学年高二鲁科版化学选修四练习第1章 第3节 化学能转化为电能电池 Word版含答案.docx

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学年高二鲁科版化学选修四练习第1章第3节化学能转化为电能电池Word版含答案

一、原电池的工作原理

1．原电池的定义。

电化学上将化学能转化为电能的装置称为原电池。

2．铜锌原电池装置及实验现象分析。

（1）装置。

（2）实现现象。

电流计指针

电极表面变化情况

Ⅰ

发生偏转

锌片质量减少，铜片质量增加

Ⅱ

发生偏转

锌片质量减少，铜片质量增加

（3）实验分析。

电极名称

负极

正极

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

电子流向

电子流出

电子流入

电池反应

Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu

1．铜锌原电池中盐桥的作用是什么？

答案：

盐桥可提供定向移动的阴阳离子，使由它连接的两溶液保持电中性，保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。

导线的作用是传递电子，沟通外电路；而盐桥的作用则是沟通内电路。

3．原电池的工作原理。

外电路中电子由负极流向正极；内电路（电解质溶液）中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。

4．原电池的构成条件。

（1）活泼性不同的两个电极；

（2）电极均与电解质溶液接触；

（3）形成闭合回路；

（4）能自发地发生氧化还原反应。

二、化学电源

1．化学电源的分类。

（1）一次电池：

只能放电，不能充电，使用后弃去，可能造成环境污染。

（2）可充电电池：

也称二次电池，可以反复充电和放电，放电时是一个原电池，将化学能转化为电能；充电时是一个电解池，将电能转化为化学能。

（3）燃料电池：

电池负极输入燃料，发生氧化反应；正极输入氧气，发生还原反应，实现一个相当于燃烧反应的电池反应，将化学能转化为电能。

2．常见化学电源。

（1）锌锰干电池（一次电池）。

负极（锌）发生的反应：

Zn－2e－===Zn2＋，

正极（石墨）：

2NH

＋2e－===2NH3＋H2，

电池反应：

Zn＋2NH

===Zn2＋＋2NH3＋H2。

（2）铅蓄电池（二次电池）。

负极：

Pb＋SO

－2e－===PbSO4，

正极：

PbO2＋SO

＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，

总反应为：

Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。

（3）氢氧燃料电池。

电解质溶液是KOH溶液，在负极通入H2，正极通入O2，电极反应为：

负极：

2H2＋4OH－－4e－===4H2O，

正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－，

总反应：

2H2＋O2===2H2O。

思考应用

2．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？

答案：

可充电电池充电时的电极接法为：

三、金属的腐蚀与防护

1．金属的腐蚀。

（1）定义：

金属表面跟周围接触到的气体或液体发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏。

（2）分类：

金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀是指金属与其他物质直接接触发生化学反应而发生的腐蚀；电化学腐蚀是指不纯的金属或合金接触电解质溶液，使较活泼的金属发生电化学反应而引起的腐蚀。

现实生活中，两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重。

（3）钢铁的腐蚀：

3．化学腐蚀与电化学腐蚀的本质相同吗？

两者有何区别？

答案：

两者的本质相同，都是金属失去电子被氧化即A＝ne－＋An＋。

两者的区别是化学腐蚀没有电流产生，而电化学腐蚀有电流产生。

2．金属的防护。

（1）改变金属内部结构，如制成合金等。

（2）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。

3．电化学防腐蚀。

（1）牺牲阳极保护法。

这种方法通常是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而作为正极的钢铁被保护了下来。

（2）阴极电保护法。

这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）与外加直流电源的负极相连作为阴极，而将直流电源的正极接到一些废铁上，使废铁成为阳极。

温馨提示

　防腐效果由好到差的顺序为：

外加电源的阴极电保护法防腐＞牺牲阳极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐＞无防护条件的防腐。

1．下列说法正确的是（C）

A．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加

B．氢氧燃料电池中负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．甲醇燃料电池以酸性溶液为电解质溶液，其负极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋

D．电池工作时，电子由负极通过电解质溶液流向正极

解析：

铅蓄电池在放电过程中，负极电极反应式Pb＋SO

－2e－===PbSO4，负极质量增加，正极电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O，正极质量增加，故A项错误；氢氧燃料电池中，负极上H2失去电子，故B项错误；该燃料电池的电解质溶液呈酸性，所以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＋，故C项正确；原电池中，电子从负极通过导线流向正极，故D项错误。

2．将纯锌片和纯铜片按如图所示方法插入相同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（C）

A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

C．两烧杯中溶液的pH均增大

D．产生气泡的速率甲比乙慢

解析：

因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，而甲烧杯中锌片与铜片构成原电池，且H2从铜片上

析出，故铜片表面有气泡产生，A、B两项皆错；又因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D项错；同时，两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H＋，故C项正确。

