資源簡介

第2課時　化學電源
題組一　一次電池、二次電池
1．下列有關鋅錳干電池的說法正確的是(　　)
A．鋅外殼是負極，石墨棒是正極
B．在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼
C．電流從鋅外殼流到石墨棒上
D．在電池內部陽離子從石墨棒向鋅外殼移動
2．銀鋅紐扣電池如圖所示，其電池的總反應式為Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。
下列說法不正確的是(　　)
A．鋅作負極，發生氧化反應
B．正極為Ag2O，發生還原反應
C．電池工作時，電流從Ag2O經導線流向Zn
D．負極的電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋
3．鉛蓄電池是一種典型的可充電電池，其放電時的電池總反應為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O，則下列說法不正確的是(　　)
A．電池工作時，負極反應式：Pb－2e－===Pb2＋
B．鉛蓄電池是二次電池，放電時是化學能轉化為電能
C．電池工作時，電子由Pb板通過導線流向PbO2板
D．電池工作時，溶液中H＋移向PbO2板
4．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，電池總反應式為Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，鋅失去電子
B．電池正極上發生還原反應
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g
5．(2022·廣州高一期中)手機使用的鋰電池以質量輕、能量高而備受關注，目前已成功研制出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應是Li＋MnO2===LiMnO2。下列說法中正確的是(　　)
A．MnO2是負極，電極反應式為MnO2＋e－===MnO
B．Li是正極，電極反應式為Li－e－===Li＋
C．電池內部產生的MnO向鋰電極移動
D．鈉比鋰更活潑，相同質量的鈉作電極比鋰提供的電能更多
題組二　燃料電池
6．燃料電池是目前電池研究的熱點之一。某課外小組自制的氫氧燃料電池如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述錯誤的是(　　)
A．a極是負極，該電極上發生氧化反應
B．b極發生的電極反應是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．電池總反應為2H2＋O2===2H2O
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
7．一種直接鐵燃料電池(電池反應為3Fe＋2O2===Fe3O4)的裝置如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．Fe極為電池正極
B．KOH溶液為電池的電解質溶液
C．電子由多孔碳極沿導線移向Fe極
D．5.6 g Fe參與反應，導線中轉移1.204×1023個電子
8．(2023·四川廣安華鎣中學期中)H2O2在強堿性溶液中主要以HO形式存在。Al-H2O2燃料電池工作原理如圖所示。正極反應式為HO＋2e－＋H2O===3OH－。提示：電池效率等于電路上通過的電子數與負極失去電子數之比。下列說法錯誤的是(　　)
A．Al極發生氧化反應
B．電流由Pt極經負載流向Al極
C．放電時，OH－向Al極遷移
D．若正極生成4.5 mol OH－，電路經過2.4 mol電子，電池效率為60%
題組三　電解在物質制備中的應用
9．下列說法錯誤的是(　　)
A．電解水可以制得氫氣和氧氣
B．電解飽和食鹽水可以制得鈉和氯氣
C．電解熔融的氧化鋁可以制得金屬鋁
D．手機充電時電能轉化為化學能
10．(2023·蘇州高一期中)下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是(　　)
A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞
C．鉛蓄電池在工作中，負極每消耗1 mol鉛，則H2SO4溶液中就轉移2 mol電子
D．氫氧燃料電池中負極通入氫氣發生氧化反應
11．隨著環保整治的逐漸推進，乙醇作為一種燃料逐漸走進人們的視野，如“乙醇汽油”“乙醇電池”等。如圖是一種新型的乙醇電池的工作示意圖，該電池總反應為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。下列有關該電池的說法正確的是(　　)
A．a極為正極，b極為負極
B．負極反應式為C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
C．反應中轉移6 mol電子時，正極消耗33.6 L O2
D．該燃料電池工作一段時間后，酸性增強
12．(2022·河北衡水高一期中)熱激活電池常用作火箭的工作電源，某種熱激活電池以Ca和PbSO4為電極材料，以無水LiCl-KCl為電解質，電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。當電解質受熱熔融后，電池即可瞬間放電。下列有關說法不正確的是(　　)
