6.1.3 设计原电池 燃料电池 习题精练（原卷版-解析版）-（2019）新人教版高中化学高一必修二.rar

第第 3 课时课时设计原电池设计原电池燃料电池燃料电池1.下图为番茄制作的水果电池，下列说法正确的是()A一段时间后，铜片质量减小B锌电极发生氧化反应C电流由锌通过导线流向铜D铜电极是该电池的负极2下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池3某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下：编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Fe、Al稀硫酸偏向 Fe2Al、Mg稀硫酸偏向 Al3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Al、MgNaOH 溶液偏向 Mg根据上表记录的实验现象，回答下列问题：(1)实验 1、2 中铝的作用是否相同？_。写出实验 1 中铝电极上发生的电极反应式：_。实验 2 中，镁为_极，电极反应式为_。(2)实验 3 中，铝为_极，石墨为_极，电池总反应式为_。(3)实验 4 中，铝为_极，原因为_，负极电极反应式为_。4如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为 NaOH(aq)或 KOH(aq)时两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_。(2)碱式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_。5如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使 LED 灯发光的装置。下列有关该装置的说法正确的是()A铜为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有 Cu2产生B其能量转化的形式主要是化学能电能光能C如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将发生改变D如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED 灯将不会发光6某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是()A锌筒是原电池的正极B石墨电极上发生氧化反应C铵根离子流向石墨电极D电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒。7.美国加州 Miramar 海军航空站安装了一台 250 kW 的 MCFC 型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为 600700 ,所用燃料为 H2,电解质为熔融的 K2CO3。该电池的总反应为:2H2+O22H2O,负极反应为:H2+CO32-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是()A.正极反应:4OH-4e-2H2O+O2B.当电池生成 1 mol H2O 时,转移 4 mol 电子C.放电时 CO32向负极移动D.放电时 CO32向正极移动8如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（ ）A该系统中只存在 3 种形式的能量转化B装置 Y 中负极的电极反应式为：22O +2H O+4e4OHC装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化9LED 产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动 LED 发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（ ） A电路中的电子从负极经外电路到正极，再经过 KOH 溶液回到负极，形成闭合回路Ba 处通入氢气， b 处通氧气，该装置将化学能最终转化为电能C电池放电后， OH的物质的量浓度减小D通入 O2的电极发生反应：O2 + 4e 2O210一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）A反应，每消耗 1mol CH4转移 12mol 电子422CH +H O3H +CO 催化剂B电极 A 上 H2参与的电极反应为：H2+2OH-2e-=2H2OC电池工作时，CO32-向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e=2CO32-11(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的 pH_(填“增大”、 “减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO2的混合气为正极助燃气，制得在 650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO24e=4CO2；23CO正极反应式：_；总电池反应式：_。12人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：(1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl该电池的负极反应式是_；在电池中，Na+不断移动到“水”电池的_极(填“正”或“负”)；外电路每通过 4 mol 电子时，生成 Na2Mn5O10的物质的量是_；(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH 是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时，b 口通入的物质为_；该电池负极的电极反应式_；工作一段时间后，当 6.4 g 甲醇完全反应生成 CO2时，有_个电子转移。(3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_；第第 3 课时课时设计原电池设计原电池燃料电池燃料电池1.下图为番茄制作的水果电池，下列说法正确的是()A一段时间后，铜片质量减小B锌电极发生氧化反应C电流由锌通过导线流向铜D铜电极是该电池的负极答案B解析锌的金属性强于铜，所以锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子生成氢气，所以选项 B 正确。