以氢气失去电子变成 H + 后将 与 OH - 结合生成水， 电极反应式为 H 2 +2OH - -2e - 2H 2 O 。 正极通入的是 O 2 ， 氧气得到电子变成 O 2- 后将与 H 2 O 结合生成 OH - ， 电极反应式为 O 2 +2H 2 O+4e - 4OH - 。 （ 2 ） 稀 H 2 SO 4 作电解质时， 溶液显酸性， 所以氧气得到 电子变成 O 2- 后将与 H + 结合生成水 ， 正极反应为 O 2 + 4H + +4e - 2H 2 O ， 负极反应为 H 2 -2e - 2H + 。 （ 3 ） 把 H 2 改为 CH 4 ， KOH 作导电物质， 则负极通入的是 CH 4 ， 因 为电解质溶液显碱性， 所以甲烷失去电子后将与 OH - 反 应生成水和 CO 2- 3 ， 利用反应前后电荷守恒， 配平负极反 应方程式： CH 4 +10OH - -8e - CO 2- 3 +7H 2 O 。 提升练习 1. A 【解析】 一级能源是指可以从自然界直接获取 的能源， 如水能、 风能、 太阳能、 地热能、 核能、 化石 燃料等； 由一级能源经过加工转换以后得到的能源， 称 为二级能源， 如电能、 蒸汽、 煤气、 汽油、 柴油、 水煤 气等， A 正确； 普通锌锰电池、 碱性锌锰电池等是一次 电池， B 错误； 铅蓄电池、 锂离子电池等是二次电池， C 错误； 燃料电池将一部分化学能转化为电能， 很少一 部分转化为热能， 能量转化率小于 100% ， D 错误。 2. B 【解析】 用吸附了 H 2 的碳纳米管材料制作的二 37 高中化学选择性必修 1 （人教版） 次电池 ， 碳纳米管作负极 ， 乙电极为正极 。 放电时 ， OH - 移向甲电极 （负极）， A 错误； 放电时， 乙电极是正 极， 电极反应式为 NiOOH+H 2 O+e - Ni （ OH ） 2 +OH - ， B 正确； 充电时， 充电器的负极与电池的负极相连， 即电 池的碳电极与直流电源的负极相连， C 错误； 原电池能 够提高能量的利用率， 但仍不能完全转化， 一般会伴有 热能放出等， D 错误。 3. C 【解析】 正极上通入空气， 氧气得电子发生还 原反应， 电极反应式为 O 2 +4e - 2O 2- ， C 错误。 4. B 【解析】 微生物燃料电池只能在常温下工作， A 错误； 放电过程为原电池反应， H + 应向正极迁移， C 错误； 由电池反应 C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 +6H 2 O 知， 每消 耗 1 mol O 2 理论上生成 1 mol CO 2 ， 即标况下 22.4 L ， D 错误。 5. A 【解析】 由图中 OH - 向 Y 电极移动， 判断 Y 电 极为负极， 故 Y 电极为镁电极， A 正确； 电池工作时 Na + 向正极移动， B 错误； Mg 作负极， 发生氧化反应生 成 Mg 2+ ， 与 OH - 结合生成 Mg （ OH ） 2 ， 溶液中 OH - 被消 耗， 故废液的 pH 小于 NaClO 溶液的 pH ， C 错误； X 电 极为正极， 发生还原反应， 电极方程式为 ClO - +2e - +H 2 O Cl - +2OH - ， D 错误。 6. D 【解析】 Li 从零价升至正价， 失去电子， 作负 极， A 正确； 反应逆向进行时， 反应物只有一种， 化合 价既有升， 又有降， 所以既发生氧化反应又发生还原反 应， B 正确； 由于 Li 可以与水反应， 故不能用水溶液作 为电解质溶液， C 正确； 原电池中阳离子向正极运动， 故 D 错误。 7. （ 1 ） 2CH 3 OH+3O 2 2CO 2 +4H 2 O （ 2 ） O 2 +4H + + 4e - 2H 2 O CH 3 OH+H 2 O-6e - CO 2 ↑+6H + （ 3 ） 正 负极 （ 4 ） 产物对环境无污染 【解析】 甲醇燃料电池中 CH 3 OH 作负极， 发生氧化 反应， 电极反应为 CH 3 OH+H 2 O-6e - CO 2 +6H + ； 氧气作 正极反应为 O 2 +4H + +4e - 2H 2 O ， 两反应相加得总反应 式。 