2022-2023高中化学人教版2019必修第二册习题：6.1.3 化学电源（解析版）

　第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第3课时 化学电源
一.选择题
1.下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④ C.①②③ D.①③④
B　①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部,可以从外部提供,正确;②锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池可充放电,是二次电池,正确;③锂电池是新一代可充电电池,正确;④我国已成功研制出燃料电池和超级电容混合动力有轨电车,正确。
2.下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铅酸蓄电池是可充电电池,电池的正极材料为PbO2
C.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
D.铜锌原电池工作时,电子从铜电极沿外电路流向锌电极
[答案]D　
[解析]手机上用的锂离子电池既能放电又能充电,属于二次电池,A正确;铅酸蓄电池属于可充电电池,电池的正极材料为PbO2,B正确;燃料电池的能量转化率高,且产物不污染环境,所以是一种高效且对环境友好的新型电池,C正确;铜锌原电池工作时,电子从锌电极沿外电路流向铜电极,D错误。
3.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用,它的充放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2;由此可知,该电池放电时的负极材料是(　　)
A.Cd B.Ni(OH)2
C.Cd(OH)2 D.NiO(OH)
[答案]A　
[解析]从总反应Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2可以看出,放电时,Cd由0价升高到+2价,Ni由+3价降低到+2价,所以负极材料是Cd,故选A。
4．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆 氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．O2－移向电池的正极
C．b极对应的电极反应式为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
[答案]C　
[解析]在该燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在该燃料电池中，O2－移向电池的负极，B错误；在该燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应式为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应式为O2＋4e－===2O2－，D错误。
5．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是(　　)
A．锌为正极，Ag2O为负极
B．锌为负极，Ag2O为正极
C．该电池工作时，将电能转化成化学能
D．该电池工作时，负极区溶液的pH增大
[答案]B　
[解析]根据化合价变化可知Zn被氧化，应为电池的负极，则正极为Ag2O，故A错误，B正确；原电池是将化学能转化为电能的装置，故C错误；原电池工作时，负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，OH－浓度减小，溶液的pH减小，故D错误。
6．鱼雷是一种水中兵器。它可从舰艇、飞机上发射，它发射后可自己控制航行方向和深度，遇到舰船，只要一接触就可以爆炸。用于攻击敌方水面舰船和潜艇，也可以用于封锁港口和狭窄水道。鱼雷采用Al Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　)
A．Ag2O为电池的正极
B．Al在电池反应中被氧化
C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
D．溶液中的OH－向Al极迁移
[答案]C　
[解析]A项，根据原电池工作原理，化合价升高，失电子的作负极，即铝单质作负极，则Ag2O作电池的正极，正确；B项，根据电池总反应，铝的化合价升高，被氧化，正确；C项，根据原电池工作原理，外电路电子从负极流向正极，由铝流向氧化银，错误；D项，根据原电池工作原理，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－移向Al极，正确。
7．等质量并且均过量的两份锌粉a和b(粉末表面积可视为相同)，分别加入等体积等物质的量浓度的稀硫酸中，同时向a中加入少量硫酸铜，下列表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　)
[答案]A　
[解析]等质量并且均过量的两份锌粉a和b，分别加入等体积等物质的量浓度的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4，发生的反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，形成铜 稀硫酸 锌原电池，反应速率加快，反应用时：a＜b；由于锌粉过量，故硫酸反应完全，生成氢气的体积：a＝b，A项正确。
8．把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺序是（　　）
A．A>B>C>D　　　　 B．A>C>D>B
C．C>A>B>D D．A>B>D>C
【解析】选B。原电池中较活泼的金属作负极，发生氧化反应，较不活泼的金属作正极，发生还原反应。A、B相连时A为负极，说明A比B活泼，C、D相连时，电流由D→C，D为正极，C为负极，说明C比D活泼，A、C相连时，C极上产生大量气泡，A为负极，C为正极，故A比C活泼；B、D相连时，D极发生氧化反应，D为负极，B为正极，说明D比B活泼，故这四种金属的活动性顺序是A>C>D>B。
9．如图所示，两电极一极为碳棒，一极为铁片。若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是（　　）
A.a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
【解析】选C。两电极一极为碳棒，一极为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，说明该装置构成了原电池，其中a极为正极，b极为负极。a极为碳棒，b极为铁片，烧杯中的溶液为硫酸，若为硫酸铜溶液，则a极会析出铜而不会产生气泡，故只有C正确。
10．某同学设计的原电池装置如图，下列说法错误的是（　　）
A．该电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
B．Fe极为电池的负极
C．电子从C极经导线流向Fe极
D．Fe3＋在C极表面被还原
【解析】选C。根据原电池原理，Fe为负极，负极上Fe失去电子生成Fe2＋，
C极为正极，正极上Fe3＋得电子，被还原，生成Fe2＋，电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，原电池中电子由负极流出，经导线流入正极，故C错误。
11．一种锂水电池以锂和钢板为电极，LiOH为电解质，使用时加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。下列有关该电池的说法错误的是（　　）
