《2025年课堂新坐标高中同步导学案高中化学选择性必修第一册苏教版》

[典例探究]
一种高性能的碱性硼化钒($VB_2$)-空气电池如图所示，其中在$VB_2$电极发生反应：$VB_2 + 16OH^- - 11e^- \longrightarrow VO^{3-}_4 + 2[B(OH)_4]^- + 4H_2O$。该电池工作时，下列说法错误的是 (B)


A.负载通过 0.04 mol 电子时，有 0.224 L (标准状况)$O_2$参与反应
B.正极区溶液的 pH 降低、负极区溶液的 pH 升高
C.电池总反应为$4VB_2 + 11O_2 + 20OH^- + 6H_2O \longrightarrow 8[B(OH)_4]^- + 4VO^{3-}_4$
D.电流由复合碳电极经负载、$VB_2$电极、KOH 溶液回到复合碳电极

答案： B [由题给信息知VB₂电极上发生失电子的氧化反应，则VB₂电极为负极，复合碳电极为正极，正极发生还原反应，电极反应式为O₂＋4e⁻＋2H₂O=4OH⁻，电池总反应方程式为4VB₂＋11O₂＋20OH⁻＋6H₂O=8[B(OH)₄]⁻＋4VO₃⁻。由上述分析知，正极的电极反应式为O₂＋4e⁻＋2H₂O=4OH⁻，则电路中通过0.04mol e⁻时，正极有0.01mol O₂参加反应，其在标准状况下的体积为0.224L，A项正确；由正、负极的电极反应式可知，该电池工作时，负极区溶液的pH降低，正极区溶液的pH升高，B项错误；由上述分析知，该电池的总反应方程式为4VB₂＋11O₂＋20OH⁻＋6H₂O=8[B(OH)₄]⁻＋4VO₃⁻，C项正确；电流与电子的流动方向相反，电流从正极出发，沿负载流向负极，再经过溶液最终回到正极，D项正确。]

1. 以 KOH 溶液为离子导体，分别组成$CH_3OH - O_2$、$N_2H_4 - O_2$、$(CH_3)_2NNH_2 - O_2$清洁燃料电池，下列说法正确的是 (C)

A.放电过程中，$K^+$均向负极移动
B.放电过程中，KOH 物质的量均减小
C.消耗等质量燃料，$(CH_3)_2NNH_2 - O_2$燃料电池的理论放电量最大
D.消耗 1 mol $O_2$时，理论上$N_2H_4 - O_2$燃料电池气体产物的体积在标准状况下为 11.2 L

答案： 1.C [碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为2CH₃OH＋3O₂＋4KOH=2K₂CO₃＋6H₂O；N₂H₄—O₂燃料电池总反应为N₂H₄＋O₂=N₂＋2H₂O；偏二甲肼[(CH₃)₂NNH₂]中C和N的化合价均为－2价，H元素化合价为＋1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH₃)₂NNH₂＋4O₂＋4KOH=2K₂CO₃＋N₂＋6H₂O。放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；根据分析可知，N₂H₄—O₂清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，根据其他两种燃料电池总反应可知，反应中消耗KOH，KOH的物质的量减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N₂H₄、(CH₃)₂NNH₂放电量(物质的量表达式)分别是：$\frac{mg}{32g·mol⁻¹}×6、$$\frac{mg}{32g·mol⁻¹}×4、$$\frac{mg}{60g·mol⁻¹}×16，$通过比较可知消耗等质量燃料((CH₃)₂NNH₂—O₂燃料电池的理论放电量最大，C正确；根据得失电子守恒和总反应式可知，消耗1mol O₂生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下的体积为22.4L，D错误。]

2. 镍镉($Ni - Cd$)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行：$Cd + 2NiOOH + 2H_2O \underset{充电}{\overset{放电}{\rightleftharpoons}} Cd(OH)_2 + 2Ni(OH)_2$，有关该电池的说法正确的是 (A)

A.充电时阳极反应：$Ni(OH)_2 + OH^- - e^- \longrightarrow NiOOH + H_2O$
B.充电过程是化学能转化为电能的过程
C.放电时负极附近溶液的碱性不变
D.放电时电解质溶液中的$OH^-$向正极移动

答案： 2.A [放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)₂作阴极，Ni(OH)₂作阳极，电极反应式为Ni(OH)₂＋OH⁻－e⁻=NiOOH＋H₂O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH⁻－2e⁻=Cd(OH)₂，Cd电极周围OH⁻的浓度减小，C项错误；放电时OH⁻向负极移动，D项错误。]

3. 某浓差电池的原理示意图如图所示，可用该电池从浓缩海水中提取$LiCl$溶液。下列有关该电池的说法不正确的是 (D)


A.该装置可在提取$LiCl$溶液的同时获得电能
B.电子由 Y 极通过外电路移向 X 极
C.正极发生的反应为$2H^+ + 2e^- \longrightarrow H_2 \uparrow$
D.Y 极每生成 22.4 L $Cl_2$，有 2 mol $Li^+$从 b 区移至 a 区

答案： 3.D [X极为正极，电极反应式为2H⁺＋2e⁻=H₂↑，Y极为负极，电极反应式为2Cl⁻－2e⁻=Cl₂↑。该装置为原电池，可获得电能，产物有LiCl，故A正确；X极为正极，Y极为负极，电子由Y极通过外电路移向X极，故B正确；Y极每生成标准状况下22.4L Cl₂，转移2mol电子，有2mol Li⁺从b区移至a区，没有说明是标准状况，故D错误。]