在电池中， 负极释放电子传到正极上， 故 H + 向正极 移动。 甲醇反应产物为 CO 2 和 H 2 O ， 对环境无污染。 第二节 电解池 第 1 课时 电解原理 基础练习 1. B 【解析】 电解质溶液导电的过程就是电解的过 程， 是化学变化； 金属导电仅是电子的定向移动， 是物 理变化。 2. A 【解析】 电解池中， 阳离子向阴极移动， 阴离 子向阳极移动， 阴极与直流电源的负极相连， 阳极与直 流电源的正极相连， A 正确； 电解质的电离不需要通 电， B 错误； 阳极反应为 2Cl - -2e - Cl 2 ↑ ， 在阳极附近 可观察到黄绿色气体， C 、 D 两项错误。 3. B 【解析】 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液的 总反应是 2NaCl+2H 2 O 电解 2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ ， 故电解 一段时间后电解液呈碱性， A 、 D 错误； 阳极发生反应： 2Cl - -2e - Cl 2 ↑ ， 在阳极附近的溶液中滴入 KI 溶液时， 发生反应 2I - +Cl 2 2Cl - +I 2 ， 故溶液呈黄色， B 正确； 阴 极发生还原反应： 2H + +2e - H 2 ↑ ， 因而阴极附近的溶液 呈碱性， 滴入酚酞溶液变红， C 错误。 4. C 【解析】 等物质的量的 Ag + 、 Pb 2+ 、 SO 2- 4 、 Cl - 恰 好生成 AgCl 和 PbSO 4 沉淀， 所得电解质溶液为 NaNO 3 的水溶液， 用惰性电极电解， 实质是电解水， 阳极氧化 产物为 O 2 ， 阴极还原产物为 H 2 ， 其质量之比为 32 ∶ （ 2× 2 ） ＝8 ∶ 1 。 5. B 【解析】 电解 KNO 3 、 NaOH 溶液的实质都是电 解水， 电解质溶液的浓度均增大， KNO 3 溶液 pH 不变， NaOH 溶液的 pH 增大； 电解 HCl 溶液， 电解的是 HCl ， 盐酸的浓度降低， pH 增大； 电解 CuSO 4 溶液， 总反应 是 2CuSO 4 +2H 2 O 电解 2Cu+2H 2 SO 4 +O 2 ↑ ， pH 减小。 故 B 正确。 6. C 【解析】 由题意知， 以盐酸作电解质溶液， Ag 作阳极， 设计成电解池可实现该反应。 7. （ 1 ） 原电池 电解池 负 阳 （ 2 ） 2H + +2e - H 2 ↑ Cu 2+ +2e - Cu （ 3 ） 6.4 g 2.24 L （ 4 ） 无变 化 （ 5 ） 增大 增大 【解析】 （ 1 ） 甲装置为 Zn 、 Cu 和稀硫酸构成的原 电池， 其中 Zn 是负极， Cu 是正极； 乙装置是电解池， C 为阴极， Pt 为阳极。 （ 2 ） Cu 电极上发生还原反应： 2H + +2e - H 2 ↑ ； C 电极上发生还原反应： Cu 2+ +2e - Cu 。 （ 3 ） 根据电子守恒， 当甲中产生 0.1 mol H 2 时， 电路中 通过 0.2 mol 电子， 乙中析出 0.1 mol Cu 和放出 0.1 mol Cl 2 。 （ 4 ） 若将乙中两个电极都换成铜， 则阳极不再是 Cl - 放电， 而是阳极铜失电子被氧化， 相应的在阴极析出 等量的铜， 溶液中 Cu 2+ 的浓度基本不变， 溶液的颜色基 本不变。 （ 5 ） 若将乙中溶液换成饱和 NaCl 溶液， 则乙 装置就是电解饱和食盐水的装置， 电极反应为 2NaCl+ 2H 2 O 电解 2NaOH+H 2 ↑+Cl 2 ↑ ， 故电解后溶液的 pH 增 大。 反应时甲溶液中消耗了 H + ， 溶液酸性减弱， pH 也 增大。 