A．PbSO4電極發生還原反應
B．負極的電極反應式為Ca－2e－===Ca2＋
C．放電時，K＋向負極移動
D．每轉移1 mol電子，正極質量減少48 g
13．(2023·徐州高一檢測)鋅-空氣電池裝置如圖所示，該電池的核心是驅動氧化還原反應(ORR)和析氧反應(OER)，KOH溶液為電解質溶液，放電時總反應為2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=== 2Zn(OH)，下列有關說法正確的是(　　)
A．放電時電解質溶液中OH－向正極移動
B．放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣11.2 L
C．發生OER反應的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．在電池放電過程中，空氣進入電池，發生ORR反應，釋放OH－
14．一種肼(N2H4)-空氣堿性燃料電池工作原理如圖所示(已知陰離子交換膜只允許陰離子通過)。下列說法錯誤的是(　　)
A．a為空氣，b為N2H4
B．M電極為正極，電極反應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C．電路中通過1 mol電子時，同時有1 mol OH－從左室通過陰離子交換膜移到右室
D．當有16 g N2H4完全反應生成N2，消耗標準狀況下11.2 L O2
15．(2022·天津高一期中)(1)如圖為氫氧燃料電池的構造示意圖，根據電子運動方向可知，氧氣從______(填“a”或“b”)口通入，X極為電池的________(填“正”或“負”)極。
(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，兩極上發生的電極反應分別為
A極：2H2＋2O2－－4e－===2H2O
B極：O2＋4e－===2O2－
則A極是電池的________極；電子從該極________(填“流入”或“流出”)。
(3)若將(1)中燃料電池改為甲烷-空氣燃料電池，工作時，負極反應式為___________________，
電池總反應式為________________________________________________________________。
16．(1)科研人員設想用如圖甲所示裝置生產硫酸。
①上述生產硫酸的總反應方程式為_________________________________________________，b是______極，b電極反應式為____________________________________________________，生產過程中H＋向______(填“a”或“b”)電極區域移動。
②該小組同學反思原電池的原理，其中觀點正確的是________(填字母)。
A．原電池反應的過程中可能沒有電子發生轉移
B．原電池裝置一定需要兩個活潑性不同的金屬電極
C．電極一定不能參加反應
D．氧化反應和還原反應可以拆開在兩極發生
(2)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的原電池如圖乙所示，質子交換膜(只允許H＋通過)左右兩側的溶液均為1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，電極c為________(填“正極”或“負極”)，電極c的反應式為_______________________________________________________________。
當電池中有1 mol e－發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為________g (假設反應物耗盡，忽略氣體的溶解)。
題組一　一次電池、二次電池
1．下列有關鋅錳干電池的說法正確的是(　　)
A．鋅外殼是負極，石墨棒是正極
B．在外電路中電子從石墨棒流向鋅外殼
C．電流從鋅外殼流到石墨棒上
D．在電池內部陽離子從石墨棒向鋅外殼移動
答案　A
解析　A項，在鋅錳干電池中，鋅外殼是負極，石墨棒是正極，故正確；B項，在外電路中電子從鋅外殼流向石墨棒，故錯誤；C項，電流的方向與電子的流向相反，應從石墨棒流向鋅外殼，故錯誤；D項，電池內部，陽離子向正極石墨棒移動，故錯誤。
2．銀鋅紐扣電池如圖所示，其電池的總反應式為Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag。
下列說法不正確的是(　　)
A．鋅作負極，發生氧化反應
B．正極為Ag2O，發生還原反應
C．電池工作時，電流從Ag2O經導線流向Zn
D．負極的電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋
答案　D
解析　Zn失電子發生氧化反應而作負極，故A正確；正極上Ag2O得電子發生還原反應，故B正確；原電池中電流從正極沿導線流向負極，該電池中Zn是負極、Ag2O是正極，所以放電時電流從Ag2O經導線流向Zn，故C正確；堿性條件下鋅離子生成Zn(OH)2，所以負極電極反應式為Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故D錯誤。
