2021高二化学寒假作业同步练习题：化学电源

1、2021高二化学寒假作业同步练习题：化学电源一、化学电池及其分类1化学电池的分类（1）化学电池按其使用性质常分为如下三类：一次电池：又叫干电池，活性物质消耗到一定程度就不能再使用。二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电池。（2）化学电池按其电解质性质可分为中性电池、酸性电池、碱性电池。2判断电池优劣的主要标准（1）比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(Wh)kg1或(Wh)L1。（2）比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是Wkg1或WL1。（3）电池可储存时间的长短。3化学

2、电池的回收利用使用后的废弃电池中含有大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。二、常见的化学电池1一次电池（1）碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，总反应式为Zn2MnO22H2O=2MnOOHZn(OH)2 。负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液；负极反应式是Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式是2MnO22H2O2e=2MnOOH2OH。（2）锌银电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点，总反应式为ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。负极反应式是Zn2OH2e=Zn(OH)2；正极反应式是Ag2OH2O2e=2

3、Ag2OH。 技巧点拨化学电池中电极反应式的书写方法及步骤（1）分析电极反应。负极元素化合价升高，失电子，发生氧化反应，写出氧化产物的简单形式；正极元素化合价降低，得电子，发生还原反应，写出还原产物的简单形式。（2）注意电解质环境。电极产物在电解质溶液中能稳定存在，写出产物的正确存在形式。（3）根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。（4）根据正负极得失电子守恒，两电极反应式相加得电池总反应。（5）若已知电池总反应，可用电池总反应减去某一电极反应式求得另一电极反应式。2二次电池铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下：Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2

4、H2O(l)（1）负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。（2）放电反应原理负极反应式是Pb(s)SO(aq)2e=PbSO4(s) ；正极反应式是PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l) ；放电过程中，负极质量的变化是增大，电解质溶液pH的变化是增大。（3）充电反应原理阴极(发生还原反应)反应式是 PbSO4(s)2e=Pb(s)SO(aq) ；阳极(发生氧化反应)反应式是PbSO4(s)2H2O(l)2e=PbO2(s)4H(aq)SO(aq) ；充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。3燃料电池氢氧燃料电池用铂作电

5、极，不断充入的氢气和氧气，分别在两极发生氧化反应和还原反应。（1）氢氧燃料电池的总反应式是2H2O2=2H2O。（2）写出氢氧燃料电池(介质不同)的电极反应：介质负极反应式正极反应式酸性2H24e=4HO24H4e=2H2O碱性2H24e4OH=4H2OO22H2O4e=4OH【知识拓展】（1）燃料电池的工作原理一般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。（2）常见的四种典型燃料电池名称电解质

6、电极反应和总反应氢氧燃料电池KOH正极：O24e2H2O=4OH、负极：2H24e4OH=4H2O总反应：2H2O2=2H2OH2SO4正极：O24e4H=2H2O、负极：2H24e=4H总反应：2H2O2=2H2O甲烷燃料电池KOH正极：2O24H2O8e=8OH、负极：CH410OH8e=CO7H2O总反应：CH42O22KOH=K2CO33H2O甲醇燃料电池KOH正极：3O26H2O12e=12OH、负极：2CH3OH16OH12e=2CO12H2O总反应：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O肼燃料电池KOH正极：O22H2O4e=4OH、负极：N2H44OH4e=N24H2

7、O总反应：N2H4O2=N22H2O1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铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极【答案】B【解析】手机锂离子电池可以多次充放电，因此是二次电池，A项正确；铜锌原电池工作的时候，锌作负极，铜作正极，电子应该是从锌电极经导线流向铜电极，B项错误；甲醇燃料电池就是将甲醇内部的化学能转化为电能的装置，C项正确；锌的化学性质比锰要活泼，因此锌锰干电池中锌是负极，D项正确。答案选B。2纽扣电池的两极材料分别是锌和氧化银，离子导体是KOH溶液。放电时两个电极的反应分别是Zn2O

8、H2eZnOH2O和Ag2OH2O2e2Ag2OH-。下列说法正确的是A锌是负极反应物，氧化银是正极反应物B锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动D电池使用过程中，负极区溶液的碱性增强【答案】A【解析】放电时两个电极的反应分别是Zn2OH2eZnOH2O和Ag2OH2O2e2Ag2OH-，锌失去电子，锌是负极，氧化银得到电子，作正极，据此解答。【详解】根据以上分析可知锌是负极反应物，氧化银是正极反应物，A项正确；锌失去电子，发生氧化反应，氧化银得到电子，发生还原反应，B项错误；溶液中OH-向负极移动，K+、H+向正极移动，C项错误； 电池使用过程中，负