2下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池答案C解析氢氧燃料电池的总反应是 2H2O2=2H2O，因而正极是 O2得电子发生还原反应。3某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下：编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Fe、Al稀硫酸偏向 Fe2Al、Mg稀硫酸偏向 Al3Al、石墨稀硫酸偏向石墨4Al、MgNaOH 溶液偏向 Mg根据上表记录的实验现象，回答下列问题：(1)实验 1、2 中铝的作用是否相同？_。写出实验 1 中铝电极上发生的电极反应式：_。实验 2 中，镁为_极，电极反应式为_。(2)实验 3 中，铝为_极，石墨为_极，电池总反应式为_。(3)实验 4 中，铝为_极，原因为_，负极电极反应式为_。答案(1)实验 1、2 中铝的作用不同，实验 1 中，铝作原电池的负极，实验 2 中铝作原电池的正极Al3e=Al3负Mg2e=Mg2(2)负正2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2(3)负铝可以和氢氧化钠溶液发生反应Al3e4OH=AlO2H2O 2解析(1)由实验 1、2 的现象可知，实验 1 中 Al 为原电池的负极，实验 2 中 Al 为原电池的正极。实验 1 中铝电极上发生的电极反应式为 Al3e=Al3；实验 2 中镁为负极，电极反应式为 Mg2e=Mg2。(2)由实验 3 的现象可知，Al 为原电池的负极，石墨为原电池的正极，负极发生氧化反应，电极反应式为 2Al6e=2Al3，正极发生还原反应，电极反应式为 6H6e=3H2，电池总反应方程式为 2Al3H2SO4=Al2(SO4)33H2。(3)由实验 4 的现象可知，Mg 作正极，Al 作负极，因为 Al 可以和 NaOH 溶液发生自发的氧化还原反应，2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极电极反应式为Al3e4OH=AlO2H2O。 24如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式当电解质溶液为 NaOH(aq)或 KOH(aq)时两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_。(2)碱式电池的电极反应：负极：_，正极：_；电池总反应：_。答案(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O解析(1)正极上，O2得电子变为 O2，溶液中 O2不能单独存在，酸性条件下与 H结合成H2O。负极上，H2失电子变为 H，H进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为 O2，溶液中 O2不能单独存在，碱性条件下与 H2O 结合成 OH。负极上，H2失电子变为 H，碱性条件下 H不能大量存在，与 OH结合成 H2O。5如图是某化学课外活动小组设计的用化学电源使 LED 灯发光的装置。下列有关该装置的说法正确的是()A铜为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有 Cu2产生B其能量转化的形式主要是化学能电能光能C如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将发生改变D如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED 灯将不会发光答案B解析锌片作负极，发生氧化反应，铜片作正极，发生还原反应，A 错误；该装置的能量转化形式是“化学能电能光能” ，B 正确；如把锌片换为铁片，铜片依然为正极，电路中的电流方向不会发生改变，C 错误；如将稀 H2SO4换为柠檬汁，由于柠檬汁中含有柠檬酸，溶液呈酸性，LED 灯也会发光，D 错误。6某普通锌锰干电池的结构如图所示。下列说法正确的是()A锌筒是原电池的正极B石墨电极上发生氧化反应C铵根离子流向石墨电极D电子经石墨电极沿电解质溶液流向锌筒答案C解析锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，A 错误；锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨电极作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，B 错误；原电池中阳离子定向移动到正极，故铵根离子流向石墨电极，C 正确；电子经导线由负极锌筒流向石墨电极，D 错误。7.美国加州 Miramar 海军航空站安装了一台 250 kW 的 MCFC 型燃料电池,该电池可同时供应电和水蒸气,其工作温度为 600700 ,所用燃料为 H2,电解质为熔融的 K2CO3。该电池的总反应为:2H2+O22H2O,负极反应为:H2+CO32-2e-H2O+CO2。则下列推断中正确的是()A.正极反应:4OH-4e-2H2O+O2B.当电池生成 1 mol H2O 时,转移 4 mol 电子C.放电时 CO32向负极移动D.放电时 CO32向正极移动答案：C8如图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（ ）A该系统中只存在 3 种形式的能量转化B装置 Y 中负极的电极反应式为：22O +2H O+4e4OHC装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生D装置 X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化【答案】C【解析】A.存在能量转化形式有太阳能、机械能、化学能、电能，则不只是三种，故 A 错误；B.装置 Y 为燃料电池,氢气在负极失电子被氧化，电极反应式是：H2-2e-+2OH-=2H2O，故 B错误；C.在装置 X 中,电解水生成 H2、O2，能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生，故 C 正确；D.在反应过程中，有能量的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化，故D 错误。答案选 C。9LED 产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动 LED 发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（ ） A电路中的电子从负极经外电路到正极，再经过 KOH 溶液回到负极，形成闭合回路Ba 处通入氢气， b 处通氧气，该装置将化学能最终转化为电能C电池放电后， OH的物质的量浓度减小D通入 O2的电极发生反应：O2 + 4e 2O2【答案】C【解析】 A. 