3．鉛蓄電池是一種典型的可充電電池，其放電時的電池總反應為Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O，則下列說法不正確的是(　　)
A．電池工作時，負極反應式：Pb－2e－===Pb2＋
B．鉛蓄電池是二次電池，放電時是化學能轉化為電能
C．電池工作時，電子由Pb板通過導線流向PbO2板
D．電池工作時，溶液中H＋移向PbO2板
答案　A
解析　負極反應為Pb－2e－＋SO===PbSO4，故A錯誤。
4．堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，電池總反應式為Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，鋅失去電子
B．電池正極上發生還原反應
C．電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
D．外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g
答案　C
解析　由電池總反應可知，Zn失去電子生成Zn(OH)2，故A正確；MnO2為原電池的正極，發生還原反應，故B正確；原電池中，電子由負極通過外電路流向正極，故C錯誤；負極反應為Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，消耗1 mol Zn轉移2 mol電子，若轉移0.2 mol電子，消耗0.1 mol Zn，質量為6.5 g，故D正確。
5．(2022·廣州高一期中)手機使用的鋰電池以質量輕、能量高而備受關注，目前已成功研制出多種鋰電池。某種鋰電池的總反應是Li＋MnO2===LiMnO2。下列說法中正確的是(　　)
A．MnO2是負極，電極反應式為MnO2＋e－===MnO
B．Li是正極，電極反應式為Li－e－===Li＋
C．電池內部產生的MnO向鋰電極移動
D．鈉比鋰更活潑，相同質量的鈉作電極比鋰提供的電能更多
答案　C
解析　由鋰電池的總反應為Li＋MnO2===LiMnO2可知Li失去電子，Li作負極，正極上MnO2得到電子，正極反應為MnO2＋e－===MnO，故A錯誤；電池內部產生的MnO向負極即鋰電極移動，故C正確；鈉和鋰為同主族元素，相同物質的量的Na和Li失電子數相同，Li的相對原子質量較小，則相同質量的鈉作電極比鋰失電子數少，提供的電能少，故D錯誤。
題組二　燃料電池
6．燃料電池是目前電池研究的熱點之一。某課外小組自制的氫氧燃料電池如圖所示，a、b均為惰性電極。下列敘述錯誤的是(　　)
A．a極是負極，該電極上發生氧化反應
B．b極發生的電極反應是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．電池總反應為2H2＋O2===2H2O
D．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源
答案　B
解析　A項，a極通入H2，為負極，電極反應式為2H2＋4OH－－4e－===4H2O，發生的是氧化反應，正確；B項，b極通入O2，為正極，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯誤；C項，正、負極電極反應式相加可得，電池總反應為2H2＋O2===2H2O，正確；D項，氫氧燃料電池的能量高，且產物為水，對環境無污染，故是具有應用前景的綠色電源，正確。
7．一種直接鐵燃料電池(電池反應為3Fe＋2O2===Fe3O4)的裝置如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．Fe極為電池正極
B．KOH溶液為電池的電解質溶液
C．電子由多孔碳極沿導線移向Fe極
D．5.6 g Fe參與反應，導線中轉移1.204×1023個電子
答案　B
解析　該電池中鐵失去電子，為電池負極，A項錯誤；電子由Fe極沿導線移向多孔碳極，C項錯誤；根據電池反應3Fe＋2O2===Fe3O4，可知，3 mol鐵參與反應時轉移8 mol電子，故5.6 g Fe參與反應，導線中轉移1.605×1023個電子，D項錯誤。
8．(2023·四川廣安華鎣中學期中)H2O2在強堿性溶液中主要以HO形式存在。Al-H2O2燃料電池工作原理如圖所示。正極反應式為HO＋2e－＋H2O===3OH－。提示：電池效率等于電路上通過的電子數與負極失去電子數之比。下列說法錯誤的是(　　)
A．Al極發生氧化反應
B．電流由Pt極經負載流向Al極
C．放電時，OH－向Al極遷移
D．若正極生成4.5 mol OH－，電路經過2.4 mol電子，電池效率為60%
答案　D
解析　觀察圖示知，Al-H2O2燃料電池中鋁電極為負極，鉑電極為正極。負極發生氧化反應，A項正確；電流由正極經外電路流向負極，B項正確；鉑極為正極，鋁極為負極，OH－向負極遷移，C項正確；正極反應式為HO＋2e－＋H2O===3OH－，n(OH－)＝4.5 mol，n(e－)＝3 mol，電池效率η＝×100%＝80%，D項錯誤。
題組三　電解在物質制備中的應用
9．下列說法錯誤的是(　　)
A．電解水可以制得氫氣和氧氣
B．電解飽和食鹽水可以制得鈉和氯氣
C．電解熔融的氧化鋁可以制得金屬鋁
D．手機充電時電能轉化為化學能
答案　B
解析　電解飽和食鹽水得到的是NaOH、H2和Cl2，電解熔融NaCl可以得到Na和Cl2，B項錯誤。