9、极区消耗氢氧根，则负极区溶液的碱性减弱，D项错误。答案选A。3一种新型的二次电池锌空气燃料电池，以KOH溶液为电解液，放电时的总反应为：2ZnO24OH2H2O2Zn(OH)42。关于该装置的说法正确的是A充电时，锌电极接外电源的负极B充电时，电解质溶液中c(OH)逐渐减小C放电时，负极反应为：Zn2e4H2OZn(OH)424H+D放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气22.4 L【答案】A【解析】根据放电时的总反应为：2ZnO24OH2H2O2Zn(OH)42可知，Zn在反应中失电子，被氧化，作负极；O2得电子，在正极上发生还原反应，由上述分析可知，Zn是负极，故充电时，锌电极接外电

10、源的负极，A项正确；充电时总反应恰好是放电时的逆过程，总反应为2Zn(OH)422ZnO24OH2H2O，故电解质溶液中c(OH)逐渐增大，B项错误；由于KOH溶液作电解质放电时，负极反应为：Zn2e+ 4OH-2Zn(OH)42，C项错误；放电时，电路中每通过4mol电子，则消耗氧气为1mol，但由于未告知标准状况，故体积不一定为22.4 L，D项错误。答案选A。4氨硼烷(NH3BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，电池反应为NH3BH33H2O2=NH4BO24H2O。已知H2O2足量，下列说法正确的是A正极的电极反应式为2H+2e-=H2B电池工作时

11、，H通过质子交换膜向负极移动C电池工作时，正、负极分别放出H2和NH3D工作足够长时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6mol电子【答案】D 【解析】以氨硼烷(NH3BH3)电池工作时的总反应为NH3BH3+3H2O2=NH4BO2+4H2O可知，左侧NH3BH3失电子发生氧化反应为负极，电极反应式为NH3BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H+6e-=6H2O，据此分析。右侧H2O2得到电子发生还原反应为正极，电极反应式为3H2O2+6H+6e-=6H2O，A项错误；B.放电时，阳离子向正极移动，

12、所以H+通过质子交换膜向正极移动，B项错误；NH3BH3为负极，失电子发生氧化反应，则负极电极反应式为NH3BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，右侧H2O2为正极，得到电子发生还原反应，电极反应式为3H2O2+6H+6e-=6H2O，所以电池工作时，两个电极都不产生气体，C项错误；未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，通入后，负极电极反应式为NH3BH3+2H2O-6e-=NH4BO2+6H+，正极电极反应式为3H2O2+6H+6e-=6H2O，假设转移电子的物质的量是6mol，则左室质量增加=31g-6g=25g，右室质量增加6g，两极的质量相差19g，理论上转移0.6mol电子，工

13、作一段时间后，若左右两极室质量差为1.9g，则电路中转移0.6 mol电子，D项正确。5iPhone手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注，目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是LiMnO2LiMnO2。下列说法正确的是ALi是负极，电极反应为MnO2e-MnOB电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极C电池内部产生的MnO2向锂电极移动D钠比锂更活泼，相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多【答案】C【解析】根据总反应式可判断，Li失去电子，MnO2得到电子，所以Li是负极，MnO2是正极；原电池电解质溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此解答。根据总反应式可判断，Li失

14、去电子，MnO2得到电子，所以Li是负极，MnO2是正极，A项错误；电池工作时，电子从负极经导线传递到正极上，B项错误；原电池中阴离子向负极移动，所以电池内部产生的MnO向锂电极移动，C项正确；M(Na)M(Li)，相同质量时，n(Li)n(Na)，故Li作电极提供的电能更多，D项错误。答案选C。62018年5月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨，原理如下图所示，下列说法正确的是A图中能量转化方式只有2种BH+向a极区移动Cb极发生的电极反应为：N26H+6e2NH3Da极上每产生22.4LO2流过电极的电子数一定为46.021023【答案】C【解析】图中能量转化方式有风能转化为

15、电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等，A项错误； b极氮气转化为氨气，氮元素化合价降低被还原为原电池的正极，故H+向正极b极区移动，选项B错误；C. b极为正极，发生的电极反应为：N26H+6e2NH3，C项正确；a极为负极，电极反应为2H2O4eO24H+，每产生标准状况下22.4LO2流过电极的电子数一定为46.021023，但题干没说明标准状况，D项错误。答案选C。7以甲烷为燃料的新型电池得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池的工作原理示意图。下列说法错误的是A以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池BA电极为电池正极，发生还原反应CB电极反应式为

