1.2 第2课时 化学电源（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（鲁教版2019）

第2课时　化学电源 基础过关练 题组一　一次电池及工作原理 1.(经典题)普通锌锰干电池的简图如图所示,在碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物,并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜,隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状的电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 [Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是 (　　) A.当该电池电压逐渐下降后,利用电解原理能重新充电复原 B.电池负极反应式为2MnO2+2N+2e- Mn2O3+2NH3+H2O C.电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极 D.外电路中每通过0.1 mol电子,锌的质量理论上减少6.5 g 2.电池中负极反应物与电解质溶液或正极反应物接触直接反应会降低电池的能量转化效率,称为自放电现象。下列关于原电池和干电池的说法不正确的是 (　　) A.两者正极材料不同 B.两者负极反应相同 C.碱性锌锰干电池中两极反应物间有隔膜,可防止自放电 D.原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象 题组二　二次电池及工作原理 3.铅蓄电池构造示意图如下所示,下列说法中错误的是 (　　) A.在放电时,该电池的正极、负极质量均增加 B.在放电时,电池中硫酸的浓度减小 C.当两极物质都转化为PbSO4时,铅蓄电池将停止工作 D.在放电时,正极发生的反应为Pb+S PbSO4+2e- 4.中科院研究了一款独特的锂—氮电池,电解质溶液为可传导Li+的有机溶液,该电池可实现N2的循环,并对外提供电能。充电时发生的反应为2Li3N N2↑+6Li。下列说法不正确的是 (　　) A.锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能的途径 B.放电时,Li被N2氧化 C.放电时,乙电极发生的反应为N2+6e- 2N3- D.理论上该电池每完成一个充、放电周期,电池的总质量不会发生改变 5.三维多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO,强碱性3D-Zn-NiOOH二次电池结构如图所示,放电时电池反应为Zn+2NiOOH+H2O ZnO+2Ni(OH)2。下列说法正确的是 (　　) A.充电时阳极反应为Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O B.充电时导电线圈应与外接直流电源的负极相连 C.放电时电解质溶液碱性减弱 D.放电时每沉积0.1 mol ZnO,有0.1 mol OH-通过隔膜 题组三　燃料电池 6.一种铝—空气电池放电过程示意图如下,下列说法正确的是 (　　) A.a极为负极,放电时发生氧化反应 B.放电时OH-向b极迁移 C.外电路中,电流从a极流向b极 D.该电池正极电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O 7.LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是 (　　) A.a处通入氧气,b处通入氢气 B.通入H2的电极发生反应:H2-2e- 2H+ C.通入O2的电极发生反应:O2+4e-+2H2O 4OH- D.该装置将化学能最终转化为电能 8.(1)某种甲醇微生物燃料电池示意图如下: ①外电路中电子的移动方向为　　　　　　(填“从A到B”或“从B到A”)。  ②A电极附近甲醇发生的电极反应为　　　　　　　　。  (2)以氨气为燃料的固体氧化物(含有O2-)燃料电池,其工作原理如图所示。 ①该电池工作时的总反应方程式为　　　　　　　　　　　。  ②固体氧化物为该燃料电池的电解质,O2-　　　　　　　　　　　　(填“由电极a向电极b”或“由电极b向电极a”)移动。  ③该电池工作时,在接触面上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 能力提升练 题组一　新型化学电源的应用 1.某污水处理厂利用微生物电池将镀铬废水中的Cr2催化还原,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　) A.电池工作过程中电子由b极流向a极 B.b极的电极反应式为Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O C.