A．锂极为负极
B．OH－移向正极
C．H2为正极产物
D．电子由锂经导线流向钢板
【解析】选B。由方程式可知，Li失去电子，发生氧化反应，作负极，则钢板作正极，A项正确；负极上的电极方程式为Li－e－＋OH－===LiOH，可知OH－移向负极，B项错误；正极上的电极方程式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，可知氢气为正极产物，C项正确；电子会从负极流向正极，即电子由锂经导线流向钢板，D项正确。
12．一种以稀硫酸为电解质溶液的钒（V）蓄电池装置如图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时（　　）
A.电能转化为化学能
B．a为电池的正极
C．H＋由a极移向b极
D．b的电极反应式：V3＋＋e－===V2＋
【解析】选B。钒（V）蓄电池放电时，化学能转化为电能，充电时，电能转化为化学能，A错误；从放电时外电路中电子的定向移动方向可知，电子从负极流出，经过导线、电流表，流入正极，因此a为电池的正极，b为电池的负极，B正确；内电路中，带正电的阳离子移向正极，带负电的阴离子移向负极，因此氢离子从负极移向正极，即从b极移向a极，C错误；放电时，负极上发生氧化反应，失去电子，元素的化合价升高，则b极上反应式为V2＋－e－===V3＋，D错误。
二.非选择题
13．(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应式为___________________，b极是________(填“正”或“负”)极，b极反应为___________________，a极发生___________(填“氧化反应”或“还原反应”)。
②生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)极区域移动。
(2)将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，其反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。通入甲烷的一极的电极反应式为___________________。
电池在放电过程中溶液的pH将________(填“下降”“上升”或“不变”)。
[解析]　(1)①根据题图装置可知，总反应为二氧化硫与氧气和水反应生成硫酸：2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，b极为原电池的正极，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，a极为负极，失电子，被氧化，发生氧化反应。②原电池工作时，内电路中阳离子向正极移动，则H＋向b极区域移动。(2)甲烷燃料电池中甲烷为电池的负极，甲烷失去电子与溶液中的OH－反应生成CO和H2O，电极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，放电过程中c(OH－)减小，pH下降。
[答案]　(1)①2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4　正　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　氧化反应　②b　(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　下降
14.铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：___________________________。
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应式：________________________________________________。
负极反应式：__________________________________________________。
【解析】依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。氧化反应为Cu－2e－===Cu2＋，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，则设计思路明确：
原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
答案：（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Cu－2e－===Cu2＋
[方法规律]设计原电池的步骤
已知一个氧化还原反应，设计成一个原电池需要四步：
（1）定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
（2）拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。
（3）找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
（4）画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
14.根据图1、图2、图3及题中信息,回答下列问题:
(1)图1是锌锰干电池基本构造图,该电池的负极材料是　　　　;工作时在正极放电产生两种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,正极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　;电路中每通过0.2 mol e-,负极质量减少　　　　。
(2)图2是利用废旧锌锰干电池内的黑色糊状物分离得到黑色残渣MnO2的流程图。该流程中溶解和过滤操作均要使用到的玻璃仪器有　。
(3)图3是探究MnO2在制O2过程中的作用的实验装置图,利用该装置完成下表中实验一和实验二,实验过程中有关实验现象和所得数据如下表(已知:两次实验气体的体积在相同条件下测定;H2O2溶液由分液漏斗滴入到圆底烧瓶)。
序号 烧瓶中的物质 实验记录 实验结论
实验一 足量MnO2 a.充分反应后未见黑色固体物质减少 b.收集到112 mL气体 ①　　　
实验二 足量MnO2和稀硫酸 c.充分反应后黑色粉末部分溶解 d.收集到112 mL气体 ②　　　
③在测量气体体积时,除要注意待气体温度恢复至室温、平视读数外,还需要注意　　　　　　　　　　;
④实验一、二中参加反应的H2O2的物质的量之比为　　　　。
答案　(1)Zn　2N+2e- 2NH3↑+H2↑　6.5 g
(2)烧杯和玻璃棒
(3)①二氧化锰作催化剂　②二氧化锰作氧化剂　③上下移动B管,使A、B两管中液面相平　④2∶1
解析　(1)锌锰干电池的负极上Zn失去电子,负极反应为Zn-2e- Zn2+,该电池的负极材料是Zn;N在正极放电产生2种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,为氨气,另一种为氢气,正极反应为2N+2e- 2NH3↑+H2↑,电路中每通过0.2 mol e-,根据负极反应Zn-2e- Zn2+可知,消耗0.1 mol Zn,质量为0.1 mol×65 g/mol=6.5 g。(2)溶解需要玻璃棒、烧杯等仪器,过滤需要玻璃棒、烧杯以及漏斗等仪器,则均使用的玻璃仪器为烧杯和玻璃棒。(3)①充分反应后未见黑色固体物质减少,二氧化锰起到催化剂的作用,过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成氧气;②充分反应后黑色粉末部分溶解,生成锰离子,Mn化合价降低,反应中二氧化锰起到氧化剂的作用;③测量气体体积时,除要注意待气体温度恢复至室温、平视读数外,还要注意上下移动B管,使A、B两管中液面相平;④实验一中涉及的反应为2H2O2 2H2O+O2↑,实验二中反应生成锰离子、水、氧气,离子方程式为H2O2+2H++M　第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第3课时 化学电源