16、CH44O28eCO22H2OD该电池的总反应：CH42O2CO22H2O【答案】D【详解】因为甲烷比氢气易得到，成本低，所以甲烷为燃料，其成本大大低于以氢气为燃料的传统燃料电池，A项正确；A电极通入氧气，化合价降低，发生还原反应，A电极为电池正极，B项正确；B电极通入甲烷，甲烷失去电子和阳离子结合生成二氧化碳和水，其反应式为CH44O28eCO22H2O，C项正确；甲烷燃料电池是化学能转化为电能，不是化学能变为热能，该电池的总反应：CH42O2CO22H2O，D项错误。答案选D。8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AZn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中

17、H+浓度增加B正极的电极反应式为Ag2O2eH2O2Ag2OHC锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D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】Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O2eH2O2Ag2OH，B项正确；Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变

18、薄，C项正确；铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 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项正确。9某公司开发了一种以甲醇为原料，以KOH为电解质的用于手机的可充电的高效燃料电池，充一次电可连续使用一个月。其中B电极的电极材料为碳，如图是一个电化学过程的示意图。请填空：(1)放电时：正极参加反应气体22.4L(标准状况下)，则转移电子的物质的量为_。(2)在此过程中若完全反应，乙池中A极的质量增加216 g，则乙池中c(H+)=_(反应后溶液体积为2000mL)。(3)若在常温常压下，1gCH3OH燃烧

19、生成CO2和液态H2O时放热22.68kJ，表示甲醇燃烧热的热化学方程式为_。【答案】4mol 1molL1 CH3OH(l)O2(g)CO2(g)2H2O(l) H725.76kJ/mol 【解析】（1）放电时，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，所以电极反应式为：CH3OH-6e+8OHCO+6H2O，正极：O24e2H2O=4OH；（2）乙池是电解池，总反应为：4Ag2H2O4Ag4H+O2，乙池中A极上银离子得电子发生还原反应，根据方程式计算氢离子的浓度。（3）n（CH3OH）=mol，结合燃烧热的概念书写热化学方程式。【详解】(1)放电时：正极：O24e2H2O=4OH，正

20、极参加反应气体22.4L(标准状况下)，则转移电子的物质的量为 44mol。(2)电解总反应为：4Ag2H2O4Ag4H+O2，乙池中A极上银离子得电子发生还原反应，生成的氢离子的物质的量与银的物质的量相同，A极的质量增加216 g，则乙池中c(H+)=1molL1。(3)n（CH3OH）=mol，生成CO2和液态H2O时放热22.68kJ，则1molCH3OH燃烧生成CO2和液态H2O时放出的热量为22.68kJ32=725.76kJ，表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l） H=-725.76kJ/mol。【点睛】本题以甲醇为燃料综合考查了燃

21、料电池和电解池的计算以及热化学方程式书写，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难点（2）电解反应的计算，结合电解总方程式计算。10某校课题组的同学设计“甲烷碳酸盐空气”熔盐燃料电池处理污水，其结构示意图如下：污水处理原理：保持污水的pH 在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撤掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用。回答下列问题：（1）图中 A的化学式为_。（2）燃料电池正极反应为O2+2CO2+4e= 2CO，负极反应式为_。（3）用电极反应式和离子或化学方程式

22、说明电解池中生成Fe(OH)3的过程：_；_；_ 。（4）若在阴极产生了 2 mo1气体，则理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4 (标准状况下)_L。【答案】（1）CO2 （2）CH44CO328e5CO22H2O （3）Fe2eFe2+ Fe2+2OHFe(OH) 2 4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3 （4）11.2 【解析】装置右侧为燃料电池，负极甲烷发生氧化反应，生成二氧化碳和水：CH44CO328e5CO22H2O；正极氧气结合二氧化碳生成碳酸根：O22CO24e2CO32；左侧为电解池，铁电极为阳极，石墨电极为阴极，据此解答。（1）图中 A是二氧化碳，化学式为：CO2；（2）

23、燃料电池正极反应为O22CO24e2CO32，负极反应式为：CH44CO328e5CO22H2O；（3）污水的pH 在5.06.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀，故铁电极先失去电子发生氧化反应：Fe2eFe2+ ；正极氢离子得电子发生还原产生氢气，继续发生反应：Fe2+2OHFe(OH) 2 ；氢氧化亚铁沉淀再被空气氧化，发生反应：4Fe(OH)2O22H2O4Fe(OH)3 ； （4）若在阴极产生了 2 mo1H2，则转移电子4mol，结合甲烷的电极反应式：CH4+4CO32-8e- =5CO2+2H2O；理论上熔融盐燃料电池消耗 CH4的物质的量为0.5mol，故标况下消耗甲烷的体积