电池工作过程中,a极区有H+生成 D.每处理1 mol Cr2,可生成33.6 L(标准状况下)CO2 2.一种液态肼(N2H4)燃料电池被广泛应用于发射通信卫星、战略导弹等的运载火箭中。该燃料电池以固体氧化物为电解质,生成物为无毒无害的物质。下列有关该电池的说法正确的是 (　　) A.电子沿“电极a→用电器→电极b→电解质→电极a”的路径流动 B.电极a上的电极反应式为N2H4+2O2-+4e- N2↑+2H2O C.当电极a上消耗1 mol N2H4时,电极b上被氧化的O2在标准状况下的体积约为22.4 L D.该电池常温时不能工作 3.Hg-Hg2SO4标准电极在生活中常用于测定其他电极的电势,测知Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是 (　　) A.K2SO4溶液可用CCl4代替 B.Hg-Hg2SO4电极反应为Hg2SO4-2e- 2Hg+S C.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用 D.若把Cu-CuSO4体系换作Zn-ZnSO4体系,电压表的示数变大 4.下图是“海水—河水”浓差电池装置示意图(不考虑溶解氧的影响),其中a、b均为Ag/AgCl复合电极,b的电极反应式为AgCl+e- Ag+Cl-。下列说法正确的是 (　　) A.a的电极反应式为Ag-e- Ag+ B.内电路中,Na+由b极区向a极区迁移 C.工作一段时间后,两极区NaCl溶液的浓度差增大 D.电路中转移1 mol e-时,理论上a极区模拟海水的质量减少58.5 g 5.我国科学家发明了一种Zn-PbO2电池,可广泛应用于汽车起动、照明和电力系统等领域。电解质分别为K2SO4、H2SO4和KOH,由a和b两种离子交换膜隔开,形成A、B、C三个电解质溶液区域,结构示意图如图所示: (1)电池中,Zn为　　　极,B区域的电解质为　　　　　(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。  (2)电池总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)阳离子交换膜为图中的　　　(填“a”或“b”)膜。  (4)此电池中,消耗6.5 g Zn,理论上可产生的容量(电荷量)为　　mAh (1 mAh=3.6 C,1 mol电子的电荷量为96 500 C,结果保留整数)。  题组二　锂电池与非水系电池 6.我国报道了一种新型Li-NO2电池,为NO2的治理和再利用提供了新的研究思路,其工作原理如图所示。电池放电时的总反应为2Li+NO2 Li2O+NO。下列有关该电池工作时的说法不正确的是 (　　) A.电流的方向:b极→外电路→a极 B.b极的电极反应:NO2+2e-+2Li+ Li2O+NO C.电解液中Li+向b极附近迁移 D.当外电路通过1 mol e-时,b极质量增加7 g 7.(不定项)一种锂离子电池的结构如图所示,电池反应为LixC6+Li1-xCoO2 C6+LiCoO2(x<1)。下列说法正确的是 (　　) A.充电时a极接外电源的正极 B.放电时Li+在电解质中由a极向b极迁移 C.充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将减少0.14 g D.该废旧电池进行“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收 8.以Fe[Fe(CN)6]为代表的新型可充电钠离子电池,其放电工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　) A.放电时,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6] B.充电时,Mo箔接电源的正极 C.放电时,Na+通过离子交换膜从右室移向左室 D.外电路通过0.2 mol电子时,负极质量变化为1.2 g 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.C 2.B 3.D 4.C 5.A 6.A 7.C 1.C　普通锌锰干电池是一次电池,不能充电复原,A项错误;根据原电池工作原理,负极发生失电子的氧化反应,B项错误;原电池工作时,电子从负极通过外电路流向正极,C项正确;根据电池工作时的总反应为Zn+2N+2MnO2 [Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O,可知每通过0.1 mol电子,理论上消耗锌的质量是65 g·mol-1×=3.25 g,D项错误。 2.B　铜锌原电池的正极材料是金属铜,碱性锌锰干电池的正极材料是MnO2和石墨,A正确;两装置中电解质的酸、碱性不同,负极反应不同,铜锌原电池负极的电极反应为Zn-2e- Zn2+,碱性锌锰干电池负极的电极反应为Zn-2e-+2OH- ZnO+H2O,B错误;碱性锌锰干电池中两极反应物间有隔膜,可以阻止负极反应物与电解质或正极反应物接触直接反应,从而防止自放电,C正确;铜锌原电池中,锌和稀H2SO4直接接触发生反应,该原电池存在自放电现象,D正确。 