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(zhì)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(zhì)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(zhì)量理論上減小6.5 g 【解析】　根據(jù)原電池原理結(jié)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(zhì)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(zhì)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(zhuǎn)化為電能的裝置，電解質(zhì)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(zhì)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(zhì)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。可見隨著反應的進行，電解質(zhì)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(zhì)，這種固體電解質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)與O2一起構(gòu)成的電池裝置，它可直接將化學能轉(zhuǎn)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(zhì)，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(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)的量為0.25 mol，故得電子的物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(gòu)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(zhuǎn)移2 mol電子，故每通過2 mol電子，理論上生成1 mol MnO2，質(zhì)量為87 g。 【答案】　(1)Zn(或鋅)　正極 (2)鋅與還原出的銅構(gòu)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(zhì)穩(wěn)定。請回答： (1)氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率為80%，則導線中通過電子的物質(zhì)的量為________mol。 【解析】　(1)電池即是把化學能轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)化率為80%，則通過電子的物質(zhì)的量為20 mol280%＝32 mol。 【答案】　(1)由化學能轉(zhuǎn)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