1．下列关于原电池的叙述正确的是（B）

A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属

B．原电池是将化学能转化为电能的装置

C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原

D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

解析：

构成原电池的正、负极可以用金属电极与非金属，如碳作电极，故A项错误；原电池中电子流出的一极发生氧化反应，故C项错误；电流的方向是从正极经外电路流向负极，与电子流动的方向是相反的，故D项错误。

2．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（C）

A．水既是氧化剂又是溶剂

B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动

D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

解析：

锂比铁的金属性强，故锂应做负极材料失电子，由题意知该原电池以LiOH为电解质且加入水即可放电则应发生反应：

2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，依据方程式可以判断水中氢在正极得电子，由＋1价被还原为0价，生成氢气，且水做氧化剂，故答案中A、B、D三项正确；C项中作为阴离子的OH－离子应向原电池的负极移动，故C项错误。

3．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。

下列有关说法正确的是（C）

A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O

D．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

解析：

本题考查新型燃料电池，意在考查学生能否正确书写电极反应式。

结合题意，该电池总反应即是乙醇的氧化反应，不消耗H＋，故负极产生的H＋应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为：

O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合D项，转移0.4mol电子时，消耗O20.1mol，即标况下的体积为2.24L，B项错误；C项正确。

4．下列事实与电化学腐蚀无关的是（A）

A．光亮的自行车钢圈不易生锈

B．黄铜（Cu、Zn合金）制的铜锣不易产生铜绿

C．铜、铝电线一般不连接起来作导线

D．生铁比熟铁（几乎是纯铁）容易生锈

解析：

本题考查金属腐蚀问题。

金属腐蚀包括两方面：

一是电化学腐蚀，这是主要的；二是化学腐蚀，直接被氧化剂氧化。

B、C、D三项可以构成原电池，形成电化学腐蚀；A项是镀上一层保护层，不是因为电化学而导致。

5．阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为2H2＋O2===2H2O。

若电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式分别为：

负极__________________，正极__________________。

若电解质溶液为稀H2SO4，其电极反应式分别为：

负极__________________，正极__________________。

解析：

电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可出现OH－，但不能出现H＋；同样，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出现H＋，但不能出现OH－。

答案：

H2－2e－＋2OH－===2H2O　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　H2－2e－===2H＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O

6.原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：

（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。

肼－空气燃料电池是一种碱性燃料电池，产物无污染，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。

肼－空气燃料电池放电时：

正极的电极反应式是________________________________________________________________________；

负极的电极反应式是________________________________________________________________________。

（2）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N2、H2为电极反应物，以HCl－NH4Cl为电解质溶液制造新型燃料电池。

试写出该电池的正极反应式________________________________________________________________________。

（3）请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。

请画出实验装置图并写出电极反应式。

解析：

（1）氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根离子，肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气和H2O。

（2）相当于氮气和氢气先合成氨，然后结合盐酸生成氯化铵。

（3）三价铁离子能够氧化铜生成铜离子，从而设计成原电池证明该结论。

答案：

（1）O2＋2H2O＋4e－===4OH－

N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2O

（2）N2＋8H＋＋6e－===2NH

（3）

正极反应：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

负极反应：

Cu===Cu2＋＋2e－

1．有关铜锌原电池电极的判断正确的是（A）

A．锌电极是负极　　　　　B．发生还原反应的是负极

C．质量减轻的电极是正极　　D．电子流出的电极是正极

解析：

铜锌原电池中，锌易失电子生成锌离子，发生氧化反应，质量减轻，作负极；铜作正极，发生还原反应。

2．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。

据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（B）

A．①③②④　B．①③④②

C．③④②①　D．③①②④

解析：

本题考查原电池原理。

电流方向与电子流向相反，①②相连时，电流由②流向①，则金属性①>②；①③相连时，③为正极，则金属性①>③；②④相连时，②上有气泡，则金属性④>②；③④相连时，③的质量减少，则金属性③>④；综上分析，可得金属活动性顺序为①>③>④>②。

3．将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（A）

A．Cu电极上发生还原反应

B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO

）增大

D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

解析：

本题考查原电池和电解池工作原理。

A项，K闭合时，Zn和Cu构成原电池，Cu作正极，发生还原反应，正确；B项，在电解Na2SO4溶液时，电子不能流入电解质溶液中，即a―→b电子不能通过，错误；C项，甲池中硫酸根离子没有放电，故浓度不变，错误；D项，b为阳极，OH－放电，留下H＋，使得b附近溶液显酸性，不能使酚酞变红，错误。

4．可给笔记本电脑供电的甲醇燃料电池已经面世，其结构示意图如右图所示。

甲醇在催化剂作用下提供质子（H＋）和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一电极后与氧气反应，电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2↑＋4H2O。

