苏教版 (2019)必修 第二册第三单元 化学能与电能的转化教课内容ppt课件

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6.3.2化学电源 课后分层练 1.下列关于化学电源的说法正确的是 (　　) A.干电池放电之后还能再充电 B.充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能 C.充电电池可以无限制地反复放电、充电 D.氢氧燃料电池是一种环境友好电池 [答案] D [解析]　A项,干电池是一次性电池,放电之后不能再充电,A错误;B项,充电电池在放电时化学能转化为电能,充电时将电能转化为化学能,B错误;C项,充电电池不能无限制地反复放电、充电,C错误;D项,氢氧燃料电池的生成物是水,是一种环境友好电池,D正确。 2.下列电池中不易造成环境污染的是 (　　) A.镍镉电池　　　　　　B.锌锰电池 C.铅蓄电池 D.氢氧燃料电池 [答案] D [解析]　镍镉电池、锌锰电池、铅蓄电池中都有重金属,使用时容易造成环境污染;氢氧燃料电池的原料分别是氢气、氧气,最终产物为水,使用时对环境不易造成污染。 3.下列关于充电电池的叙述,不正确的是 (　　) A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应 B.理论上充电电池可以被多次充放电 C.充电和放电属于可逆反应 D.较长时间不使用电池时,最好将电池取出并妥善存放 [答案] C [解析]　充电电池中充电和放电属于可逆过程,但是不属于可逆反应。因为可逆反应要求在同 一条件下向两个反应方向同时进行,而充电过程和放电过程的反应条件不同,C项错误。 4.下列各个装置中能组成原电池的是 (　　) [答案] B [解析]A中两电极材料相同,不符合题意;C中酒精是非电解质,不符合题意;D中不能构成闭合回路,不符合题意。 5．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是(　　) A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnOeq \o\al(－,2) D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋ [答案] B [解析]　根据原电池的反应原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应式可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。 6．能用电解原理说明的问题是(　　) ①电解是把电能转化为化学能　②电解是化学能转化成电能　③不能自发进行的氧化还原反应通过电解的原理可以实现　④任何溶液被电解时必然导致氧化还原反应的发生 A．①②③④　　　　 B．②③ C．③④ D．①③④ [答案] D [解析]电解是把电能转化为化学能，①正确；通过电解，可以实现不能自发进行的氧化还原反应，③正确；电解时，必然发生氧化还原反应，④正确。 7．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是(　　) A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O [答案] D [解析]燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。 8.下列装置中,不能构成原电池的是 (　　) [答案] B [解析]A、C、D项都具备两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路和自发进行的氧化还原反应的条件,都构成了原电池;B项,蔗糖溶液不是电解质溶液,不能构成原电池。 9.银锌纽扣电池的构造如图所示,其电池反应方程式为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2。下列说法正确的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.锌粉为正极 B.Ag2O发生氧化反应 C.电池工作时,电子从锌粉经过KOH溶液流向Ag2O D.正极的电极反应式为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH- [答案] D [解析]由电池总反应可知,Zn发生氧化反应生成Zn(OH)2,则锌粉为负极,A错误;Ag2O为正极,发生还原反应,电极反应式为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,B错误,D正确;电池工作时,电子从锌粉流向Ag2O,但不能经过KOH溶液,C错误。 10．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是(　　) A．PbO2是电池的负极 B．Pb是电池的负极 C．PbO2得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液的酸性增强 [答案] B [解析]由放电时电池反应PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O可知，PbO2在放电时得到电子被还原，为电池的正极，A、C错误；根据放电反应可知，Pb失去电子被氧化，为电池的负极，B正确；由于电池放电过程中消耗了硫酸，溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的酸性减弱，D错误。 11．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。下列说法不正确的是(　　) A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D．该电池通常只需要更换铝板就可继续使用 [答案] B [解析]A项，负极反应式：Al－3e－===Al3＋，正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；B项，电流应由正极铂沿导线流向负极铝，错误；C项，网状的铂表面积大，与氧气的接触面积大，正确；D项，负极的铝板被氧化而消耗，正极材料没有消耗，因此更换铝板就可继续使用，正确。 12．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是(　　) A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B．碳棒取下洗净用作电极 C．