2019_2020学年高中化学第2章化学反应与能量第2节化学能与电能第2课时发展中的化学电源课后限时作业含解析新人教版必修2.doc

第2课时 发展中的化学电源
考点
对应题号
基本目标
发展目标
1.化学电源及能源划分
1,2

2.新型电池原理及应用
3,5,7
13
3.燃料电池
4,6
12,14,15
4.综合应用
8,9
10,11
[基本目标]
1．下列说法不正确的是(　　)
A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源
C．原电池是将化学能转化为电能的一种装置
D．水力发电是将化学能转化为电能的过程
D　解析　水力发电是将机械能转化为电能的过程。
2．电池在生产、生活中应用越来越广泛。下列说法错误的是(　　)
A．化学电源有一次性电池、充电电池和燃料电池等，一次性电池只能放电，不能充电
B．铅蓄电池应用广泛，主要优点是单位质量的电极材料释放的电能大
C．燃料电池具有能量利用率高、可连续使用和污染轻等优点
D．锂电池是一种高能电池，体积小、重量轻，单位质量能量比高
B　解析　铅蓄电池中每转移2 mol e－需要207 g Pb，单位质量的电极材料释放的电能小。
3．有一种新型的碱性锌锰电池，它是在酸性锌锰电池的基础上改进的。下列对碱性锌锰电池的叙述中不正确的是(　　)
A．碱性锌锰电池工作时，电子由Zn极经外电路流向石墨极
B．这种电池比酸性锌锰电池使用寿命长
C．碱性锌锰电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化
D．这种电池的电解质由传统的NH4Cl换成湿的KOH
答案　C
4．某电化学气敏传感器的工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．a极为负极
B．b极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．电解质溶液中的OH－移向a极
D．该传感器工作一段时间后，电解质溶液的pH将变大
D　解析　A项，a极反应物为NH3，由NH3生成N2时化合价升高，失去电子，故a为负极，正确；B项，b极反应物为氧气，放电时电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正确；C项，原电池内部，阴离子移向负极，即电解质溶液中的OH－移向a极，正确；D项，由于负极氨气放电，电极反应为2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O，OH－消耗，且有水生成，pH减小，错误。
5．iPhone手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li＋MnO2===LiMnO2。下列说法正确的是(　　)
A．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
B．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
C．电池内部产生的MnO向锂电极移动
D．钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多
C　解析　原电池中，失电子的电极为负极，电池工作时电子由负极Li通过外电路移向正极MnO2，A、B项错误；在原电池内部，阳离子移向正极区，而阴离子移向负极区，C项正确；由于M(Na)＞M(Li)，相同质量时n(Li)＞n(Na)，故Li作电极提供的电能更多。
6．金属(M)－空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．金属M作电池负极
B．电解质是熔融的MO
C．正极的电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电池反应：2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2
B　解析　A项，金属M失去电子， 作电池的负极，正确；B项，电解质是盐溶液，错误；C项，由题中信息可知正极反应物是O2和水，且在碱性条件下反应，故正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正确；D项，正负极反应式相加可得电池反应，正确。
7．“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．该装置将电能转变为化学能
B．正极的电极反应为C2O－2e－===2CO2↑
C．每得到1 mol草酸铝，电路中转移3 mol电子
D．利用该技术可捕捉大气中的CO2
D　解析　A项，原电池是将化学能转变为电能的装置，错误；B项，正极得电子，发生还原反应，电极反应式为2CO2＋2e－===C2O，错误；C项，1 mol Al2(C2O4)3中含2 mol Al3＋ , 2 mol Al变为2 mol Al3＋，失去6 mol电子，错误；D项，该装置可将CO2转化为草酸盐，可利用此技术来捕捉大气中的CO2，正确。
8．汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列叙述中正确的是(　　)

