4.1.2化学电源 课时训练 高中化学人教版选择性必修1（含解析）

第四章　第一节　化学电源
A组·基础达标
1．（2023·河南部分名校期中）电池研发与生产、生活领域的发展密切相关，下列有关电池的说法错误的是(　　)
A．酸性锌锰干电池的锌筒作负极
B．手机、照相机和摄像机等电子产品所用的电池为一次电池
C．高纯硅可以制成人造卫星的硅太阳能电池
D．化学电源是一种将化学能转化为电能的装置
【答案】B　【解析】酸性锌锰干电池的锌筒作负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，A正确；手机、照相机、摄像机等电子产品所用的电池在放电后可以再次充电，都是二次电池，B错误；高纯硅为性能优良的半导体材料，可以用于制造人造卫星的太阳能电池，C正确；化学电源放电时发生氧化还原反应，是一种将化学能转化为电能的装置，D正确。
2．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池总反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、空气和电解质溶液。则下列叙述中正确的是(　　)
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．电池中有1 mol 电子转移时消耗Zn的质量为65 g
C．正极发生氧化反应
D．电解质溶液肯定不是强酸溶液
【答案】D　【解析】因电池反应中有ZnO生成，故电解质溶液不可能为强酸溶液，否则ZnO会溶解。
3．（2023·四川南充高二阶段检测）某实验小组设计了如图所示装置，可观察到与铜导线连接的灵敏电流计指针明显偏转，烧杯a中裸露线头周边溶液蓝色逐渐加深，下列说法错误的是(　　)
A．b中导线与硫酸铜浓溶液构成正极区，发生还原反应
B．若a中滴加几滴稀NaOH溶液，降低溶液中Cu2+浓度，则有利于电极反应进行
C．当两侧溶液中Cu2+浓度相等时，灵敏电流计指针停止偏转
D．盐桥中的阴离子向烧杯b移动
【答案】D　【解析】根据图示装置，烧杯a中裸露线头周边溶液蓝色逐渐加深，说明烧杯a中生成了Cu2+，则电极为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，右侧电极为正极，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu。由分析可知，烧杯b为正极区，发生还原反应，A正确；向烧杯a中滴加稀NaOH溶液消耗Cu2+，增加了两烧杯中Cu2+的浓度差，有利于电极反应的进行，B正确；当两侧溶液中Cu2+浓度相等时，即浓度差为0，此时不再产生电流，灵敏电流计指针停止偏转，C正确；盐桥中的阴离子向负极区移动，烧杯a为负极区，所以向烧杯a移动，D错误。
4．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)
A．甲：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
【答案】A　【解析】Zn2+和H＋迁移至铜电极，H＋氧化性较强，得电子变为H2，因而Cu电极附近溶液中c(H＋)减小，A错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解质溶液，故电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C正确；铅酸蓄电池总反应式为PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。
5．如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列有关该电池的说法错误的是(　　)
A．右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气
B．左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇
C．电池负极的反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．电池正极的反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
【答案】A
6．高铁电池是一种新型可充电电池，高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
B．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
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
【答案】C　【解析】该电池放电时，负极发生氧化反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极发生还原反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，正极附近溶液碱性增强，A、D均正确，C不正确。
7．（2023·江苏扬州期中）《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．X膜为阳离子交换膜
B．a极为正极，发生还原反应
C．该装置可实现化学能与电能间的完全转化
D．当外电路通过2 mol e－时，消耗22.4 L O2
【答案】A　【解析】a极生成的H＋需要穿过X膜进入电解质中与HO结合，X膜是阳离子交换膜，A正确；在该原电池中，a极通入氢气，发生氧化反应，是原电池的负极，B错误；原电池不可能实现化学能与电能的完全转化，还有一部分化学能会转化为其他形式的能量，如内能，C错误；当外电路流过2 mol e－时，根据b极的电极反应式可知需要消耗1 mol O2，但本题中未指明是否为标准状况，不能确定O2体积一定为22.4 L，D错误。
8．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是(　　)
A．X为负极，电极反应式为Si－4e－===Si4+
B．X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑
C．X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－===SiO＋3H2O
D．Y为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+
【答案】C　【解析】本题易错选D，其原因是错误认为Fe为负极；Si为非金属，判断Fe为负极，忽略了Si能与NaOH溶液反应而Fe不能。硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si能与NaOH溶液反应而Fe不能，故Si为负极：Si＋6OH－－4e－===SiO＋3H2O；铁为正极：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，总反应式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
9．（2023·广东实验中学月考）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置。利用微生物处理有机废水，可获得电能，同时实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水（以含CH3COO－的溶液为例）。下列说法不正确的是(　　)
A．a极电极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．b极为正极
C．隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜
D．当电路中转移2 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