提升练习 1. D 【解析 】 电解 CuSO 4 溶液的化学方程式为 2CuSO 4 +2H 2 O 电解 2Cu+O 2 ↑ +2H 2 SO 4 ， 由 此 可 知 ， 若 CuSO 4 溶液足够， 电解后加入 CuO 就可以复原。 题干加 入 0.1 mol Cu （ OH ） 2 可以复原， 说明电解过程中不仅有 38 第四章 化学反应与电能 练 知识点 １ 一次电池 1. 碱性锌锰电池的总反应为 Zn+2MnO 2 + 2H 2 O Zn （ OH ） 2 +2MnOOH ， 下列说法不 正确的是 （ ） A. 该电池中 Zn 为负极 ， MnO 2 为正极 ， 电解质溶液是 KOH 溶液 B. 放电时外电路电流由 Zn 极流向 MnO 2 极 C. 电池工作时 OH - 向锌极移动 D. 该电池的正极反应为 MnO 2 +e - +H 2 O MnOOH+OH - 2. 纽扣电池的两极材料分别为锌和氧化银， 电解质溶液为 KOH 溶液。 放电时两个电 极反应分别为： Zn+2OH - -2e - Zn （ OH ） 2 ， Ag 2 O+H 2 O+2e - 2Ag+2OH - 。 下列说法中， 正确的是 （ ） A. 锌是负极， 发生还原反应 B. 氧化银是正极， 发生还原反应 C. 当电池中通过 0.1 mol 电子时， 负极质 量减少 6.5 g D. 在电池放电过程中， 电解质溶液的酸 碱性基本保持不变 3. 已知空气—锌电池的电极反应式为： （锌） Zn+2OH - -2e - ZnO+H 2 O ， （石墨） 1 2 O 2 +H 2 O+2e - 2OH - 。 据此判断锌片是 （ ） A. 负极， 并被氧化 B. 负极， 并被还原 C. 正极， 并被氧化 D. 正极， 并被还原 知识点 2 二次电池 4. 生产铅蓄电池时， 在两极板上的铅、 锑合 金上均匀涂上膏状的 PbSO 4 ， 干燥后再安 装， 充电后即可使用， 发生的反应是： 2PbSO 4 +2H 2 O 充电 放电 PbO 2 +Pb+2H 2 SO 4 。 下列对铅蓄电池的说法中错误的是 （ ） A. 需要定期补充硫酸 B. 工作时铅是负极， PbO 2 是正极 C. 工作时负极上发生的反应是 Pb-2e - + SO 2- 4 PbSO 4 D. 工作时电解质溶液的密度减小 5. 如图是在航天用高压 氢镍电池基础上发展 起来的一种金属氢化 物镍电池 （ MH-Ni 电 池）。 下列有关说法不 正确的是 （ ） A. 放电时正极反应： NiO （ OH ） +H 2 O+e - Ni （ OH ） 2 +OH - B. 电池的电解液可为 KOH 溶液 C. 充电时负极反应： MH+OH - -e - H 2 O+M D. MH 是一类储氢材料， 其氢密度越大， 电池的能量密度越高 第 2课时 化学电源 基 础 练 习 MH NiO （ OH ） 隔膜 镍丝网 第 5 题图 95 练 高中化学选择性必修 1 （人教版） 知识点 3 燃料电池 6. 原电池发生的反应是可自发进行的氧化还 原反应， CO/O 2 燃料电池以熔融状态的碳 酸盐为电解质， 下列说法正确的是 （ ） A. CO 在正极通入 B. CO 2- 3 在电池内部向正极移动 C. 当有 22.4 L CO 参加反应时， 电路中有 2 mol 电子发生转移 D. 该电池电解质为固态时， 电池无法工作 7. （ 1 ） 美国 “阿波罗” 号宇宙飞船中使用的 氢氧燃料电池， 其构造如下图所示： KOH 作电解质， 其反应为 2H 2 +O 2 2H 2 O ， 则负极通入的是 ， 电极反应式为 ； 正极通入的是 ， 电极反应 式为 。 （ 2 ） 如把 KOH 改为稀 H 2 SO 4 作电解质 ， 则电极反应式： 负极 ， 正极 。 （ 3 ） 如把 H 2 改为 CH 4 ， KOH 作导电物质， 则电极反应式： 负极 ， 正极 。 H 2 O H + OH - H + OH - H 2 O A a 电极 b 电极电解液 氧气入口氢气入口 第 7 题图 1. 下列说法正确的是 （ ） A. 