学第2章化学键化学反应规律第2节第2课时化学反应能量转化的重要应用--化学电池课后练习含解析鲁科版必修第二册 7页

第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池 ‎1.下列说法中不正确的是(　　)‎ A.充电电池不能无限制地反复充电、放电 B.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池 C.化学电池的反应原理是自发的氧化还原反应 D.铅蓄电池和锌锰干电池都是可充电电池 答案D 解析充电电池也是有一定寿命的,故不能无限制地反复充电、放电,A项正确;燃料电池的能量转化率高,反应产物一般不污染环境,故燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池,B项正确;化学电池的反应原理是自发的氧化还原反应,其中还原剂在负极上发生氧化反应,氧化剂在正极上发生还原反应,C项正确;铅蓄电池是可充电电池,锌锰干电池不是可充电电池,D项错误。‎ ‎2.‎ 在如图所示的装置中,a是金属活动性顺序中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,关于此装置的各种叙述不正确的是(　　)‎ A.碳棒上有气体放出,溶液中H+浓度减小 B.a是正极,b是负极 C.导线中有电子流动,电子从a极经导线到b极 D.a极上发生了氧化反应 答案B 解析a是金属活动性顺序中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,该装置构成原电池,a为负极、b为正极,碳棒上氢离子得电子生成氢气,溶液中氢离子浓度减小,故A项正确;通过以上分析知,a是负极、b是正极,故B项错误;该装置构成原电池,电子从负极a沿导线流向正极b,故C项正确;a电极上金属失电子发生氧化反应,故D项正确。‎ ‎3.‎ 某普通锌锰干电池的结构如右图所示。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.电子经石墨沿电解质溶液流向锌筒 答案C - 7 -‎ 解析锌锰干电池中,锌筒做负极,石墨做正极,选项A错误;锌锰干电池中,正极上二氧化锰得电子发生还原反应,选项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,选项C正确;电子经导线由负极锌筒流向正极石墨电极,选项D错误。‎ ‎4.某原电池总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,则该反应的原电池组成正确的是(　　)‎ 选项 A B C D 正极 Zn Cu Ag Cu 负极 Cu Zn Cu Fe 电解质溶液 CuCl2‎ CuSO4‎ H2SO4‎ ZnCl2‎ 答案B 解析该原电池发生的反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu,锌失电子发生氧化反应,所以做负极,铜离子得电子发生还原反应,所以应为正极上的反应,正极材料是活泼性比Zn弱的金属或导电的非金属,离子导体是含有发生还原反应离子的电解质溶液,即溶液中必定含有铜离子。‎ ‎5.干电池反应原理为Zn+2NH‎4‎‎+‎Zn2++2NH3↑+H2↑,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.碳棒为电池的负极 B.H2在Zn片上生成 C.电流由锌片流向碳棒 D.Zn片上发生氧化反应 答案D 解析放电时,锌元素化合价由0价变为+2价,氢元素化合价由+1价变为0价,所以Zn是负极,C是正极,A项错误;锌片的电极反应式为Zn-2e-Zn2+,H2在碳棒上生成,B项错误;电流由正极流向负极,应是由碳棒流向锌片,C项错误;Zn电极上失电子发生氧化反应,D项正确。‎ ‎6.由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是(　　)‎ 装置 现象 金属W不断溶解 Y的质量增加 W上有气体产生 A.装置甲中W作原电池负极 B.装置乙中Y电极上的反应式为Cu2++2e-Cu C.装置丙中溶液的c(H+)不变 - 7 -‎ D.四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y 答案C 解析装置甲中W不断溶解,说明W做原电池负极,金属的活动性W>X,A项正确;装置乙中Y电极为正极,其电极反应式为Cu2++2e-Cu,金属的活动性X>Y,B项正确;装置丙中溶液中有氢气产生,故c(H+)减小,金属的活动性Z>W,C项错误;四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y,D项正确。‎ ‎7.现有如下两个反应:‎ ‎①KOH+HNO3KNO3+H2O　②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。‎ ‎(1)根据两反应的本质判断能否设计成原电池:‎ ‎①　　　　　　　　,②　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)如果不能,说明其原因:　。 ‎ ‎(3)如果可以,则写出作原电池的正极材料名称:　　　　　　　　,电极反应式:负极　　　　　　　　;正极　　　　　　　。 ‎ ‎(4)在铜锌原电池中,以稀硫酸为电解质溶液,若工作一段时间后,锌片的质量减少了32.5 g,则铜片表面析出了氢气　　　　　(标准状况下),导线中通过　　　　　　　　mol电子。 ‎ 答案(1)不能　能　(2)①反应是非氧化还原反应,没有电子转移　(3)石墨或铜片(合理即可)　Zn-2e-Zn2+　2H++2e-H2↑　(4)11.2 L　1‎ 解析(1)①反应中各元素化合价不变,不属于氧化还原反应,属于复分解反应,所以不能设计成原电池;②反应中锌元素化合价由0价变为+2价,氢元素化合价由+1价变为0价,且该反应是放热反应,能自发进行,所以能设计成原电池。‎ ‎(2)①反应是非氧化还原反应,没有电子转移,所以不能设计成原电池。‎ ‎(3)反应②可知,Zn做负极,不如锌活泼的金属或能导电的非金属做正极,如碳棒或铜片,负极上锌失电子发生氧化反应,正极上氢离子得电子发生还原反应,所以电极反应式分别为负极:Zn-2e-Zn2+,正极:2H++2e-H2↑。