把铜帽取下洗净回收利用 D．电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物直接作化肥用 [答案]　D 13．铅蓄电池工作原理如下图所示，在电池工作时PbO2，电极发生反应，PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O，下列说法不正确的是(　　 ) A．该电极反应中PbO2是氧化剂 B．铅蓄电池是二次电池 C．放电时，电子由PbO2电极经H2SO4溶液回到Pb电极 D．该电池放电过程中，正、负极转移电子相等 [答案] C [解析]PbO2＋4H＋＋SOeq \o\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O中PbO2得电子，作氧化剂，作原电池的正极，A正确；铅蓄电池是可以充放电的二次电池， B正确；原电池放电时，电子由负极流向正极，且电子不能通过溶液， C错误；氧化还原反应中，得失电子数相等，故正、负极转移电子相等， D正确。 14．下面是几种常见的化学电源示意图，有关说法不正确的是(　　) A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 B．干电池在长时间使用后，锌筒被破坏 C．铅蓄电池工作过程中，每转移2 mol电子，负极质量减小207 g D．氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源 [答案] C [解析]干电池是一次性电池，铅蓄电池是可充电电池属于二次电池，氢氧燃料电池属于燃料电池， A正确；在干电池中，Zn作负极，被氧化，B正确；铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小， C错误；氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，且工作的最终产物是水，故氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源， D正确。 15．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。 甲　　　　　　　　乙 (1)锌锰干电池是应用最普遍的电池之一(如图甲所示)，锌锰干电池的负极材料是________，负极发生的电极反应式为__________________________________________。 若反应消耗16.25 g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为________ mol。 (2)如图乙为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，X极为电池的________(填“正”或“负”)极，Y极的电极反应式为_____________________________________________。 [答案]　(1)锌　Zn－2e－===Zn2＋　0.5 (2)负　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ [解析]　(1)锌锰干电池中的负极是 Zn，发生氧化反应，失去电子生成锌离子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；16.25 g Zn的物质的量是16.25 g÷65 g·mol－1＝0.25 mol，1 mol Zn失去2 mol电子，所以电池中转移电子的物质的量是0.5 mol。 (2)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，X是电子流出的一极，X是负极，发生氧化反应，Y是正极，发生还原反应，电解质溶液是KOH溶液，氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 16．有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。请讨论解答： (1)负极材料是________，电极反应为_________________________________________。 (2)正极材料是________，电极反应为________________________________。 [答案]　(1)锌　2Zn－4e－===2Zn2＋ (2)铂　O2＋2H2O＋4e－===4OH－ [解析]　以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液。工作时，负极锌被氧化，血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；负极的反应为2Zn－4e－===2Zn2＋。 17.氢气是未来最理想的能源之一,科学家最近研制出利用太阳能产生激光,并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术:2H2O2H2↑+O2↑。制得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题: (1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现________能转变为________能。水分解时,断裂的化学键为________键,分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。  (2)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30% KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下:2H2+4OH--4e-4H2O,O2+2H2O+4e-4OH-,据此作出判断,下列说法中错误的是________。  A. 供电时的总反应是2H2+O22H2O B. 产物为无污染的水,属于环境友好型电池 C. 燃料电池的能量转化率可达100% D. H2在负极发生氧化反应 (3)有人以化学反应:2Zn+O2+4H+2Zn2++2H2O为基础设计出一种原电池,移入人体内作为心脏起搏器的能源,它靠人体内血液中溶有一定浓度的O2、H+进行工作。则原电池的负极材料是________,负极上发生反应的电极反应式为____________________________。  答案:(1)化学　电　共价　吸热 (2)C (3)Zn　 Zn-2e-Zn2+ 【解析】(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现了化学能转变为电能。