电路中的电子从负极经外电路到正极，但是电子不经过 KOH 溶液，A 不正确；B. 由外电路中电子的运动方向可知，a 是负极、b 是正极，故 a 处通入氢气、 b 处通氧气，该装置将化学能最终转化为光能，B 不正确；C. 电池放电后，电池反应产物是水，故 OH的物质的量浓度减小，C 正确；D. 通入 O2的电极发生反应为 O2 + 2H2O+4e 4OH，D 不正确。答案选 C。10一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（ ）A反应，每消耗 1mol CH4转移 12mol 电子422CH +H O3H +CO 催化剂B电极 A 上 H2参与的电极反应为：H2+2OH-2e-=2H2OC电池工作时，CO32-向电极 B 移动D电极 B 上发生的电极反应为：O2+2CO2+4e=2CO32-【答案】D【解析】 A、1mol CH4CO，化合价由-4 价+2 上升 6 价，1mol CH4参加反应共转移 6mol 电子，故 A 错误；B、环境不是碱性，否则不会产生 CO2，其电极反应式：CO+H2+2CO32-4e-=3CO2H2O，故 B 错误；C、根据原电池工作原理，电极 A 是负极，电极 B 是正极，阴离子向负极移动，故 C 错误；D、根据电池原理，O2、CO2共同参加反应，其电极反应式：O2+2CO2+4e-=2CO32-，故 D 正确；11(1)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为_。电池工作一段时间后电解质溶液的 pH_(填“增大”、 “减小”或“不变”)。(2)熔融盐燃料电池具有很高的发电效率，因而受到重视。可用 Li2CO3和 Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO2的混合气为正极助燃气，制得在 650 下工作的燃料电池。请完成有关的电池反应式：负极反应式：2CO24e=4CO2；23CO正极反应式：_；总电池反应式：_。【答案】 （1）a CH410OH8e=7H2O 减小 （2） 23COO22CO24e=2 2COO2=2CO2 23CO【解析】(1)根据总反应式 CH42OH+2O2=CO32-+3H2O，CH4在反应时失去电子，故 a 电极是电池的负极，负极反应式是 CH410OH8e= CO32-7H2O。由于电池工作过程中会消耗OH，故一段时间后，电解质溶液的 pH 会减小；(2) 用 CO 作燃料，熔融盐燃料电池的总反应为 2CO+O2=2CO2；根据正极反应式负极反应式总电池反应，可推知正极反应式为 O22CO24e=2 CO32-。12人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、电脑、照相机等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：(1)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl该电池的负极反应式是_；在电池中，Na+不断移动到“水”电池的_极(填“正”或“负”)；外电路每通过 4 mol 电子时，生成 Na2Mn5O10的物质的量是_；(2)中国科学院应用化学研究所在甲醇(CH3OH 是一种可燃物)燃料电池技术方面获得新突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。该电池工作时，b 口通入的物质为_；该电池负极的电极反应式_；工作一段时间后，当 6.4 g 甲醇完全反应生成 CO2时，有_个电子转移。(3)Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，当银锌碱性电池的电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的 Ag2O2转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，写出该电池反应方程式：_；【答案】 （1）Ag+Cl-e-=AgCl 正 2 mol （2）CH3OH CH3OH-6e-+H2O=CO26H+ 1.2NA （3）Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O=2K2Zn(OH)4+2Ag 【解析】 （1）根据电池总反应：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl 可知，Ag 元素的化合价由 0 价失电子升高到+1 价，发生氧化反应，Ag 应为原电池的负极，负极发生反应的电极方程式为：Ag+Cl-e-=AgCl；答案为 Ag+Cl-e-=AgCl。在原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以钠离子向正极移动；答案为正。根据方程式中 5molMnO2生成 1molNa2Mn5O10，化合价共降低了 2 价，所以每生成1molNa2Mn5O10转移 2mol 电子，则外电路每通过 4mol 电子时，生成 Na2Mn5O10的物质的量是 2mol；答案为 2mol。（2）据氢离子移动方向知，阳离子向正极移动，则右侧电极为正极，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇；答案为 CH3OH。正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：O2+4H+4e-=2H2O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；答案为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。根据 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+反应知，消耗 1mol 甲醇要转移 6mol 电子，当 6.4g 甲醇完全反应生成 CO2时，转移电子的物质的量 n=1.2mol，则转移电子个数为6.4632g /gmol1.2NA；答案为 1.2NA。（3）电池放电时正极的 Ag2O2转化为 Ag，负极的 Zn 转化为 K2Zn(OH)4，正极电极反应式为 Ag2O2+4e-+2H2O2Ag+4OH-，负极电极反应式为 2Zn-4e-+8OH-2Zn(OH)42-，反应还应有 KOH 参加，反应的总方程式为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag；答案为：Ag2O2+2Zn+4KOH+2H2O2K2Zn(OH)4+2Ag。