3.D　放电时,负极上Pb PbSO4,正极上PbO2 PbSO4,正极、负极固体的质量都增加,A正确;放电时,电池总反应为Pb+2H2SO4+PbO2 2PbSO4+2H2O,消耗硫酸,硫酸浓度减小,B正确;当两极物质都转化为PbSO4时,两电极电势差为0,铅蓄电池将停止工作,C正确;放电时,正极的电极反应为PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O,D错误。 4.C　锂—氮电池放电时消耗N2,充电时释放N2,实现了N2的循环,为绿色固氮提供了一种可能的途径,A正确;二次电池充电时和放电时互为逆过程,锂—氮电池充电时发生的反应为2Li3N N2↑+6Li,则放电时发生的反应为N2+6Li 2Li3N,Li为负极反应物,被氧化为Li3N,乙电极为正极,电极反应为N2+6e-+6Li+ 2Li3N,B正确、C错误;根据电池充电、放电时发生的反应,可知理论上该电池每完成一个充、放电周期,电池的总质量不会发生改变,D正确。 5.A　由放电时电池总反应Zn+2NiOOH+H2O ZnO+2Ni(OH)2可知,Zn失电子,发生氧化反应,则三维多孔海绵状Zn为负极,电极反应式为Zn+2OH--2e- ZnO+H2O,导电线圈为正极,电极反应式为NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,则充电时导电线圈为阳极,阳极反应式为Ni(OH)2+OH--e- NiOOH+H2O,A正确;充电时,阳极(导电线圈)与外接直流电源的正极相连,B错误;由放电时电池总反应可知,强碱性溶液中水的量减少,则溶液中c(OH-)增大,电解质溶液的碱性增强,C错误;放电时每沉积0.1 mol ZnO转移0.2 mol e-,有0.2 mol OH-通过隔膜,D错误。 名师点睛 二次电池工作原理 (1)二次电池放电、充电时的电极 即充电时,负极接电源负极,为阴极,正极接电源正极,为阳极。 (2)二次电池放电、充电时电极反应式的关系 6.A　由题图可知,放电时a极为负极,铝失去电子在碱性条件下转化为[Al(OH)4]-,电极反应式为Al-3e-+4OH- [Al(OH)4]-,A正确;放电时OH-向负极(a极)迁移,B错误;放电时,外电路中电流从正极(b极)流向负极(a极),C错误;在碱性条件下,O2在正极得到电子生成OH-,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,D错误。 归纳总结 燃料电池中,氧化剂在正极发生还原反应,氧化剂为O2时常见的几种正极反应式: 碱性电解液:O2+4e-+2H2O 4OH-; 酸性电解液:O2+4e-+4H+ 2H2O; 固体或熔融电解质(可传导O2-):O2+4e- 2O2-; 熔融碳酸盐作电解质:O2+4e-+2CO2 2C。 7.C　根据LED发光二极管中电子移动方向知,b是正极、a是负极,氢氧燃料电池中,负极上通入氢气、正极上通入氧气,则a处通入氢气,b处通入氧气,故A错误;负极上氢气失电子,电极反应为H2-2e-+2OH- 2H2O,故B错误;正极上O2得电子,电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-,故C正确;原电池将化学能转化为电能,电能通过LED发光二极管,最终转化为光能,部分还转化为热能,故D错误。 8.答案　(1)①从A到B　②CH3OH+H2O-6e- CO2↑+6H+ (2)①4NH3+3O2 2N2+6H2O　②由电极b向电极a　③2NH3+3O2--6e- N2+3H2O 解析　(1)①根据图示可知:在A电极上甲醇失去电子被氧化产生CO2,A电极为负极,该电池外电路电子的移动方向为从电极A到电极B。②酸性条件下,甲醇在负极发生氧化反应生成CO2,电极反应式为CH3OH+H2O-6e- CO2↑+6H+。 (2)①该燃料电池的总反应方程式为4NH3+3O2 2N2+6H2O。②燃料电池中,通入燃料的一极为负极,通入氧化剂的一极为正极,即通入氨气的一极为负极,原电池中阴离子向负极移动,即O2-由电极b向电极a移动。③负极上氨气失去电子发生氧化反应,负极反应式为2NH3+3O2--6e- N2+3H2O。 能力提升练 1.A 2.D 3.D 4.D 6.D 7.AD 8.D 1. A　由题图可知,在b极,Cr2在微生物作用下被还原生成Cr3+,在a极,CH3COOH在微生物作用下被氧化生成CO2,所以a极为负极,b极为正极。