流水、 风力是一级能源， 电力、 蒸汽 是二级能源 B. 普通锌锰电池是一次电池， 碱性锌锰 电池是二次电池 C. 铅蓄电池是一次电池， 锂离子电池是 二次电池 D. 燃料电池的能量转化率可达 100% 2. 2016 年 8 月， 联合国开发计划署在中国 的首个 “氢经济示范城市” 落户于江苏如 皋。 用吸附了 H 2 的碳纳米管材料制作的 二次电池的原理如图所示。 下列说法正确 的是 （ ） A. 放电时， 甲电极为正极， OH - 移向乙 电极 B. 放电时 ， 乙电极反应式为 NiOOH+ H 2 O+e - Ni （ OH ） 2 +OH - C. 充电时， 电池的碳电极与直流电源的 正极相连 D. 放电时， 化学能完全转化为电能 3. 科学家制造出一种使用固体电解质的燃料 电池， 其效率更高。 一个电极通入空气， 提 升 练 习 NiOOH Ni （ OH ） 2 KOH 溶液 碳 纳 米 管 甲 乙 充电器 用电器 第 2 题图 96 第四章 化学反应与电能 练 另一电极通入汽油蒸气， 其中电池的电解 质是掺杂了 Y 2 O 3 （ Y 为钇） 的 ZrO 2 （ Zr 为锆） 晶体， 它在高温下能传导 O 2- 。 若 以丁烷 （ C 4 H 10 ） 代表汽油， 总反应式为 2C 4 H 10 +13O 2 8CO 2 +10H 2 O 。 有关该电池 的说法错误的是 （ ） A. 该电池负极的电极反应式为 C 4 H 10 + 13O 2- -26e - 4CO 2 +5H 2 O B. O 2- 向负极移动 C. 该电池正极的电极反应式 ： O 2 +4e - + 2H 2 O 4OH - D. 丁烷在放电时发生氧化反应 4. 以葡萄糖为燃料的微 生物燃料电池结构示 意图如图所示 。 关于 该电池的叙述正确的 是 （ ） A. 该电池能够在高温下工作 B. 电池的负极反应： C 6 H 12 O 6 +6H 2 O-24e - 6CO 2 ↑+24H + C. 放电过程中， H + 从正极区向负极区迁移 D. 在电池反应中， 每消耗 1 mol 氧气理论 上能生成标准状况下 CO 2 气体 22.4 6 L 5. 燃料电池具有能量转化率高、 无污染等特 点， 如图为 Mg-NaClO 燃料电池的结构 示意图。 下列说法正确的是 （ ） A. Y 电极为镁电极 B. 电池工作时 Na + 向负极移动 C. 废液的 pH 大于 NaClO 溶液的 pH D. X 电极上发生的反应为 ClO - +2H 2 O-4e - ClO - 3 +4H + 6. 市场上经常见到的标记为 Li-ion 的电池 称为 “锂离子电池”。 它的负极材料是金 属锂和碳的复合材料 （碳作为金属锂的载 体）， 电解质为一种能传导 Li + 的高分子材 料。 这种锂离子电池的电池反应式为 Li+ 2Li 0.35 NiO 2 放电 充电 2Li 0.85 NiO 2 ， 下列说法不正 确的是 （ ） A. 放电时， 负极的电极反应式： Li-e - Li + B. 充电时， Li 0.85 NiO 2 既发生氧化反应又发 生还原反应 C. 该电池不能用水溶液作为电解质溶液 D. 放电过程中 Li + 向负极移动 7. 某种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为 电极催化剂， 在稀硫酸电解液中直接加入 纯化后的甲醇， 同时向一个电极通入空 气。 回答下列问题： （ 1 ） 这种电极放电时发生的化学反应方程 式是 。 （ 2 ） 此电极的正极发生的电极反应式是 。 负极发生的电极反应式是 。 （ 3 ） 电解液中的 H + 向 极移动 ， 向外电路释放电子的电极是 。 （ 4 ） 比起直接燃烧燃料产生电力， 使用燃 料电池有许多优点， 其中主要有两 点： 首先是燃料电池能量转化效率 高， 其次是 。 电 极 X 电 极 Y OH - 废液 NaClO 溶液 第 5 题图 CO 2 O 2 H 2 O C 6 H 12 O 6 微 生 物 用电器 原子交换膜 第 4 题图 97