10．(2023·蘇州高一期中)下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是(　　)
A．上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
B．干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞
C．鉛蓄電池在工作中，負極每消耗1 mol鉛，則H2SO4溶液中就轉移2 mol電子
D．氫氧燃料電池中負極通入氫氣發生氧化反應
答案　C
解析　干電池是一次電池，鉛蓄電池是可充電電池，屬于二次電池，氫氧燃料電池屬于燃料電池，故A正確；在干電池中，Zn作負極，被氧化，故B正確；鉛蓄電池工作過程中負極每消耗1 mol鉛，則線路中會轉移2 mol電子，硫酸中無電子轉移，故C錯誤。
11．隨著環保整治的逐漸推進，乙醇作為一種燃料逐漸走進人們的視野，如“乙醇汽油”“乙醇電池”等。如圖是一種新型的乙醇電池的工作示意圖，該電池總反應為C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O。下列有關該電池的說法正確的是(　　)
A．a極為正極，b極為負極
B．負極反應式為C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
C．反應中轉移6 mol電子時，正極消耗33.6 L O2
D．該燃料電池工作一段時間后，酸性增強
答案　B
解析　依據質子(H＋)向正極移動，可確定a極為負極，b極為正極，A項錯誤；在電池負極，C2H5OH在酸性電解質溶液中失電子，生成二氧化碳等，負極反應式為C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋，B項正確；正極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，當反應中轉移6 mol電子時，正極消耗1.5 mol O2，但由于溫度、壓強未知，所以O2的體積不一定是33.6 L，C項錯誤；由電池總反應C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O可知，該燃料電池工作一段時間后，H＋的物質的量不變，但溶劑的質量增加，所以溶液的酸性減弱，D項錯誤。
12．(2022·河北衡水高一期中)熱激活電池常用作火箭的工作電源，某種熱激活電池以Ca和PbSO4為電極材料，以無水LiCl-KCl為電解質，電池總反應為PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。當電解質受熱熔融后，電池即可瞬間放電。下列有關說法不正確的是(　　)
A．PbSO4電極發生還原反應
B．負極的電極反應式為Ca－2e－===Ca2＋
C．放電時，K＋向負極移動
D．每轉移1 mol電子，正極質量減少48 g
答案　C
解析　放電時，原電池電解質溶液中的陽離子移向正極。
13．(2023·徐州高一檢測)鋅-空氣電池裝置如圖所示，該電池的核心是驅動氧化還原反應(ORR)和析氧反應(OER)，KOH溶液為電解質溶液，放電時總反應為2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O=== 2Zn(OH)，下列有關說法正確的是(　　)
A．放電時電解質溶液中OH－向正極移動
B．放電時，電路中通過2 mol電子，消耗氧氣11.2 L
C．發生OER反應的電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．在電池放電過程中，空氣進入電池，發生ORR反應，釋放OH－
答案　D
解析　原電池中陰離子向負極移動，故放電時電解質溶液中OH－向負極移動，A錯誤；沒有說明是標況，不能計算氧氣體積，B錯誤；反應在堿性條件下進行，發生OER反應的電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，C錯誤；空氣進入電池，氧氣得到電子發生還原反應，發生ORR反應：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正確。
14．一種肼(N2H4)-空氣堿性燃料電池工作原理如圖所示(已知陰離子交換膜只允許陰離子通過)。下列說法錯誤的是(　　)
A．a為空氣，b為N2H4
B．M電極為正極，電極反應為O2＋4e－＋4H＋===2H2O
C．電路中通過1 mol電子時，同時有1 mol OH－從左室通過陰離子交換膜移到右室
D．當有16 g N2H4完全反應生成N2，消耗標準狀況下11.2 L O2
答案　B
解析　燃料電池通入燃料的一極為負極，電子從負極流出，故 b為N2H4，A正確；此電池為堿性燃料電池，M為正極，則電極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B不正確；燃料電池中，陰離子移向負極，根據得失電子守恒，有關系式e－～OH－，則電路中通過1 mol電子時，同時有1 mol OH－從左室正極區通過陰離子交換膜移到右室負極區，C正確；負極反應式為N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，根據得失電子守恒，N2H4～4e－～O2，當有1 mol即32 g N2H4完全反應生成N2，消耗1 mol O2，則當有16 g N2H4完全反應生成N2，消耗0.5 mol O2，標準狀況下為11.2 L，D正確。
