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2025魯科版化學選擇性必修1
分層作業4　化學電源
A級必備知識基礎練
題組1.常見化學電源
1.在如圖所示鋅錳干電池裝置中,電池放電時,正極(碳棒)上發生反應的物質是(　　)
A.Zn B.碳
C.MnO2和N D.Zn2+和NH3
2.普通鋅錳干電池的簡圖如圖所示,它是用鋅皮制成的鋅筒作電極,中央插一根碳棒,碳棒頂端加一銅帽。在碳棒周圍填滿二氧化錳和炭黑的混合物,并用離子可以通過的多孔紙包裹作隔膜,隔膜外用氯化鋅、氯化銨和淀粉等調成糊狀作電解質。該電池工作時的總反應為Zn+2N+2MnO2[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列關于鋅錳干電池的說法中正確的是(　　)
A.當該電池電壓逐漸下降后,可以充電使其復原
B.電池負極反應式為2MnO2+2N+2e-Mn2O3+2NH3+H2O
C.原電池工作時,電子從負極通過外電路移向正極
D.外電路中每通過0.1 mol電子,鋅的質量理論上減小6.5 g
3.鉛蓄電池的電極材料分別為Pb和PbO2,電解質溶液為30%硫酸。如圖是處于工作狀態的鉛蓄電池示意圖,若兩電極的質量都增加且a極增加得更多。下列說法錯誤的是(　　)
A.b為鉛蓄電池的負極
B.b電極發生的反應為PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O
C.該鉛蓄電池正在放電
D.工作一段時間后,溶液的pH不斷增大
題組2.新型化學電源
4.Al-Ag2O電池可用作水下動力電源,其原理如圖所示。電池工作時,下列說法錯誤的是(　　)
A.電子由Al電極通過外電路流向Ag2O/Ag電極
B.電池負極附近溶液pH升高
C.正極反應為Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-
D.負極會發生副反應2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
5.微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是(　　)
A.正極反應中有CO2生成
B.微生物促進了反應中電子的轉移
C.質子通過交換膜從負極區移向正極區
D.電池總反應為C6H12O6+6O26CO2+6H2O
6.我國科學家發明的一種可控鋰水電池,可作為魚雷和潛艇的儲備電源。其工作原理如圖所示。
下列有關說法不正確的是(　　)
A.電池工作時,電子的流向:鋰電極→導線→石墨電極
B.水既是氧化劑又是溶劑,有機電解質可用水溶液代替
C.電池總反應為2Li+2H2O2LiOH+H2↑
D.該裝置不僅可提供電能,還可提供清潔燃料氫氣
7.Mg-H2O2電池可用于驅動無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質溶液,電池示意圖如圖。該電池工作時,下列說法錯誤的是(　　)
A.Mg電極是該電池的負極
B.溶液中Cl-向石墨電極移動
C.該裝置中電子從Mg電極經外電路流向石墨電極
D.H2O2在石墨電極上發生還原反應
B級關鍵能力提升練
以下選擇題中有1~2個選項符合題意。
8.研究人員最近發現了一種“水”電池,這種電池能利用淡水與海水之間含鹽量的差別進行發電,在海水中該電池的總反應可表示為5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有關“水”電池在海水中放電的說法正確的是(　　)
A.負極反應式:Ag+Cl--e-AgCl
B.AgCl是還原產物
C.Na+不斷向“水”電池的負極移動
D.每生成1 mol Na2Mn5O10轉移2 mol電子
9.一種新型燃料電池,它以多孔鎳板為電極,兩電極插入KOH溶液中,向兩極分別通入乙烷和氧氣,其電極反應式為C2H6+18OH--14e-2C+12H2O,2H2O+O2+4e-4OH-。有關此電池的推斷正確的是(　　)
A.電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小
B.正極與負極上參加反應的氣體的物質的量之比為7∶2
C.通入乙烷的電極為正極
D.電解質溶液中的OH-向正極移動
10.如圖是一種利用微生物處理廢水中的尿素[CO(NH2)2]生成環境友好物質的裝置。下列說法正確的是(　　)
A.該裝置將電能轉化為化學能,M極為負極
B.H+由左室經過質子交換膜移向右室