电池工作时电子由a极(负极)流向b极(正极),A错误;Cr2在正极得电子发生还原反应生成Cr3+,b极的电极反应式为Cr2+14H++6e- 2Cr3++7H2O,B正确;CH3COOH在负极失电子发生氧化反应生成CO2,电极反应式为CH3COOH+2H2O-8e- 2CO2↑+8H+,放电时生成H+,则a极区有H+生成,C正确;处理1 mol Cr2时,反应转移6 mol e-,由得失电子守恒可知,负极上生成CO2为6 mol×=1.5 mol,在标准状况下的体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1 =33.6 L,D正确。 2.D　燃料电池工作时,电子不能经过电解质,A错误;由题给示意图可知,通入N2H4的一极为负极,在氧离子参与下,N2H4在负极上失去电子发生氧化反应生成氮气和水,B错误;通入O2的一极为正极,O2在正极得到电子发生还原反应生成氧离子,电极反应式为O2+4e- 2O2-,电池总反应为N2H4+O2 N2+2H2O,当电极a上消耗1 mol N2H4时,电极b上有1 mol O2被还原,在标准状况下的体积约为22.4 L,C错误;该燃料电池以固体氧化物为电解质,需要高温条件,该电池在常温下不能工作,D正确。 3.D　根据“Hg-Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势”可知Hg-Hg2SO4为正极,Cu为负极。CCl4不导电,则不能用CCl4代替K2SO4溶液,A项错误;Hg-Hg2SO4为正极,得电子发生还原反应,电极反应式为Hg2SO4+2e- 2Hg+S,B项错误;原电池工作时,电解质溶液中阴、阳离子会定向移动,则离子能通过微孔瓷片,否则不能形成闭合回路,C项错误;换作Zn-ZnSO4体系,Zn比Cu活泼,更容易失去电子,Zn与Hg活泼性差异更大,电压表的示数变大,D项正确。 4.D　分析装置图,提炼信息: 5.答案　(1)负　K2SO4 (2)PbO2+4H++S+Zn+4OH- PbSO4+Zn(OH+2H2O (3)a (4)5 361 解析　(1)根据Zn失去电子生成Zn(OH,可知Zn为负极,则A区域电解质是KOH,正极上PbO2放电转化为PbSO4,C区域电解质是H2SO4,故B区域电解质是K2SO4。 (2)负极的电极反应式为Zn-2e-+4OH- Zn(OH,正极的电极反应式为PbO2+4H++S+2e- PbSO4+2H2O,则电池总反应为PbO2+4H++S+Zn+4OH- PbSO4+Zn(OH+2H2O。 (3)A区域电解质是KOH,OH-参与电极反应生成Zn(OH,负电荷减少,为了维持溶液呈电中性,K+通过离子交换膜a进入B区域,因此a膜为阳离子交换膜。 (4)6.5 g Zn的物质的量是0.1 mol,参加反应时电路中转移0.2 mol电子,1 mol电子的电荷量为96 500 C,0.2 mol电子的电荷量为0.2 mol×96 500 C·mol-1=19 300 C,1 mAh=3.6 C,则理论上可产生的电荷量为 mAh≈5 361 mAh。 6.D　根据电池放电时的总反应2Li+NO2 Li2O+NO可知,Li失电子发生氧化反应,a极为负极,b极为正极,电流方向:b极(正极)→外电路→a极(负极),A正确;b极为正极,正极反应式为NO2+2e-+2Li+ Li2O+NO,由2e-~Li2O可知,电路中通过1 mol e-时,b极生成0.5 mol Li2O,质量增加0.5 mol×30 g·mol-1=15 g,B正确,D错误;原电池工作时,阳离子移向正极,即电解液中Li+向b极附近迁移,C正确。 7.AD　根据电池反应可知,放电时,负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2,充电时,阴极、阳极反应式与放电时负极、正极反应式正好相反。放电时a极为正极,得电子,充电时a极为阳极,失电子,故充电时a极接外电源的正极,A正确;原电池中b极为负极,a极为正极,放电时,阳离子移向正极、阴离子移向负极,则Li+在电解质中由b极向a极迁移,B错误;放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,充电时阴极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,所以充电时若转移0.02 mol电子,石墨电极将增重0.02 mol×7 g/mol=0.14 g,C错误;放电时,阳离子移向正极,即“放电处理”有利于锂在LiCoO2极回收,D正确。 8.D　放电时,Mg箔为负极,Mo箔为正极,Fe[Fe(CN)6]在正极得电子,电极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6],故A正确;放电时,Mo箔为正极,所以充电时,Mo箔电极为阳极,接电源的正极,故B正确;放电时,正极反应式为Fe[Fe(CN)6]+2Na++2e- Na2Fe[Fe(CN)6],Na+通过离子交换膜从右室移向左室,故C正确;外电路通过0.2 mol电子时,负极0.1 mol Mg失去电子生成[Mg2Cl2]2+,Mg箔电极质量变化为2.4 g,故D错误。 17 学科网（北京）股份有限公司 $$