一.选择题
1.下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部
②锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池
③锂电池是新一代可充电电池
④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A.②③④ B.①②③④ C.①②③ D.①③④
2.下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铅酸蓄电池是可充电电池,电池的正极材料为PbO2
C.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
D.铜锌原电池工作时,电子从铜电极沿外电路流向锌电极
3.镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用,它的充放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O
Cd(OH)2+2Ni(OH)2;由此可知,该电池放电时的负极材料是(　　)
A.Cd B.Ni(OH)2
C.Cd(OH)2 D.NiO(OH)
4．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆 氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是(　　)
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．O2－移向电池的正极
C．b极对应的电极反应式为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
5．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。下列判断正确的是(　　)
A．锌为正极，Ag2O为负极
B．锌为负极，Ag2O为正极
C．该电池工作时，将电能转化成化学能
D．该电池工作时，负极区溶液的pH增大
6．鱼雷是一种水中兵器。它可从舰艇、飞机上发射，它发射后可自己控制航行方向和深度，遇到舰船，只要一接触就可以爆炸。用于攻击敌方水面舰船和潜艇，也可以用于封锁港口和狭窄水道。鱼雷采用Al Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH===6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是(　　)
A．Ag2O为电池的正极
B．Al在电池反应中被氧化
C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极
D．溶液中的OH－向Al极迁移
7．等质量并且均过量的两份锌粉a和b(粉末表面积可视为相同)，分别加入等体积等物质的量浓度的稀硫酸中，同时向a中加入少量硫酸铜，下列表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　)
8．把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺序是（　　）
A．A>B>C>D　　　　 B．A>C>D>B
C．C>A>B>D D．A>B>D>C
9．如图所示，两电极一极为碳棒，一极为铁片。若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是（　　）
A.a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
10．某同学设计的原电池装置如图，下列说法错误的是（　　）
A．该电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
B．Fe极为电池的负极
C．电子从C极经导线流向Fe极
D．Fe3＋在C极表面被还原
11．一种锂水电池以锂和钢板为电极，LiOH为电解质，使用时加入水即可放电，总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。下列有关该电池的说法错误的是（　　）
A．锂极为负极
B．OH－移向正极
C．H2为正极产物
D．电子由锂经导线流向钢板
12．一种以稀硫酸为电解质溶液的钒（V）蓄电池装置如图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时（　　）
A.电能转化为化学能
B．a为电池的正极
C．H＋由a极移向b极
D．b的电极反应式：V3＋＋e－===V2＋
二.非选择题
13．(1)科研人员设想用如图所示装置生产硫酸。
①上述生产硫酸的总反应式为___________________，b极是________(填“正”或“负”)极，b极反应为___________________，a极发生___________(填“氧化反应”或“还原反应”)。
②生产过程中H＋向________(填“a”或“b”)极区域移动。
(2)将两个铂电极插入氢氧化钾溶液中，向两极分别通入甲烷和氧气，可构成甲烷燃料电池，其反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。通入甲烷的一极的电极反应式为___________________。
电池在放电过程中溶液的pH将________(填“下降”“上升”或“不变”)。
14.铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：___________________________。
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应式：________________________________________________。
负极反应式：__________________________________________________。
14.根据图1、图2、图3及题中信息,回答下列问题:
(1)图1是锌锰干电池基本构造图,该电池的负极材料是　　　　;工作时在正极放电产生两种气体,其中一种气体分子是含10e-的微粒,正极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　;电路中每通过0.2 mol e-,负极质量减少　　　　。
(2)图2是利用废旧锌锰干电池内的黑色糊状物分离得到黑色残渣MnO2的流程图。该流程中溶解和过滤操作均要使用到的玻璃仪器有　。
(3)图3是探究MnO2在制O2过程中的作用的实验装置图,利用该装置完成下表中实验一和实验二,实验过程中有关实验现象和所得数据如下表(已知:两次实验气体的体积在相同条件下测定;H2O2溶液由分液漏斗滴入到圆底烧瓶)。
序号 烧瓶中的物质 实验记录 实验结论
实验一 足量MnO2 a.充分反应后未见黑色固体物质减少 b.收集到112 mL气体 ①　　　
实验二 足量MnO2和稀硫酸 c.充分反应后黑色粉末部分溶解 d.收集到112 mL气体 ②　　　
③在测量气体体积时,除要注意待气体温度恢复至室温、平视读数外,还需要注意　　　　　　　　　　;
④实验一、二中参加反应的H2O2的物质的量之比为　　　　。