C.M電極反應式為CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+
D.該裝置的缺點是處理后使廢水的酸性增強,不能直接排放
11.一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示,其中在VB2電極發生反應:VB2+16OH--11e-V+2[B(OH)4]-+4H2O,該電池工作時,下列說法錯誤的是(　　)
A.負載通過0.04 mol電子時,有0.224 L(標準狀況)O2參與反應
B.正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高
C.電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8[B(OH)4]-+4V
D.電子由VB2電極經負載流向復合碳電極
12.天然氣—空氣燃料電池能量轉化率高,環保性和安全性好,使用的電解質有:①KOH,②H2SO4,③Na2CO3(熔融),④MO(s,傳遞O2-)。下列說法錯誤的是(　　)
A.以①、②的水溶液為電解質溶液,燃料電池中CH4的氧化產物相同
B.使用不同的電解質,等量的CH4參與負極反應時理論上轉移的電子數相等
C.以③為電解質,放電過程中C向負極遷移
D.以④為電解質,燃料電池的負極反應式為CH4-8e-+2O2-CO2+4H+
13.乙醇燃料電池具有很多優點,引起了人們的研究興趣。現有以下三種乙醇燃料電池:
(1)三種乙醇燃料電池中正極反應物均為　　　　　　　　。
(2)堿性乙醇燃料電池中,電極a上發生的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　;
使用空氣代替氧氣,電池工作過程中堿性會不斷下降,其原因是 　　　　　　　　　。
(3)酸性乙醇燃料電池中,電極b上發生的電極反應式為　,通過質子交換膜的離子是　　　　　　　　　　　　。
(4)熔融鹽乙醇燃料電池中,若選擇熔融碳酸鉀為介質,電池工作時,C向電極　　　　(填“a”或“b”)移動;電極b上發生的電極反應式為　 　　　　　　　　　。
C級學科素養拔高練
14.(1)二氧化硫—空氣質子交換膜燃料電池可以利用大氣中所含SO2快速啟動,其裝置示意圖如圖:
①質子的流動方向為　　　　　(填“從A到B”或“從B到A”)。
②負極的電極反應式為 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)NH3-O2燃料電池的結構如圖所示:
①a極為電池的　　　(填“正”或“負”)極。
②當生成1 mol N2時,電路中流過電子的物質的量為　　　　。
分層作業4　化學電源
1.C　解析 Zn是負極被氧化,MnO2在正極上被還原。
2.C　解析 普通鋅錳干電池是一次電池,不能充電復原,A錯誤;根據原電池工作原理,負極失電子,B錯誤;負極鋅失電子,每通過0.1 mol電子,消耗鋅的質量是65 g·mol-1×=3.25 g,D錯誤。
3.A　解析 放電時負極電極反應為Pb-2e-+SPbSO4,正極電極反應為PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,可知兩極質量均增加,負極質量增加得多,因此a為Pb,做負極,故A錯誤;b極為PbO2發生反應,B正確;該鉛蓄電池正在放電,C正確;根據總反應Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O可知,工作一段時間后,H+濃度減小,pH增大,故D正確。
4.B　解析 鋁電極為負極,Ag2O/Ag電極為正極,電子由負極流向正極,A正確;負極反應為Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,負極附近溶液pH降低,B錯誤;正極反應為Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,C正確;負極會發生副反應2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,D正確。
5.A　解析 微生物電池中,負極上C6H12O6失電子,正極上O2得電子,負極的電極反應式為C6H12O6+6H2O-24e-6CO2↑+24H+,CO2在負極產生,A錯誤;在微生物的作用下將化學能轉化為電能,形成原電池,所以微生物促進了反應中電子的轉移,B正確;原電池負極區產生了H+,原電池中陽離子向正極移動,可知質子(H+)通過交換膜從負極區移向正極區,C正確;該電池反應為C6H12O6+6O26CO2+6H2O,D正確。
