专题1 第2单元 第2课时 化学电源-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评课件PPT（苏教版2019）

专题1　化学反应与能量变化 第二单元　化学能 与电能的转化 第2课时　化学电源 预习作业 01 课时作业 02 目录 CONTENTS 预习作业 (建议用时：15分钟) 1．一次电池(以碱性锌锰电池为例) (1)负极：________，正极：________，电解质：________。 (2)电极反应 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：__________________________________________， 电池总反应：______________________________________________。 Zn MnO2 KOH 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 2MnO2＋Zn＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 预习作业 PbO2 Pb H2SO4 氧化 还原 预习作业 逆过程 放电 还原 氧化 充电 预习作业 3．燃料电池(以氢氧燃料电池为例) 在氢氧燃料电池的正极通入______，负极通入________，以KOH为电解质时，负极反应为__________________________，正极反应为_______________________，电池反应为__________________。 O2 H2 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O 预习作业 1．下列说法错误的是(　　) A．化学电源是将化学能转化为电能的装置 B．化学电源中电解质溶液的作用是传递电子 C．碱性锌锰电池以锌作负极，KOH为电解质 D．铅蓄电池是一种二次电池，以PbO2作正极 解析　化学电源中，电子不会进入电解质溶液中，电解质溶液的作用是形成闭合回路，提供反应环境，有时还可提供反应物，B错误。 答案 解析 预习作业 解析　铅蓄电池充电和放电是两个相反的过程，硫酸在使用过程中没有损耗，不需定期补充。 答案 解析 预习作业 3．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为(　　) A．H2＋2OH－－2e－===2H2O B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O C．H2－2e－===2H＋ D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 答案 解析 解析　负极失电子，则B、D错误；电解质为磷酸，故A错误，C正确。 预习作业 课时作业 (建议用时：40分钟) 解析　原电池中阳离子向正极移动，C错误。 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2．可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是(　　) A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [方法技巧]　电极反应式的书写 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 解析 解析　放电过程中OH－向负极移动，A错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．工作时，溶液中OH－向电极a移动 B．a的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5 D．O2在电极b上发生还原反应 答案 解析 解析　电池总反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，消耗NH3与O2的物质的量之比为4∶3，C错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析　酸性乙醇燃料电池的负极反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，正极上O2得电子，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，A正确，D错误；由正极反应式可知，若有0．4 mol e－转移，则应有0．1 mol氧气被还原，在标准状况下的体积为2．24 L，B错误；电解质溶液中的H＋应向正极移动，C错误。 5．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　) A．电池总反应式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O B．若有0．4 mol e－转移，则在标准状况下消耗4．48 L氧气 C．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 17 [解题规律]　燃料电池电极反应式的书写方法 第一步：写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加和后的反应。例如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)中发生的反应： ①CH4＋2O2===CO2＋2H2O ②CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O ①＋②得总反应式为 CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 解析 解析　充电时，Li电极作阴极，硅氧材料电极作阳极，硅氧材料电极质量减小，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 7．科学家开发了一种高能量密度的锂硫电池。其装置如图所示，当电池放电时，S8与Li＋在多孔碳粒材料处生成Li2Sx(x为1～8)。下列说法正确的是(　　) A．放电时，电流由锂电极经用电器流向多孔碳粒材料 B．放电时，正极上的电极反应式为xS8＋16e－＋16Li＋===8Li2Sx C．充电时，电路上通过2 mol电子，理论上阴极质量减少14 g D．非水电解质可以用“超强酸”HSbF6代替 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 解析　放电时，锂电极为电源负极，电流由多孔碳粒材料经用电器流向锂电极，A错误；充电时，阴极发生还原反应，电路上通过2 mol电子，理论上阴极生成2 mol Li，故质量增加14 g，C错误；电极材料为活泼金属锂，锂能与酸反应，故非水电解质不可以用“超强酸”HSbF6代替，D错误。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析　根据原电池原理及图示电池构造分析，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，则负极H2S失电子发生氧化反应，正极O2得电子发生还原反应，电极a为电池的负极，故A错误；原电池中阴离子向负极移动，则O2－由电极b移向电极a，故B错误；未注明是否为标准状况，无法确定11．2 L O2的物质的量，故D错误。 8．H2S燃料电池应用前景非常广阔，该电池示意图 如右。下列说法正确的是(　　) A．电极a是正极 B．O2－由电极a移向电极b C．