下列说法中不正确的是（B）

A．右电极为电池正极，b处通入的物质是空气

B．左电极为电池负极，a处通入的物质是空气

C．负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋

D．正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

解析：

原电池中电子流出的一极为负极，负极失电子被氧化，a应通入甲醇，故B项错；b为电子流入的极应为正极，正极得电子，应通入空气，故A项对；D项的正极反应式对，用总反应式减去正极反应式可知C项也正确。

5．（2014·大连高二检测）我国某大城市今年夏季多次降下酸雨。

据环保部门测定，该城市整个夏季酸雨的pH平均为3.2。

在这种环境中的铁制品极易被腐蚀。

对此条件下铁的腐蚀的叙述不正确的是（B）

A．此腐蚀过程有化学腐蚀也有电化学腐蚀

B．发生电化学腐蚀时的正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－

C．在化学腐蚀过程中有氢气产生

D．发生电化学腐蚀时的负极反应为Fe－2e－===Fe2＋

解析：

金属的腐蚀过程中化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只不过以化学腐蚀为主，A正确；酸性条件下发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B不正确，C正确；钢铁发生电化学腐蚀时负极上Fe被氧化，电极反应式为Fe－2e===Fe2＋，D正确。

6．一种充电电池放电时的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O；NiO（OH）＋H2O＋e－===Ni（OH）2＋OH－。

当为电池充电时，与外电源正极连接的电极上发生的反应是（D）

A．H2O的还原B．NiO（OH）的还原

C．H2的氧化D．Ni（OH）2的氧化

解析：

为电池充电时，为电解池的工作原理，与外电源正极连接的电极是阳极，该极上发生的反应是失电子的氧化反应，元素的化合价会升高，即Ni（OH）2的氧化反应。

7．（2013·江苏卷）Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器．该电池以海水为电解质溶液，示意图如右。

该电池工作时，下列说法正确的是（C）

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

解析：

组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，故A项错误；双氧水作为氧化剂，在石墨上被还原变为水，发生还原反应，溶液pH值增大，故B项错误，C项正确；溶液中Cl－移动方向同外电路电子移动方向一致，应向负极方向移动，故D项错误。

8．21世纪最富有挑战性的课题之一是使汽油氧化直接产生电流。

新研制的某汽油燃料电池的工作原理为：

一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，掺杂了Y2O3的ZrO2晶体作电解质，它在高温下传导O2－。

填写下列空白。

（1）汽油燃料电池的能量转化率比汽油在发动机里燃烧产生动力的能量转化率________（选填“高”或“低”）。

（2）若用丁烷（C4H10）代表汽油，则该燃料电池总反应的化学方程式为________，

通入空气的电极为________（选填“正”或“负”）极，其电极反应式为________。

（3）该汽油燃料电池的不足之处是汽油被氧化不完全，产生的__________可能堵塞气体通道。

解析：

（1）由于燃料电池具有较高的能量利用率，故燃料电池氧化汽油比在发动机里燃烧产生动力的能量转化率高。

（2）电池放电时，就是丁烷发生氧化反应，则电池总反应的化学方程式为2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O，发生还原反应的极为电池的正极，故通入空气的一极为正极。

（3）汽油氧化不完全易产生炭粒，易堵塞气体通道。

答案：

（1）高　

（2）2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O　正　O2＋4e－===2O2－　（3）炭粒

9．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。

（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为________

________。

（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________（填字母）。

A．铜　　　B．钠　　　C．锌　　　D．石墨

（3）图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。

解析：

（1）钢铁发生吸氧腐蚀时，负极发生氧化反应，电极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；

（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，应将铁设计成原电池的正极，则负极为较铁更活泼的金属，选项中锌可以，但不可用钠，因钠与水发生剧烈反应，起不到保护铁不被腐蚀的效果；（3）图乙所示的方案为外加电源的阴极保护法，铁连接电源的负极。

答案：

（1）负极：

2Fe－4e－===2Fe2＋　正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－　

（2）C　（3）负

10．依据氧化还原反应：

2Ag＋（aq）＋Cu（s）===Cu2＋（aq）＋2Ag（s），设计一个最简单的原电池。

（1）在图示方框内画出实验装置图，并指出正极为______，电极反应式为__________________________________________；负极为____________，电极反应式为____________________________。

（2）该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：

请回答下列问题：

①电极X的材料是________，Y的材料是________，电解质溶液Z是________。

②盐桥的作用是________。

③外电路中的电子是从________电极流向________电极。

解析：

本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。

根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：

首先将已知的反应拆成两个半反应（即氧化反应和还原反应）：

Cu－2e－===Cu2＋，2Ag＋＋2e－===2Ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Ag＋得到负极失去的电子，电解质溶液

只能用含Ag＋的电解质溶液，如AgNO3溶液。

而正极材料的活泼性比Cu弱。

在带盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。

答案：

（1）实验装置图如图：

Pt（合理即可）　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　

（2）①Cu　Ag　AgNO3　②将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导　③Cu　Ag