6.B　解析 鋰電極為負極,石墨電極為正極,電子從負極流出,經導線流向正極,A正確;負極材料鋰能與水反應,不可用水溶液代替有機電解質,B錯誤;電池總反應為2Li+2H2O2LiOH+H2↑,C正確;由電池總反應知,該裝置不僅可提供電能,還可提供清潔燃料氫氣,D正確。
7.B　解析 Mg-H2O2電池中,Mg是活潑金屬,作為電池負極,A正確;溶液中的陰離子Cl-向負極(Mg)移動,B錯誤;Mg失去的電子經由外電路轉移到石墨電極,C正確;H2O2在石墨電極上得到電子,發生還原反應,D正確。
8.AD　解析 “水”電池的負極Ag失電子生成AgCl,A正確;銀的化合價升高被氧化,AgCl是氧化產物,B錯誤;原電池中陽離子移向正極,所以Na+不斷向“水”電池的正極移動,C錯誤;每生成1 mol Na2Mn5O10有2 mol Ag被氧化,轉移2 mol電子,D正確。
9.AB　解析 電池總反應式為2C2H6+7O2+8OH-4C+10H2O,故電池工作過程中,溶液的pH逐漸減小,A正確;正、負極上參加反應的氣體的物質的量之比為7∶2,B正確;通入乙烷的電極為負極,C錯誤;電解質溶液中的OH-向負極移動,D錯誤。
10.BC　解析 利用原電池反應處理廢水中的尿素。
信息 結論
N極(O2):正極 正極:O2+4H++4e-2H2O
M極(負極):CO(NH2)2轉化為CO2和N2 負極:CO(NH2)2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+
質子(H+)交換膜 總反應:2CO(NH2)2+3O22CO2+2N2+4H2O
由以上分析知,C正確;該裝置將化學能轉化為電能,A錯誤;H+向正極移動,即由左室經過質子交換膜移向右室,B正確;根據總反應,處理后廢水的酸性并沒有增強,D錯誤。
【方法點撥】燃料電池負極電極反應式的書寫——靈活應用守恒原理
如本題中負極反應式書寫時,可依次利用原子守恒、電荷守恒原理配平。具體操作如下:
CO(NH2)2~CO2~H2O(O原子守恒)~6H+(H原子守恒)~6e-(電荷守恒)。
11.B　解析 正極電極反應:O2+4e-+2H2O4OH-,有0.224 L(標準狀況)O2參與反應時,參加反應O2的物質的量為0.01 mol,負載通過0.04 mol電子,A正確;正極生成OH-,正極區溶液的pH升高,負極消耗OH-,負極區溶液的pH降低,B錯誤;根據正、負極的電極反應,可得出電池總反應為4VB2+11O2+20OH-+6H2O8[B(OH)4]-+4V,C正確;VB2電極為負極,復合碳電極為正極,電子由VB2電極經負載流向復合碳電極,D正確。
12.AD　解析 在KOH溶液中甲烷的氧化產物為C,在稀硫酸中甲烷的氧化產物為CO2,A錯誤;甲烷被氧化,碳元素化合價均由-4價升至+4價,B正確;電池中,陰離子C向負極遷移,C正確;以固體氧化物為電解質,負極反應式為CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,D錯誤。
13.答案 (1)氧氣
(2)C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O　空氣中的CO2會與KOH溶液反應,降低溶液的堿性,同時反應中也會消耗KOH
(3)O2+4H++4e-2H2O　H+
(4)a　O2+2CO2+4e-2C
解析 (1)燃料電池中通入燃料的為負極,通入氧氣或空氣的為正極,三種乙醇燃料電池中正極反應物均為氧氣。
(2)堿性乙醇燃料電池中,電極a為負極,電極反應式為C2H5OH+16OH--12e-2C+11H2O;使用空氣代替氧氣,空氣中的CO2會與KOH溶液反應,降低溶液的堿性,同時反應中也會消耗KOH。
(3)酸性乙醇燃料電池中,電極b為正極,電極反應式為O2+4H++4e-2H2O;質子交換膜能夠使H+通過。
(4)根據圖示,a為負極,C向電極a移動;電極b為正極,電極反應式為O2+2CO2+4e-2C。
14.答案 (1)①從A到B　②SO2-2e-+2H2OS+4H+
(2)①負　②6 mol
解析 (1)①根據圖示,A為燃料電池的負極,B為燃料電池的正極,在原電池內電路中,質子(H+)由負極向正極移動,即從A到B。
②負極發生氧化反應,SO2被氧化為S,電極反應式為SO2-2e-+2H2OS+4H+。
(2)①a極通入氨,是負極;b極通入氧氣,是正極。
②氨中N的化合價由-3價變成0價,當生成1 mol N2時,轉移電子的物質的量為6 mol。
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