电极a的反应式为2H2S＋2O2－－4e－===S2＋2H2O D．当通入11．2 L O2时，转移电子数为2NA 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 10．近年来AIST正在研制一种高容量、低成本的锂－铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O ===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是(　　)  A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动 B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋ 2e－===2Cu＋2OH－ C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O D．整个反应过程中，铜相当于催化剂 答案 解析 解析　放电时，锂是负极，发生失电子的氧化反应；在电池内部Li＋(阳离子)透过固体电解质向正极(铜电极)移动；由题意可知，通空气时铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O又转化成铜，整个反应过程中，铜相当于催化剂。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 11．(2023·广东省六校联考)实验室可利用如 图所示微生物电池将污水中的CH3NO2转化为无毒 无害的物质并产生电能(M、N均为石墨电极)。有 关该电池工作时的说法，不正确的是(　　) A．该电池在微生物作用下将化学能转化为电能 B．负极的电极反应式为2CH3NO2－6e－===2CO2↑＋N2↑＋6H＋ C．当外电路转移4 mol e－时，有4NA个质子通过质子交换膜由乙室流向甲室 D．电势N>M 答案 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 解析　该电池是原电池，电池在微生物作用下将化学能转化为电能，A正确；负极上CH3NO2失去电子，发生氧化反应，产生N2、CO2，电极反应式为2CH3NO2－6e－===2CO2↑＋N2↑＋6H＋，B正确；放电过程中H＋由甲室流向乙室，C错误；正极电势高于负极电势，D正确。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析　由题意知，该电池的放电过程是Na＋在正负极间的嵌入与脱嵌过程，故不存在钠单质失电子，A错误。 12．(2023·广东省六校联考)钠离子电池具有低 成本、高安全性及其他优异电化学属性，是锂资源不 足的有效补充，在其充、放电过程中，Na＋在两电极 间往返嵌入与脱嵌。下列说法不正确的是(　　) A．放电时负极区钠单质失去电子 B．充电时Na＋由B极向A极移动 C．由于未使用稀缺的锂、钴元素，量产后该电池生产成本比锂离子电池低 D．该电池一种正极材料为NaFe[Fe(CN)6]，充电时的电极反应为Na1＋xFe[Fe(CN)6]－xe－===NaFe[Fe(CN)6]＋xNa＋ 答案 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 二、非选择题 13．(1)研究人员最近发明了一种“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，在海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl。 ①该电池的负极反应式是__________________________________。 ②在电池中，Na＋不断移动到“水”电池的________极(填“正”或“负”)。 ③外电路中每通过4 mol电子，生成的 Na2Mn5O10的物质的量是________。 答案 Ag－e－＋Cl－===AgCl 正 2 mol 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)中国科学院应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示： ①该电池工作时，b口通入的物质为___________。 ②该电池负极的电极反应式：___________________________________。 ③工作一段时间后，当6．4 g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA个电子转移。 答案 CH3OH CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ 1.2 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 14．(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池的结构示意图如图所示： ①A为微生物燃料电池的________极。 ②正极的电极反应式为________________________。 ③放电过程中，H＋由______(填“正”或“负”，下同)极区向________极区迁移。 ④在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。 答案 正 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 负 正 22．4 L 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。 请回答下列问题： ①a极的电极反应式为_______________________。 ②工作时，O2－由电极________(填“a”或“b”，下同)向电极________移动。 ③电子由电极________通过传感器流向电极________。 答案 CO＋O2－－2e－===CO2 b a a b 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 解析 解析　 (1)燃料电池通入O2的一极为正极，由图可知A为燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋。放电过程中，H＋由负极区向正极区移动。葡萄糖燃料电池的总反应式为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下的CO2气体22．4 L。 课时作业 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 　　　　　　　　　　　　　 R 2．二次电池(以铅蓄电池为例) (1)铅蓄电池的正极板上覆盖_______，负极板上覆盖______，电解质是________。 (2)放电时 负极：________________________(________反应) 正极：PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O(________反应) 总反应：________________________________________________。 Pb＋SOeq \o\al(2－,4)－2e－===PbSO4 Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq \o\al(2－,4)===2PbSO4＋2H2O (3)充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的__________。 