水分解时,断裂的化学键为共价键,分解海水的反应属于吸热反应。 (2)A、两个电极反应式相加,总电极反应式为2H2+O22H2O,故说法正确;B、根据A选项分析,产物是H2O,对环境无污染,属于环境友好型电池,故说法正确;C、能量转化率不可能达到100%,故说法错误;D、氢气在负极被氧化,故说法正确。 (3)负极发生氧化反应,所以该原电池的负极材料是Zn,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。 1.目前,科学家提出了一种理想而且经济的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系,下列说法中错误的是 (　　) A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能 B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应 C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑ D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂 [答案] C [解析]此循环过程中利用太阳能将H2O分解为H2和O2,然后利用氢氧燃料电池,将化学能转化为电能,循环过程中并没有发生电解水的反应,C项错误。 2.将两极质量相同的铜棒和锌棒,用导线相连接后插入CuSO4溶液中,经过一段时间后,取出洗净后干燥并称重,两棒质量相差6.45 g,导线中通过的电子的物质的量为 (　　) A.0.1 mol　　　　　　B.0.2 mol C.0.3 mol D.0.4 mol [答案] A [解析]负极:Zn-2e-Zn2+,Zn失去2 mol电子减重65 g;正极:Cu2++2e- Cu,Cu2+得到2 mol电子增重64 g。两极质量相差:65 g+64 g=129 g,现在两棒质量相差6.45 g,应转移0.1 mol电子。 3.H2S是一种剧毒气体,如图为质子膜H2S燃料电池的示意图,可对H2S废气资源化利用。下列叙述不正确的是(　　) A.电池工作时,化学能转化为电能和热能 B.电极b上发生的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O C.电极a是负极,电池工作时,电子的流动方向:电极a→负载→电极b→质子膜→电极a D.当电路中通过4 mol电子时,有4 mol H+经质子膜进入正极区 [答案] C [解析]质子膜H2S燃料电池工作时,将化学能转化为电能,部分转化为热能,A正确;由图可知,电极b上O2被还原生成H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,B正确;电极a上H2S被氧化生成S2,则电极a是负极,电子流向:电极a→负载→电极b,电子不能经过质子膜,C错误;根据电极反应O2+4e-+4H+2H2O可知,通过4 mol电子时,有4 mol H+经质子膜进入正极区,D正确。 4．锂(Li)—空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是(　　) A．金属锂作负极，发生氧化反应 B．Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C．正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－ D．电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH [答案] C [解析]在锂­空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确；Li在负极失去电子变成了Li＋，会通过有机电解质向水溶液处(正极)移动，B项正确；正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C项错误；负极的反应式为Li－e－=== Li＋，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池的总反应则为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH, D项正确。 5．将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH4－8e－＋10OH－===COeq \o\al(2－,3)＋7H2O,2O2＋8e－＋4H2O===8OH－。下列有关说法中错误的是(　　) A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应 B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱 C．此电池属于环境友好型电池 D．此电池中化学能100%转化为电能 [答案] D [解析]A项，CH4燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，所以CH4在负极上反应，氧气得电子发生还原反应，所以O2在正极上反应，正确；B项，根据电池总反应CH4＋2O2＋2OH－===COeq \o\al(2－,3)＋3H2O知，OH－参加反应，所以溶液中OH－浓度降低，溶液的碱性减弱，正确；C项，该电池放电时不产生对环境有污染的物质，所以属于环境友好型电池，正确；D项，此电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。 6．凭借清洁、储量大、能量转换率高、运行稳定等优势，氢能被现代工业视为最理想、潜力最大的新能源。2020 年上海进博会展览中，诸多氢能源汽车纷纷亮相。氢燃料电池被誉为氢能源汽车的心脏。某种氢燃料电池的内部结构如图，(已知NA为阿伏加德罗常数的值)下列说法正确的是(　　) A．电池每消耗 11.2 L氢气，电路中通过的电子数目为NA B．a 处通入的是氧气 C．右侧电极发生的反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．右侧电极为电池的负极 [答案] C [解析]没有说明是否为标准状况，无法计算，A错误；由H＋移动方向可知，电池左端是负极，通入的是氢气， B错误；电池的右端是正极，通入的是氧气，电极方程式为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O, C正确、D错误。 