第4章 第1节 第2课时 化学电源-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1作业与测评全书Word（人教版2019）

化学 选择性必修1［人教版］作业与测评 第2课时　化学电源 (建议用时：15分钟) 考点一　一次电池 1．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片作为传导体，在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰。纸内的离子“流过”水与氯化锌组成的电解液。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是(　　) A．该电池的正极为锌 B．该电池反应中二氧化锰起催化作用 C．当0.1 mol Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023 D．电池正极反应式为2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－ 答案：D 解析：由总反应式可知，二氧化锰为氧化剂而不是催化剂，锌为还原剂，应为原电池的负极，A、B错误；电子只能经外电路流动，C错误。 2．体温枪能快速检测人体体温，其所用的电池为一种锌银电池(如图所示)，电池的总反应式为Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A．Ag2O电极作正极，发生氧化反应 B．该电池放电时溶液中的K＋向Zn电极移动 C．电池工作时，电流从Ag2O电极经过隔板流向Zn电极 D．该电池的负极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O 答案：D 解析：根据总反应式可知，Ag2O中银元素化合价降低，得到电子，作原电池正极，发生还原反应，溶液中的K＋向Ag2O电极移动，A、B错误；电池工作时，电流从Ag2O电极经过外电路流向Zn电极，C错误。 考点二　二次电池(可充电电池) 3．关于铅酸蓄电池的说法正确的是(　　) A．在放电时，正极发生的反应是Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) B．在放电时，该电池的负极材料是铅板 C．在放电时，负极质量不断变小 D．在放电时，SO移向正极 答案：B 解析：A项，正极发生还原反应，正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，错误；C项，放电时，负极由Pb逐渐生成PbSO4，故负极质量不断增大，错误；D项，放电时阴离子移向负极，错误。 4．镍镉(Ni­Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电原理为Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是(　　) A．放电时正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－ B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 答案：A 解析：B项，充电时，电能转化为化学能，错误；C项，由总反应可知，放电时，负极Cd发生氧化反应：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，负极附近溶液碱性变弱，错误；D项，放电时，电解质溶液中的OH－向负极移动，错误。 考点三　燃料电池 5．质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化剂，铂作催化剂，导电离子是H＋。下列对该燃料电池的描述中不正确的是(　　) A．正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O B．负极反应为2H2－4e－===4H＋ C．总的化学反应为2H2＋O22H2O D．氢离子通过电解质溶液向正极移动 答案：C 解析：燃料电池中的反应不是在点燃的条件下进行的，故C错误。 6．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写。 (1)酸性条件燃料电池 总反应式：_____________________________________________________________________； 正极反应式：____________________________________________________________________； 负极反应式：_____________________________________________________________________。 (2)固体电解质(高温下能传导O2－)燃料电池 总反应式：_____________________________________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________________________________； 负极反应式：____________________________________________________________________。 (3)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电池 总反应式：______________________________________________________________________； 正极反应式：_____________________________________________________________________； 负极反应式：___________________________________________________________________。 答案：(1)CH4＋2O2===CO2＋2H2O　 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O　 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ (2)CH4＋2O2===CO2＋2H2O　 2O2＋8e－===4O2－ CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O (3)CH4＋2O2===CO2＋2H2O　 2O2＋4CO2＋8e－===4CO　 CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O (建议用时：40分钟) 一、选择题 1．一种向外输出电能的同时，又能使水土中重金属离子Cd2＋变成沉淀而被除去的电化学装置，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．锌棒为该装置的正极 B．电子从锌棒经水土移向碳棒 C．碳棒附近Cd2＋转化为Cd而被除去 D．标准状况下，每消耗11.2 L O2，理论上最多能除去1 mol Cd2＋ 答案：D 解析：由题干图示信息可知，Zn作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，碳棒作正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，然后水体中的Cd2＋与OH－反应产生Cd(OH)2沉淀而被除去。