A．PbO2是电池的负极
B．Pb是负极
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
B　解析　根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4，B项正确；PbO2 在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，A、C项错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，D项错误。
9．(1)今有H2、O2和KOH溶液作电解质溶液构成燃料电池，则负极通入的是________，负极反应为____________________，正极反应为____________________，总反应式为______________________。
(2)如把KOH溶液改为稀硫酸作电解质溶液，则负极反应为______________，正极反应为________________________________________________________________________。
(3)如把H2改为甲烷，KOH溶液作导电物质，则负极反应式反应为__________，正极反应为________________________________________________________________________。
解析　电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，可知H2在反应中被氧化，O2被还原，H2应在负极上发生反应，O2应在正极上发生反应。(1)中用KOH作电解质溶液，负极生成的H＋与OH－反应，或者说在碱性溶液中不应有H＋生成，应写为：H2－2e－＋2OH－===2H2O。(2)中电解质溶液是稀硫酸，正极生成的OH－要与H＋反应生成水，或者说在酸性溶液中也不应有OH－生成，故应写为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。(3)生成的CO2要与OH－反应生成CO。
答案　(1)H2　2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－　2H2＋O2===2H2O
(2)2H2－4e－===4H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O
(3)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
[基本目标]
10．美国麻省理工学院某科研团队研发的“人造树叶”可以与燃料电池共同构成一种新的发电装置——太阳能燃料电池，它们的工作原理如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)

甲　　　　　　乙　
A．“人造树叶”的工作原理：6CO2＋6H2O===C6H12O6＋6O2
B．图甲中塑料薄膜上部的反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．图乙中燃料电池工作时的负极反应物为O2
D．太阳能燃料电池能实现对环境的“零排放”
D　解析　根据图甲的工作原理示意图可知，“人造树叶”的工作原理是水分子在太阳光子作用下，分解生成H2和O2，A项错误；图甲中薄膜下H＋得电子生成H2，而上部为OH－失电子生成O2，B项错误；图乙中负极为H2反应，C项错误。
11．镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在放电过程中的总反应方程式是NiOOH＋MH===Ni(OH)2＋M。下列说法错误的是(　　)
A．放电过程中负极的电极反应式：MH＋OH－－e－===H2O＋M
B．放电过程中OH－从正极向负极迁移
C．放电时若有1 mol M生成，则转移的电子数目为NA(NA为阿伏加德罗常数的值)
D．NiMH电池中不能用KOH溶液作电解质溶液
D　解析　NiMH电池可以用KOH溶液作电解质溶液，D项错误。
12．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是(　　)

A．b电极上发生氧化反应
B．a电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O
C．放电时，电流从a电极经过负载流向b电极
D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜
B　解析　A项，b电极上发生还原反应，错误；C项，放电时，电子从a电极经过负载流向b电极，电流方向则相反，错误；D项，正极上生成氢氧根离子，所以离子交换膜需选用阴离子交换膜，错误。
13．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，而在另一边镀二氧化锰。在纸内是离子“流过”水合氧化锌组成的电解液。电池的总反应方程式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是(　　)
A．该电池的正极为锌
B．该电池的反应中二氧化锰起催化作用
C．当0.1 mol Zn完全消耗时，流经电解液的电子个数约为1.204×1023
D．电池的正极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
D　解析　该装置中，锌元素化合价由0变为＋2，所以锌作负极，A项错误；该反应中，锰元素化合价由＋4变为＋3，所以二氧化锰作正极，B项错误；电子不进入电解质溶液，C项错误；正极上二氧化锰得电子，电极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－，D项正确。
14．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)这种电池放电时发生反应的总化学方程式：__________________________。
(2)此电池的正极电极反应式：__________________。
负极电极反应式：______________________。
(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是______________。
(4)使用该燃料电池的另一个好处是________________________________________。
解析　(1)燃料电池的总反应为燃料的燃烧反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式。(3)H＋移向正极，在正极生成水。(4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。
答案　(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O　(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋　(3)正　负极　(4)对环境无污染
15．美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图所示：两个电极均由多孔碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。

(1)a极是________极，b极是________极，电极a反应式为__________________；
电极b反应式为__________________；
总的电池反应为__________________。
(2)飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供。假设电池容积为100 L，电池反应前KOH的物质的量浓度为 5 mol/L，试计算每生成270 g水转移电子的物质的量是______ mol。
(3)上述电池反应的电解质是KOH溶液，如果电解质溶液改为硫酸溶液，那么电池中a极的电极反应式：________________________。
电池中b极的电极反应式：____________________________。
答案　(1)负　正　2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－　　 2H2 ＋ O2===2H2O
(2)30　(3)2H2－4e－===4H＋　O2＋4H＋＋4e－===2H2O

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