15．(2022·天津高一期中)(1)如圖為氫氧燃料電池的構造示意圖，根據電子運動方向可知，氧氣從______(填“a”或“b”)口通入，X極為電池的________(填“正”或“負”)極。
(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質，兩極上發生的電極反應分別為
A極：2H2＋2O2－－4e－===2H2O
B極：O2＋4e－===2O2－
則A極是電池的________極；電子從該極________(填“流入”或“流出”)。
(3)若將(1)中燃料電池改為甲烷-空氣燃料電池，工作時，負極反應式為___________________，
電池總反應式為________________________________________________________________。
答案　(1)b　負　(2)負　流出
(3)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O
解析　(1)氫氧燃料電池中，電子從負極向正極移動，X是負極，Y是正極，氧氣應通入正極。 (2)根據電極反應可知，A極發生氧化反應，應該是電池的負極，電子從該極流出。(3)甲烷-空氣燃料電池，通甲烷的一極(X)為負極，通空氣的一極(Y)為正極，電池總反應式為CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，負極反應式為CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。
16．(1)科研人員設想用如圖甲所示裝置生產硫酸。
①上述生產硫酸的總反應方程式為_________________________________________________，b是______極，b電極反應式為____________________________________________________，生產過程中H＋向______(填“a”或“b”)電極區域移動。
②該小組同學反思原電池的原理，其中觀點正確的是________(填字母)。
A．原電池反應的過程中可能沒有電子發生轉移
B．原電池裝置一定需要兩個活潑性不同的金屬電極
C．電極一定不能參加反應
D．氧化反應和還原反應可以拆開在兩極發生
(2)CO與H2反應還可制備CH3OH，CH3OH可作為燃料使用，用CH3OH和O2組合形成的原電池如圖乙所示，質子交換膜(只允許H＋通過)左右兩側的溶液均為1 L 2 mol·L－1 H2SO4溶液。電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，電極c為________(填“正極”或“負極”)，電極c的反應式為_______________________________________________________________。
當電池中有1 mol e－發生轉移時左右兩側溶液的質量之差為________g (假設反應物耗盡，忽略氣體的溶解)。
答案　(1)①2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4　正　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　b　②D　(2)負極　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　12
解析　(1)①根據裝置圖甲可知a電極通入SO2，SO2發生失去電子的氧化反應，O2從正極通入，因此上述生產硫酸的總反應方程式為2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4，b電極是正極，O2在酸性條件下得電子生成水，反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，原電池中陽離子向正極移動，則生產過程中H＋向b電極區域移動。②原電池反應的過程中一定有電子發生轉移，A項錯誤；原電池裝置不一定需要兩個活潑性不同的金屬電極，例如燃料電池等，B項錯誤；原電池中電極可以參加反應，例如銅、鋅、稀硫酸組成的原電池中鋅電極參加反應，C項錯誤；原電池中氧化反應和還原反應可以拆開在兩極發生，D項正確。(2)根據裝置圖乙可知電子從電極c流出，則電極c是負極，電池總反應為2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，所以CH3OH在負極發生失去電子的氧化反應轉化為CO2，則電極c的反應式為CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋；當轉移1 mol電子時，左側質量減輕×12 g＝2 g，還有1 mol H＋通過質子交換膜進入右側，質量減少1 g，正極反應式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，右側質量增加32 g×＝8 g，加上轉移過來的1 g H＋，因此左右兩側溶液的質量之差為8 g＋1 g＋2 g＋1 g＝12 g。

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