【答案】D　【解析】据图可知a极上CH3COO－转化为CO2和H＋，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。a极为负极，CH3COO－失电子被氧化成CO2和H＋，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，A正确；由以上分析可知b极为正极，B正确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，C正确；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl－移向负极，同时有1 mol Na＋移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，则转移2 mol电子时，模拟海水理论上除盐117 g，D错误。
10．化学电池分为一次电池（如干电池）和二次电池（如铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池）。
(1)锌锰干电池的正极材料是__________，负极材料是______。电池使用过程中，负极的电极反应式为______________________________________________。
锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效，其原因是_____________________。为延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质__________换成湿的__________，并在构造上作了改进，制成了碱性锌锰电池。
(2)充电电池又称____________，最早使用的充电电池是____________。
(3)氢气和氧气可以形成燃料电池。总反应为________________________。氢气在负极________（填“得到”或“失去”）电子；氧气在________极________（填“得到”或“失去”）电子。
【答案】(1)石墨　锌　Zn－2e－===Zn2+　电解质溶液呈酸性，会与锌反应　NH4Cl　KOH
(2)二次电池　铅酸蓄电池
(3)2H2＋O2===2H2O　失去　正　得到
B组·能力提升
11．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极
B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替
C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气
【答案】B　【解析】A项，锂电极为负极，碳电极为正极，电子从负极流出，经导线流向正极，正确；B项，负极材料锂能与水反应，不可用水溶液代替有机电解质，错误；C项，电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，正确；D项，由电池总反应知，该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气，正确。
12．Li SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4 SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为_____________________。
(2)电池正极发生的电极反应为______________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是__________________________________________，反应的化学方程式为______________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是________________________。
【答案】(1)Li　Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味气体生成　SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应，且SOCl2也与水反应
【解析】(1)分析反应中元素的化合价变化，可知Li为还原剂（作负极），失电子：Li－e－===Li＋。(2)SOCl2为氧化剂，得电子，从题中电池反应可推出产物为Cl－、S、SO2（或用总反应减去负极反应）。(3)题中已给出信息：碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，进而推出现象。
13．（2023·河南开封期中）原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中。
(1)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如下。
①在空气中，微生物将垃圾渗透液硝化，该反应的离子方程式为_________________
________________________________________________________________________。
②Y电极的电极反应式为____________________________________。
③盐桥中Cl－移向________（填“X或Y”）极；当转移0.15 mol电子时，生成标准状况下N2的体积为________L。
(2)我国科学家研发出一种新系统，通过钠离子电池“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，可有效减少碳的排放，其工作原理如图所示。其中钠超离子导体，除了明显的结构稳定性外它们还表现出异常高的离子电导率。
①b极区是________极，系统工作时，b极区CO2参与的电极总反应式为____________。
②工作是b极区可能会有少量固体析出，分析原因：___________________________
________________________________________________________________________。
【答案】(1)①NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋　②2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O 　③X　0.896　(2)①正极
2H2O＋2CO2＋2e－===H2＋2HCO　②负极产生的钠离子移动到正极，遇到碳酸氢根离子，形成碳酸氢钠饱和溶液后析出碳酸氢钠固体
【解析】(1)由图可知，X电极上NH3转化成N2，发生氧化反应，为负极，Y电极上NO结合H＋转化为N2和H2O，发生了还原反应为正极。①在空气中，微生物将垃圾渗透液硝化，NH被O2氧化为NO，该反应的离子方程式为NH＋2O2===NO＋H2O＋2H＋；②Y电极上NO，结合H＋转化为N2和H2O，发生了还原反应，为正极，其电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O；③原电池中阴离子向负极移动，所以Cl－向X移动；负极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋，据正负两极电极反应式得出原电池总反应式为3NO＋3H＋＋5NH3===4N2＋9H2O，转移0.15 mol e－生成n(N2)＝0.04 mol，标准状况下体积为0.896 L。(2)①由图可知，加入金属钠的为负极，即a极区为负极，则b极区是正极，系统工作时，b极区CO2参与反应会生成H2和HCO，电极反应式为2H2O＋2CO2＋2e－===H2＋2HCO。②工作时b极区可能会有少量固体析出，原因是负极产生的钠离子移到正极，遇到碳酸氢根离子，形成碳酸氢钠饱和溶液后析出碳酸氢钠固体。
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第四章　第一节　化学电源
A组·基础达标
1．（2023·河南部分名校期中）电池研发与生产、生活领域的发展密切相关，下列有关电池的说法错误的是(　　)
A．酸性锌锰干电池的锌筒作负极
B．手机、照相机和摄像机等电子产品所用的电池为一次电池
C．高纯硅可以制成人造卫星的硅太阳能电池
D．化学电源是一种将化学能转化为电能的装置