7．常见锌锰干电池含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组模拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。 (1)石墨中化学键类型为________，在电池中的作用为________。 (2)酸性锌锰干电池的负极反应为__________________________________。 (3)碱性锌锰干电池在放电过程产生MnOOH，写出正极反应式为_________________________________。 (4)填充物用60℃温水溶解，目的是___________________________________。 (5)操作A的名称为________。 (6)铜帽溶解时加入H2O2的目的是____________________________(用化学方程式表示)。 [答案]　(1)共价键(非极性共价键)　导电 (2)Zn－2e－===Zn2＋　(3)MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－　(4)加快溶解速率　(5)过滤　(6)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O [解析]　(1)石墨晶体为混合晶型，是层状结构。在每一层内，每个碳原子与其他3个碳原子以共价键结合形成六边形网状结构；石墨具有导电性，在电池中作电极，起导电作用。 (2)酸性锌锰干电池的负极为锌，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋。 (3)在碱性锌锰干电池中，Zn易失电子作负极，二氧化锰作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－。 (4)适当升高温度，可促进溶解。 (5)分离不溶性固体和溶液采用过滤的方法，所以操作A的名称是过滤。 (6)酸性条件下，双氧水能将铜氧化生成铜离子，反应的化学方程式为Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O。 8.(1)原电池原理的应用之一是可以设计原电池装置。请利用反应Cu+2Fe3+2Fe2++Cu2+设计一个原电池,在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。 　　　　　　　　　 正极反应:　;  负极反应:　。  若外电路中转移电子的物质的量为1.5 mol,则溶解铜的质量是　　　　　。  (2)实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时,可向反应液中滴加少量硫酸铜溶液,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,这体现了原电池原理的另一个应用。  [答案] (1) 2Fe3++2e-2Fe2+　Cu-2e-Cu2+　48 g (2)形成Zn-Cu原电池,增大化学反应的速率 [解析](1)分析Fe3+与Cu的反应中的氧化剂、还原剂,然后依据原电池原理,设计原电池装置。依据反应2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,Cu失电子,应为原电池的负极,正极选用石墨棒或铂丝等,电解质溶液选用FeCl3溶液;由转移2 mol电子时溶解64 g铜,可计算出转移1.5 mol电子时溶解铜的质量为48 g。 9.某化学兴趣小组的同学为了探究铝电极在电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下: 试根据表中的实验现象回答下列问题: (1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)  (填“相同”或“不相同”)。 (2)对实验3完成下列填空: ①铝为__________极,电极反应式:__ ________________。  ②石墨为__________极,电极反应式:__ ________________。  ③电池总反应方程式:_ _______________。  (3)实验4中铝作__________,理由是__________________________。写出铝电极的电极反应式:____________________。  (4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因_________________________。  (5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素:________ ______________。  [答案](1)不相同 (2)①负　2Al-6e-2Al3+;②正　6H++6e-3H2↑　 ③2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑ (3)负极　铝可以与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应,而镁不与氢氧化钠溶液发生化学反应　Al-3e-+4OH-Al+2H2O (4)铝在浓硝酸中被钝化,锌在浓硝酸中被氧化,即在浓硝酸中Zn比Al活泼,Zn作原电池的负极,Al作原电池的正极,所以电流计指针偏向铝 (5)另一个电极材料的活泼性和电解质溶液的氧化性 [解析]在稀盐酸中,Mg比Al活泼,Mg作原电池的负极,Al作原电池的正极,电流计指针偏向Al;在稀盐酸中,Al比Cu活泼,Al作原电池的负极,Cu作原电池的正极,电流计指针偏向Cu。由此可知,原电池中电流计指针偏向正极。在实验3中电流计指针偏向石墨,由上述规律可知,在该原电池中铝作负极,石墨作正极。铝失去电子被氧化成铝离子,盐酸中的氢离子得到电子被还原为氢气。该实验的设计运用比较法探究铝电极在原电池中的作用。实验1、2、3中电解质溶液相同,电极材料不同;实验1和4比较的是电极材料相同,电解质溶液不同;实验5与其他实验比较的是电极材料和电解质溶液都不同。通过这些结果可以总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素。根据电极材料及电解质溶液的不同以及反应的实验现象作判断,应注意Al可与NaOH溶液反应,Al在浓HNO3中钝化等情况。 编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Mg、Al氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al