24、为11.2L。1含氯苯的废水可通过加入适量乙酸钠，设计成微生物电池将氯苯转化为苯而除去，其原理如图所示(-C6H5表示苯基，C6H6为苯)。下列叙述错误的是AN极为电池的负极B随温度升高，电池的效率可能降低C每生成1 mol CO2，有4 mol H迁入M极区DM极的电极反应式为Cl-C6H5+e-=C6H6+Cl-【答案】D【解析】该装置为原电池装置，根据H+移动的方向，M极为正极，根据装置图，正极反应式为Cl-C6H5+H+2e-=C6H6+Cl-，N极为负极，其电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+，据此分析；【详解】根据H+移动的方向以及原电池的工作原理，阳离子

25、向正极移动，阴离子向负极移动，即M极为正极，N极为负极，A项正确；高温使蛋白质变性失去活性，杀死微生物，使电池的效率降低，B项正确；负极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-=2CO2+7H+，生成1molCO2，转移电子物质的量为4mol，整个电路中通过的电量相同，因此生成1molCO2，有4molH+迁入M极区，C项正确；根据上述分析，M极的电极反应式为Cl-C6H5+H+2e-=C6H6+Cl-，D项错误。答案选D。【点睛】电极反应式的书写是本题的难点，一般根据装置图，书写出：氧化剂+ne-还原产物，还原剂- ne-氧化产物，然后判断酸碱性，如果是酸性，负极产生H+，正极消耗H+，如果

26、是碱性，负极消耗OH-，正极则产生OH-，最后根据电荷守恒和原子守恒配平其他。2践行“绿水青山就是金山银山”理念，保护环境，处理厨房污水是一个重要课题。某科研小组设计使用微生物电池处理污水，装置如图所示(污水中低浓度有机物可用C6H12O6表示)，下列说法正确的是Ab电极为电池负极Bb电极附近溶液的pH增大Ca电极反应式为C6H12O6+6 H2O-12e-=6CO2 +24 H+Dxy【答案】B【解析】由图示信息知，C6H12O6在a电极上转化为CO2，其失电子表现还原性，a电极为负极；NO3在b电极上得电子生成N2，b电极为正极。【详解】由以上分析知，b电极为电池正极，A项错误；b电极上，

27、发生反应2NO3+10e-+6H2O=N2+12OH-，则电极附近溶液的pH增大，B项正确；a电极上，C6H12O6失电子转化为CO2等，电极反应式为C6H12O6+6 H2O-24e-=6CO2 +24 H+，C项错误；在阴、阳离子交换膜之间的溶液中，为平衡两边电极溶液的电性，Cl-移向a电极，Na+移向b电极，则氯化钠溶液的浓度减小，所以xy，D项错误。答案选B。3我国某科研机构研究表明，利用K2Cr2O7可实现含苯酚废水的有效处理，其工作原理如下图所示。若水分子不能通过阴、阳离子交换膜，则下列说法正确的是AN为该电池的负极B该电池可以在高温下使用C一段时间后，中间室中NaCl溶液的浓度减

28、小DM的电极反应式为：C6H5OH 28e + 28OH=6CO2 + 17H2O【答案】C【解析】由图可知Cr元素化合价降低，被还原，N为正极， A项错误；该电池用微生物进行发酵反应，不耐高温，B项错误；由于电解质NaCl溶液被阳离子交换膜和阴离子交换膜隔离，使Na+和Cl-不能定向移动，所以电池工作时，负极生成的H+透过阳离子交换膜进入NaCl溶液中，正极生成的OH-透过阴离子交换膜进入NaCl溶液中与H+反应生成水，使NaCl溶液浓度减小。C项正确；苯酚发生氧化反应、作负极，结合电子守恒和电荷守恒可知电极反应式为C6H5OH-28e11H2O=6CO228H，D项错误。答案选C。4NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池，其原理如图，下列判断正确的是A石墨电极为电池负极B电池中NO3从石墨电极I向石墨电极作定向移动C石墨I电极发生的电极反应为NO2NO3eN2O5D每消耗1 mol NO2转移电子2 mol【答案】C【解析】以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池，在使用过程中石墨I电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素混合升高，应生成N2O5，电极方程式为NO2NO3eN2O5，石墨通入氧气，发生还原反应，为原电池的正极，电极方程式为O22N2O54e4NO3，以此解答该题。【