由上述分析可知，A、C错误；电子不能通过电解质溶液，B错误；由上述分析可知，标准状况下，每消耗11.2 L O2即＝0.5 mol，理论上可产生2 mol OH－，根据Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知最多能除去1 mol Cd2＋，D正确。 2．(江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．电池工作时，MnO2发生氧化反应 B．电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为2×6.02×1023 答案：C 解析：Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MnO2为正极，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－。电池工作时，MnO2为正极，得到电子，发生还原反应，A错误；电池工作时，OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，C正确；由电极反应式MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－可知，反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数为6.02×1023，D错误。 3.用如图装置进行实验，电流计指针偏转。下列说法不正确的是(　　) A．该装置将化学能转化为电能 B．K＋从a极经阳离子交换膜移向b极 C．工作一段时间，a极附近溶液pH会减小 D．该装置的总反应为H2＋Cl2===2HCl 答案：D 解析：a极H2发生氧化反应，为负极；b极Cl2发生还原反应，为正极。因为H2在a极放电后消耗了OH－，K＋从a极经阳离子交换膜移向b极，与生成的Cl－形成KCl，因此总反应是H2＋Cl2＋2OH－===2Cl－＋2H2O，D错误。 4．科学家设计了一种以Cu和CuS为电极的可循环电池，电解质为AlCl3等溶液，其工作原理如图所示，充电时，Cl－向CuS电极方向移动，下列说法正确的是(　　) A．放电时电极上产生Al3＋进入溶液 B．放电时Cu电极上的反应为Cu＋e－＋2Cl－===CuCl C．充电时CuS电极连接电源的正极 D．当0.15 mol Cu转化成CuCl时，溶液中Al3＋减少0.1 mol 答案：C 解析：由充电时，氯离子向硫化铜电极方向移动可知，充电时，CuS电极作阳极，Cu电极作阴极；放电时，铜电极为负极，铜失去电子，发生氧化反应，生成二氯合亚铜离子，电极反应式为Cu－e－＋2Cl－===CuCl，硫化铜电极为正极，发生还原反应，电极反应式为CuS＋3xe－＋xAl3＋===AlxCuS。由分析可知，放电时，当0.15 mol铜转化成二氯合亚铜离子时，溶液中铝离子减少的物质的量为0.05 mol，故A、B、D错误。 5．一款锂离子电池如图所示，放电时的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6。下列说法正确的是(　　) A．电池放电时，钴氧层为负极 B．电池放电时，Li＋通过隔膜向石墨层移动 C．电池充电时，钴氧层反应为LiCoO2＋xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ D．电池充电时，外电路中流过0.02 mol电子，石墨层增重0.14 g 答案：D 解析：放电时的总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6，正极电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，负极电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6。电池放电时，钴元素价态降低，被还原，钴氧层是正极，故A错误；钴氧层是正极，石墨层是负极，电池放电时为原电池，阳离子移向正极，则Li＋通过隔膜向钴氧层移动，故B错误；放电时正极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，电池充电时为电解池，与电源正极相连的为阳极，钴氧层为阳极，电极反应为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，故C错误；电池充电时，阴极电极反应式为xLi＋＋C6＋xe－===LixC6，外电路中流过0.02 mol电子，石墨层增重0.02 mol Li＋，质量为0.02 mol×7 g/mol＝0.14 g，故D正确。 6．以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH­O2、N2H4­O2、(CH3)2NNH2­O2清洁燃料电池，下列说法正确的是(　　) A．放电过程中，K＋均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2­O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1 mol O2时，理论上N2H4­O2燃料电 池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L 答案：C 解析：放电过程中，钾离子均向正极移动，A错误；N2H4­O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol，在标准状况下为22.4 L，D错误。 [重难点拨]　燃料电池 (1)氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应如下： 介质 负极反应式 正极反应式 酸性 H2－2e－===2H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 碱性 H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体。若用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入甲醇和氧气，则负极发生氧化反应，电极反 应式是CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；正极发生还原反应，电极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；总反应式是2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。 7．氧化铋(Bi2O3)作为镍/铋电池的负极材料，因其理论容量高、易制备而受到广泛关注。如图为该电池的示意图，下列说法正确的是(　　) A．放电时，OH－从电极a移向电极b B．充电时，电子从电源负极→电极a→电极b→电源正极 C．放电时，总反应为Bi2O3＋3H2O＋6NiO===6NiOOH＋2Bi D．充电时，电路中通过9.03×1024个电子，阳极质量增加255 g 答案：D 解析： 由题意知，电极a为负极，电极b为正极，放电时，OH－从正极(电极b)移向负极(电极a)，A错误；充电时，电子由电源负极→电极a，电极b→电源正极，电子不通过电解质，B错误；由上述分析知，放电时，总反应为6NiOOH＋2Bi===Bi2O3＋3H2O＋6NiO，C错误；充电时，电路中通过9.03×1024个电子(15 mol)，根据阳极反应：NiO－e－＋OH－===NiOOH可知，阳极增加的质量为15 mol OH－的质量，为15 mol×17 g·mol－1＝255 g，D正确。 