阴极：________________________(________反应) 阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)(________反应) 总反应：_________________________________________________。 上述充、放电反应可写成如下化学方程式： Pb＋PbO2＋2H2SO4eq \o(,\s\up25(（　　　　）),\s\do19(（　　　　）))2PbSO4＋2H2O PbSO4＋2e－===Pb＋SOeq \o\al(2－,4) 　2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋4H＋＋2SOeq \o\al(2－,4) 2．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PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是：2PbSO4＋2H2Oeq \o(,\s\up17(充电),\s\do15(放电))PbO2＋Pb＋2H2SO4。 下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　) A．需要定期补充硫酸 B．工作时铅是负极，PbO2是正极 C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SOeq \o\al(2－,4)===PbSO4 D．工作时电解质溶液的密度减小 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．(2023·广州市高三年级一模)Li­O2电池比能量高，可用于汽车、航天等领域。电池反应式为2Li＋O2eq \o(,\s\up17(放电),\s\do15(充电))Li2O2，放电时，下列说法不正确的是(　　) A．Li在负极失去电子 B．O2在正极发生还原反应 C．阳离子由正极移向负极 D．化学能转化成电能 解析　铝作负极，铝失电子，中性溶液(NaCl)中的负极反应为Al－3e－===Al3＋，碱性溶液(NaOH)中的负极反应为Al＋4OH－－3e－===AlOeq \o\al(－,2)＋2H2O，B错误；在碱性电解液中总的电池反应式为4Al＋3O2＋4OH－===4AlOeq \o\al(－,2)＋2H2O，溶液pH降低，C错误；电池工作时，电子从负极流向正极，D错误。 3．(2023·江阴市高三阶段测试)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D­Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D­Zn­NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn＋2NiOOH＋H2Oeq \o(,\s\up17(放电),\s\do15(充电))ZnO＋2Ni(OH)2。下列说法错误的是(　　) A．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区 B．充电时阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O C．放电时负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O D．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高 第二步：写出电池的正极反应式 根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同。常见的有以下四种情况： (1)酸性电解质溶液：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (2)碱性电解质溶液：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)固体电解质(高温下能传导O2－)：O2＋4e－===2O2－。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)：O2＋2CO2＋4e－===2COeq \o\al(2－,3)。 第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出负极反应式，电池的总反应式－正极反应式＝负极反应式。注意在将两个反应式相减时，要消去正极的反应物O2。 6．某科研小组在研究硅氧材料的电化学性能时，将硅氧材料作为正极，金属锂作为负极，非水体系的LiPF6作为电解液，起在正、负极间传递Li＋的作用，且充、放电时电解液所含的物质种类不发生变化。电池放电时的总反应为5SiO2＋(4＋x)Li===2Li2Si2O5＋LixSi。下列说法中错误的是(　　) A．硅氧材料导电性差，可与石墨形成复合物以增强电极的导电性 B．电池充电时，电解液中的Li＋向锂电极移动 C．放电时的正极反应为5SiO2＋(4＋x)Li＋＋(4＋x)e－===2Li2Si2O5＋LixSi D．电池充电时，外电路转移1 mol电子，则硅氧材料的质量增重eq \f(28＋7x,x) g 9．(2023·邵阳市高三联考)甲酸燃料电池与传统氢气燃料电池相比更容易储存和运输，如图是研究甲酸燃料电池性能的装置，两电极之间用阳离子交换膜隔开，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，电流由a电极经外电路流向b电极 B．负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCOeq \o\al(－,3)＋H2O C．放电时，1 mol HCOO－转化为KHCO3时，消耗0．5 mol O2 D．理论上每消耗1 mol O2，有4 mol K＋通过阳离子交换膜 解析　b电极Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，b是正极、a是负极，电池工作时，电流由b电极经外电路流向a电极，故A错误；负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCOeq \o\al(－,3)＋H2O，故B正确；放电时， 1 mol HCOO－转化为KHCO3时失2 mol电子，根据得失电子守恒，消耗0．5 mol O2，故C正确；理论上每消耗1 mol O2，转移4 mol电子，根据电荷守恒，有4 mol K＋由负极通过阳离子交换膜进入正极区，故D正确。 解析　(1)①根据题给电池反应可判断出Ag应为原电池的负极，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl；②在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动；③根据电池反应方程式可知每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子，则外电路中每通过4 mol电子，生成的Na2Mn5O10的物质的量是2 mol。 (2)①据氢离子的移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇；③根据CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋知，当6．4 g甲醇完全反应生成CO2时，转移的电子的物质的量为eq \f(6.4 g,32 g·mol－1)×6＝1．2 mol，则转移的电子的个数为1．2NA。 $$