2019-2020年蘇教版高中化學選修4《化學電源》教案.doc

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2019-2020年蘇教版高中化學選修4《化學電源》教案 一、選擇題 1．下列有關化學電源的敘述錯誤的是(　　) A．干電池根據(jù)電池內(nèi)的電解質分為酸性電池和堿性電池 B．干電池中碳棒為正極 C．鉛蓄電池是充電電池 D．鉛蓄電池中的PbO2為負極 【解析】　鉛蓄電池中的PbO2應為正極，鉛為負極。 【答案】　D 2．如圖鋅錳干電池在放電時總反應方程式可以表示為：Zn＋2MnO2＋2NH4＋===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O，在此電池放電時正極(碳棒)上發(fā)生反應的物質是(　　) A．Zn　　　　　　　　　 B．碳 C．MnO2＋NH4＋ D．Zn2＋和NH3 【解析】　可將總反應拆寫為兩個半反應，負極：Zn－2e－===Zn2＋；正極：2MnO2＋2NH4＋＋2e－===Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O。 【答案】　C 3．(xx年海南高考)關于鉛蓄電池的說法中正確的是(　　) A．在放電時，正極發(fā)生的反應是Pb(s)＋SO42－(aq)===PbSO4(s)＋2e－ B．在放電時，該電池的負極材料是鉛板 C．在充電時，電池中硫酸的濃度不斷變小 D．在充電時，陽極發(fā)生的反應是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42－(aq) 【解析】　鉛蓄電池放電時正極反應為PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O；負極材料為鉛板；充電時陽極反應是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42－；充電時，電池中硫酸的濃度增大。 【答案】　B 4．如圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是(　　) A．a(chǎn)電極是負極 B．b電極的電極反應為：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源 D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置 【解析】　氫氧燃料電池中H2為負極反應物，工作過程需不斷補充H2、O2，其產(chǎn)物為沒有任何污染的H2O，故A、C、D三項都對。其中b電極作正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 【答案】　B 5．(xx年寧夏理綜)一種燃料電池中發(fā)生的化學反應為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負極發(fā)生的反應是(　　) A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq) B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l) C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq) D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－ 【解析】　本題考查原電池電極反應式的書寫。該原電池的負極反應物為甲醇，負極反應式中不應該出現(xiàn)氧化劑，而A、B、D項中電極反應物中均出現(xiàn)氧化劑氧氣，所以A、B、D不正確。 【答案】　C 6．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液，電池總反應式為：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋Mn2O3(s)，下列說法錯誤的是(　　) A．電池工作時，鋅失去電子 B．電池正極的電極反應式為2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e－===Mn2O3(s)＋2OH－(aq) 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 【解析】　根據(jù)原電池原理結合氧化還原反應的有關常識可判斷出原電池的電極及其反應式、電子得失情況及流向。 【答案】　C 7．據(jù)報道，某公司最近研制了一種由甲醇和氧氣以及強堿作電解質溶液的新型手機電池，電量可達現(xiàn)用鎳氫電池或鋰電池的10倍，有關此電池的敘述，錯誤的是(　　) A．正極電極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．負極電極反應式：CH3OH＋6OH－－6e－===CO2↑＋5H2O C．電池在使用過程中，電解質溶液的pH降低 D．當外電路通過1.2 mol電子時，理論上消耗甲醇6.4 g 【解析】　使正、負極的得失電子守恒，則正極生成12OH－的同時負極消耗12OH－，pH不變。 【答案】　C 8．燃料電池是燃料(例如CO、H2、CH4等)跟氧氣或空氣反應，將此反應的化學能轉化為電能的裝置，電解質通常是KOH溶液，則下列關于甲烷燃料電池的說法正確的是(多選)(　　) A．負極反應式為：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O B．正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．隨著反應地進行，電解質溶液堿性不變 D．該電池的總反應與甲烷燃燒的反應方程式相同，反應式為：CH4＋2O2===CO2＋2H2O 【解析】　本題考查燃料電池的反應原理、電極反應式的書寫等知識。對于該燃料電池，負極CH4失電子被氧化，其中產(chǎn)物之一應是CO2，但在KOH溶液中，一定會變?yōu)镃O32－。故電極反應為：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O；正極O2得電子被還原，生成物應與電池中電解質溶液相關。電極反應為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；將兩個電極反應式相加，即可得到總反應式為：CH4＋2OH－＋2O2===CO32－＋3H2O?？梢婋S著反應的進行，電解質溶液中c(OH－)不斷減小。 【答案】　AB 9．(xx年廣東高考)可用于電動汽車的鋁—空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正確的是(　　) A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．以NaOH溶液為電解液時，負極反應為：Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變 D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極 【解析】　電池工作時，正極上O2得到電子被還原，電極反應為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正確。電解液為NaOH溶液時，在負極上產(chǎn)生的是NaAlO2而不是Al(OH)3，B錯誤。電池的總反應為：4Al＋3O2＋4NaOH===4NaAlO2＋2H2O，消耗NaOH，pH減小。電池工作時，電子通過外電路由負極流向正極。 【答案】　A 10．固體氧化物燃料電池是由美國西屋公司研制開發(fā)的。它以固體氧化鋯氧化釔為電解質，這種固體電解質在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過。該電池的工作原理如下圖所示，其中多孔電極a、b均不參與電極反應。下列判斷正確的是(　　) A．有O2放電的a極為電池的負極 B．有H2放電的b極為電池的正極 C．