8．内部重整式高温燃料电池具有良好的商业化前景，其工作原理如图所示，以CH4为原料，熔融碳酸盐为电解质。下列说法正确的是(　　) A．放电时，a极产物X中的CO2均由CO放电产生 B．b极上电极反应式为O2＋CO2＋4e－===CO C．电池放电时，b极电极电势高于a极 D．电池隔膜为阳离子交换膜 答案：C 解析： 综合上述分析可知，放电时，a极产物X中的CO2可由CO、H2放电产生，A错误；b极上的电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，B错误；电池放电时，b极(正极)电势高于a极(负极)，C正确；由电极反应式可知，正极产生CO，负极消耗CO，则该电池隔膜允许CO通过，为阴离子交换膜，D错误。 9．一种新型镁硫电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．使用碱性电解质水溶液 B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－===4MgS2 C．使用的隔膜是阳离子交换膜 D．放电时，Mg电极发生还原反应 答案：C 解析：Mg为活泼金属，所以放电时Mg被氧化，Mg电极为负极，聚合物电极为正极。碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时，正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－===4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，D错误。 10．一种由石墨电极制成的海底燃料电池的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．向a极迁移的是OH－ B．大块沉积物中的铁元素均显＋2价 C．b极上FeS2转化为S的电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S D．微生物作用下S循环生成的SO和HS－的物质的量之比为1∶5 答案：C 解析：A项，由题图知，a极上O2得到电子发生还原反应，故a极为海底燃料电池的正极，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，向正极(a极)迁移的是H＋而不是OH－，错误。B项，大块沉积物中的FeOOH中的铁元素显＋3价，错误。C项，b极上FeS2中－1价S失去电子被氧化为S的电极反应式为FeS2－2e－===Fe2＋＋2S，正确。D项，由题图可知S循环的反应为4S＋4H2OSO＋3HS－＋5H＋，n(SO)∶n(HS－)＝1∶3，错误。 11．复旦大学设计了一种新型碱性H2/Na0.44MnO2气体可逆电池，工作原理如图。下列叙述错误的是(　　) A．放电时N极为电池正极 B．放电时负极反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O C．充电时Na＋由N极向M极移动 D．充电时阳极反应：Na0.44－xMnO2＋(x＋y)Na＋－(x＋y)e－===Na0.44＋yMnO2 答案：D 解析： 电极 反应类型 电极反应式 放电(原电池) M(负极) 氧化反应 H2－2e－＋2OH－===2H2O N(正极) 还原反应 Na0.44－xMnO2＋(x＋y)Na＋＋(x＋y)e－=== Na0.44＋yMnO2 充电(电解池) M(阴极) 还原反应 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ N(阳极) 氧化反应 Na0.44＋yMnO2－(x＋y)e－===Na0.44－xMnO2＋(x＋y)Na＋ 由分析可知，A、B正确，D错误；充电时为电解池，M极为阴极，N极为阳极，在电解池中阳离子移向阴极，即充电时Na＋由N极向M极移动，C正确。 二、非选择题 12．铝作为一种应用广泛的金属，在电化学领域也发挥着重要作用。回答下列问题： (1)某同学根据氧化还原反应2Al＋3Cu2＋===2Al3＋＋3Cu设计如图1所示的原电池。 ①Z的化学式为________，电极Y的材料为________。 ②X电极的电极反应式为________________。 (2)新型电池中的铝电池类型较多。 ①Al­空气燃料电池可用作电动汽车的电源，该电池多以NaOH溶液为电解液。电池工作过程中电解液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 ②Al­Ag2O电池可用作水下动力电源，其原理如图2所示。该电池反应为2Al＋3Ag2O＋2NaOH＋3H2O===2Na[Al(OH)4]＋6Ag，则负极的电极反应式为______________________ ______________；当电极上析出1.08 g Ag时，电路中转移的电子为________mol。 答案：(1)①CuSO4(合理即可)　Al　 ②Cu2＋＋2e－===Cu (2)①减小　②Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－　0.01 解析：(1)①根据已知离子方程式可知，Al作负极，Z为含Cu2＋的可溶性盐。 (2)①Al­空气燃料电池的总反应式为4Al＋3O2＋4OH－＋6H2O===4[Al(OH)4]－，故溶液碱性减弱，pH减小。②该电池的负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－；正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，当电极上析出1.08 g(0.01 mol)Ag时，电路中转移的电子为0.01 mol。 13．(1)一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示，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，说明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这种一氧化碳分析仪工作时，O2－由电极____(填“a”或“b”，下同)向电极____移动；电子由电极____通过传感器流向电极____。 (2)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 ①放电时负极反应为________________________，正极反应为______________________。 ②放电时电子由____极流向____极。 ③放电时1 mol K2FeO4发生反应，转移电子数是________。 答案：(1)①CO＋O2－－2e－===CO2　 ②b　a　a　b (2)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2　 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ ②负　正　③1.806×1024 解析：(1)①由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2，b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，总反应为2CO＋O2===2CO2。 (2)①放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极反应为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$