2．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池总反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、空气和电解质溶液。则下列叙述中正确的是(　　)
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．电池中有1 mol 电子转移时消耗Zn的质量为65 g
C．正极发生氧化反应
D．电解质溶液肯定不是强酸溶液
3．（2023·四川南充高二阶段检测）某实验小组设计了如图所示装置，可观察到与铜导线连接的灵敏电流计指针明显偏转，烧杯a中裸露线头周边溶液蓝色逐渐加深，下列说法错误的是(　　)
A．b中导线与硫酸铜浓溶液构成正极区，发生还原反应
B．若a中滴加几滴稀NaOH溶液，降低溶液中Cu2+浓度，则有利于电极反应进行
C．当两侧溶液中Cu2+浓度相等时，灵敏电流计指针停止偏转
D．盐桥中的阴离子向烧杯b移动
4．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)
A．甲：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
5．如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应。该电池总反应式为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列有关该电池的说法错误的是(　　)
A．右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气
B．左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇
C．电池负极的反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．电池正极的反应式为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
6．高铁电池是一种新型可充电电池，高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
B．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
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
7．（2023·江苏扬州期中）《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．X膜为阳离子交换膜
B．a极为正极，发生还原反应
C．该装置可实现化学能与电能间的完全转化
D．当外电路通过2 mol e－时，消耗22.4 L O2
8．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是(　　)
A．X为负极，电极反应式为Si－4e－===Si4+
B．X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑
C．X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－===SiO＋3H2O
D．Y为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+
9．（2023·广东实验中学月考）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置。利用微生物处理有机废水，可获得电能，同时实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水（以含CH3COO－的溶液为例）。下列说法不正确的是(　　)
A．a极电极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
B．b极为正极
C．隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜
D．当电路中转移2 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
10．化学电池分为一次电池（如干电池）和二次电池（如铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池）。
(1)锌锰干电池的正极材料是__________，负极材料是______。电池使用过程中，负极的电极反应式为______________________________________________。
锌锰干电池即使不用，放置过久，也可能会漏液失效，其原因是_____________________。为延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质__________换成湿的__________，并在构造上作了改进，制成了碱性锌锰电池。
(2)充电电池又称____________，最早使用的充电电池是____________。
(3)氢气和氧气可以形成燃料电池。总反应为________________________。氢气在负极________（填“得到”或“失去”）电子；氧气在________极________（填“得到”或“失去”）电子。
B组·能力提升
11．我国科学家发明的一种可控锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。其工作原理如图所示。
下列有关说法不正确的是(　　)
A．电池工作时，电子的流向：锂电极→导线→石墨电极
B．水既是氧化剂又是溶剂，有机电解质可用水溶液代替
C．电池总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
D．该装置不仅可提供电能，还可提供清洁燃料氢气
12．Li SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4 SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为________，发生的电极反应为_____________________。
(2)电池正极发生的电极反应为______________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是__________________________________________，反应的化学方程式为______________________________。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是________________________。
13．（2023·河南开封期中）原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中。
(1)一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置工作示意图如下。
①在空气中，微生物将垃圾渗透液硝化，该反应的离子方程式为_________________
________________________________________________________________________。
②Y电极的电极反应式为____________________________________。
③盐桥中Cl－移向________（填“X或Y”）极；当转移0.15 mol电子时，生成标准状况下N2的体积为________L。
(2)我国科学家研发出一种新系统，通过钠离子电池“溶解”水中的二氧化碳，以触发电化学反应，可有效减少碳的排放，其工作原理如图所示。其中钠超离子导体，除了明显的结构稳定性外它们还表现出异常高的离子电导率。
①b极区是________极，系统工作时，b极区CO2参与的电极总反应式为____________。
②工作是b极区可能会有少量固体析出，分析原因：___________________________
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