a(chǎn)極對應的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．該電池的總反應方程式為2H2＋O2===2H2O 【解析】　a為正極：O2＋4e－===2O2－，b為負極：2H2＋2O2－－4e－===2H2O，總反應方程式：2H2＋O2===2H2O。 【答案】　D 二、非選擇題 11．有一種微型電池，其電極分別為Zn和Ag2O，電解質溶液是KOH溶液。已知Zn(OH)2具有兩性，回答下列問題： (1)________為正極，________為負極； (2)寫出兩極的電極反應式： 正極____________________________________________________________________， 負極____________________________________________________________________； (3)放電時，正極附近溶液的pH________，負極附近溶液的pH________(填“升高”“降低”或“不變”)。 【答案】　(1)Ag2O　Zn　(2)Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－　Zn＋4OH－－2e－===ZnO22－＋2H2O　(3)升高　降低 12．(xx年黃山高二質檢)航天飛機常采用新型燃料電池作為電能來源，燃料電池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物質與O2一起構成的電池裝置，它可直接將化學能轉化為電能。我國發(fā)射的“神舟五號”載人飛船是采用先進的甲烷電池為電能來源的，該電池以KOH溶液為電解質，其總反應的化學方程式為：CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。 (1)負極上的電極反應為________。 (2)消耗標準狀況下的5.6 L O2時，有________mol電子發(fā)生轉移。 (3)開始放電時，正極附近溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 【解析】　(1)根據(jù)總的化學方程式知CH4－xe－===CO32－，C元素的化合價由－4→＋4，則有CH4－8e－===CO32－，根據(jù)電荷守恒左邊應配10個OH－，最后根據(jù)質量守恒得：CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O。 (2)正極反應為：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，5.6 L O2的物質的量為0.25 mol，故得電子的物質的量為0.25 mol4＝1 mol。 (3)由于正極生成OH－，故其附近的pH增大。 【答案】　(1)CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O (2)1　(3)增大 13．(xx年山東理綜)Zn－MnO2干電池應用廣泛，其電解質溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液。 (1)該電池的負極材料是____________。電池工作時，電子流向____________(填“正極”或“負極”)。 (2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有雜質Cu2＋，會加速某電極的腐蝕，其主要原因是_____________________________________________________________________。 欲除去Cu2＋，最好選用下列試劑中的__________(填代號)。 a．NaOH　　　　　　　　　　 b．Zn c．Fe d．NH3H2O (3)MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO4溶液。陰極的電極反應式是__________________。若電解電路中通過2 mol電子，MnO2的理論產(chǎn)量為________g。 【解析】　(1)原電池的負極是發(fā)生氧化反應的一極：Zn－2e－===Zn2＋；電池工作時，電子是從負極流向正極。 (2)Zn與Cu2＋發(fā)生氧化還原反應，生成的Cu附著在Zn的表面構成銅鋅原電池，加快反應速率，從而加快Zn的腐蝕。 (3)電解池的陰極是發(fā)生還原反應的一極：2H＋＋2e－===H2↑；每生成1 mol MnO2需轉移2 mol電子，故每通過2 mol電子，理論上生成1 mol MnO2，質量為87 g。 【答案】　(1)Zn(或鋅)　正極 (2)鋅與還原出的銅構成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕　b (3)2H＋＋2e－===H2↑　87 14．(xx年天津理綜)氫氧燃料電池是符合綠色化學理念的新型發(fā)電裝置。右圖為電池示意圖，該電池電極表面鍍一層細小的鉑粉，鉑吸附氣體的能力強，性質穩(wěn)定。請回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉化主要形式是 ________________________________________________________________________， 在導線中電子流動方向為________________________________________________________________________ (用a、b表示)。 (2)負極反應式為________________________________________________________________________。 (3)電極表面鍍鉑粉的原因為________________________________________________________________________ ______________________。 (4)該電池工作時，H2和O2連續(xù)由外部供給，電池可連續(xù)不斷提供電能。因此，大量安全儲氫是關鍵技術之一。金屬鋰是一種重要的儲氫材料，吸氫和放氫原理如下： Ⅰ.2Li＋H22LiH Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑ ①反應Ⅰ中的還原劑是________，反應Ⅱ中的氧化劑是________________________________________________________________________。 ②已知LiH固體密度為0.82 g/cm3，用鋰吸收224 L(標準狀況)H2，生成的LiH體積與被吸收的H2體積比為________。 ③由②生成的LiH與H2O作用，放出的H2用作電池燃料，若能量轉化率為80%，則導線中通過電子的物質的量為________mol。 【解析】　(1)電池即是把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置；在電池中電子是從負極經(jīng)導線流向正極，而氫氧燃料電池中通入H2的一極是負極，故電子由a流動到b。(2)H2在負極失電子，因為電解質溶液是KOH溶液，故負極反應式為2H2＋4OH－－4e－===4H2O。(3)電極表面鍍鉑粉可以增大電極單位面積吸附H2、O2的分子數(shù)，從而增大反應速率。(4)LiH中Li為＋1價，H為－1價，故反應Ⅰ中還原劑是Li，反應Ⅱ中氧化劑是H2O。由反應Ⅰ可知吸收標準狀況下224 L H2時生成160 g LiH，則生成的LiH的體積是，則生成的LiH體積與被吸收的H2的體積比為：＝。由②生成的20 mol LiH與H2O反應，由反應Ⅱ可知生成20 mol H2，H2～2e－，能量轉化率為80%，則通過電子的物質的量為20 mol280%＝32 mol。 【答案】　(1)由化學能轉變?yōu)殡娔堋∮蒩到b (2)2H2＋4OH－－4e－===4H2O或H2＋2OH－－2e－===2H2O (3)增大電極單位面積吸附H2、O2分子數(shù)，加快電極反應速率 (4)①Li　H2O　②1/1 148或8.7110－4?、?2