‎ ‎(4)锌失电子的物质的量=‎32.5 g‎65 g·mol‎-1‎×2=1 mol,根据电子守恒可得生成氢气的体积=‎1mol‎2‎×22.4 L·mol-1=11.2 L;根据Zn-2e-Zn2+得转移电子的物质的量=‎32.5 g‎65 g·mol‎-1‎×2=1 mol。‎ 提升能力·跨越等级 ‎1.化学能可与热能、电能等相互转化。下列表述不正确的是(　　)‎ A.化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成 B.能量变化是化学反应的基本特征之一 C.图Ⅰ所示的装置能将化学能转变为电能 D.图Ⅱ所示的反应为放热反应 答案C 解析化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成,因为断裂旧键要吸收能量,形成新键要放出能量,A项正确;能量变化是化学反应的基本特征之一,B项正确;图Ⅰ - 7 -‎ 所示的装置没有构成闭合回路,不是原电池,不能将化学能转变为电能,C项错误;图Ⅱ所示的反应中,反应物的总能量高于生成物的总能量,故其为放热反应,D项正确。‎ ‎2.(双选)‎ 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中,以下叙述正确的是(　　)‎ 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.两烧杯中溶液的氢离子浓度均减小 D.产生气泡的速率甲比乙快 答案CD 解析甲装置形成原电池,正极铜上有大量气泡产生,A错误;因乙烧杯中锌片和铜片没有接触,故不能构成原电池,B项错;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正确;又因两烧杯中的Zn都能与稀硫酸反应产生H2而消耗H+,故C正确。‎ ‎3.如图是四种燃料电池的工作原理示意图,其中正极反应生成水的是(　　)‎ 答案C 解析固体氧化物燃料电池中正极通入空气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+4e-2O‎2‎‎-‎,正极没有水生成,故A不符合题意;碱性氢氧燃料电池中正极通入氧气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,正极没有水生成,故B不符合题意;质子交换膜燃料电池中正极通入空气,负极通入氢气,正极的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,正极生成了水,故C符合题意;熔融盐燃料电池中正极通入氧气和二氧化碳,负极通入一氧化碳和氢气,正极的电极反应式为O2+2CO2+4e-2CO‎3‎‎2-‎,正极没有水生成,故D不符合题意。‎ ‎4.有位科学家说:“甲烷是21世纪的新燃料。”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,离子导体是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O2-。以下判断错误的是(　　)‎ A.电池正极发生的反应:O2+4e-2O2-‎ B.电池负极发生的反应:CH4+4O2--8e-CO2+2H2O - 7 -‎ C.固体离子导体中O2-的移动方向:由正极流向负极 D.向外电路释放电子的电极为正极(即电子由正极流向负极)‎ 答案D 解析题给燃料电池中,正极上氧气得电子生成氧离子,电极反应式为O2+4e-2O‎2‎‎-‎,故A项正确;负极上甲烷失电子和氧离子反应生成二氧化碳和水,电极反应式为CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,故B项正确;放电时,电解质中阴离子向负极移动、阳离子向正极移动,所以氧离子向负极移动,故C项正确;向外电路释放电子的电极是负极,电子从负极流向正极,故D项错误。‎ ‎5.研究人员研制出一种可作为鱼雷和潜艇的储备电源的新型电池——锂水电池(结构如图),使用时加入水即可放电。下列关于该电池的说法不正确的是(　　)‎ A.锂为负板,钢片为正极 B.工作时OH-向钢片电极移动 C.工作时负极的电极反应式为Li-e-Li+‎ D.放电时电子的流向:锂电极→导线→钢片 答案B 解析电池以金属锂和钢片为电极材料,LiOH为电解质,锂做负极,钢片做正极,钢片上发生还原反应,A项正确;原电池中,阴离子移向原电池的负极,即放电时OH-向负极锂电极移动,B项错误;锂水电池中,锂是负极,发生失去电子的氧化反应Li-e-Li+,C项正确;放电时电子流向为负极—导线—正极,即锂电极→导线→钢片,D项正确。‎ ‎6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。‎ 装置 现象 金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 根据实验现象回答下列问题:‎ ‎(1)装置甲中做正极的是　　　　　　　(填“A”或“B”)。 ‎ ‎(2)装置乙溶液中C电极的反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;装置乙中反应一段时间后,测得C电极的质量增加12.8 g,则该电池反应转移电子的物质的量为　　　　　　　mol。 ‎ ‎(3)装置丙中金属A上电极反应属于　　　　　　　　　　(填“氧化反应”或“还原反应”)。 ‎ ‎(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是　　　　　　　　　　　　。 ‎ 答案(1)B　(2)Cu2++2e-Cu　0.4　(3)还原反应 ‎(4)D>A>B>C 解析(1)甲装置中,金属A不断溶解,说明A是负极,B是正极。‎ - 7 -‎ ‎(2)乙装置中,C的质量不断增加,说明C电极是正极,溶液中的铜离子放电生成铜,电极反应式是Cu2++2e-Cu,反应一段时间后,测得C电极的质量增加12.8 g,即生成铜的物质的量为12.8 g÷64 g·mol-1=0.2 mol,则转移电子的物质的量为0.2 mol×2=0.4 mol。‎ ‎(3)丙装置中A电极上有气体生成,所以A电极是正极,溶液中的氢离子得电子发生还原反应生成氢气。‎ ‎(4)甲中A是负极,B是正极;乙中C是正极,B是负极;丙中A是正极,D是负极,所以四种金属活泼性由强到弱的顺序是D>A>B>C。‎ ‎7.原电池是化学对人类的一项重大贡献。某兴趣小组为研究原电池原理,设计如图装置:‎ ‎(1)a和b不连接时,烧杯中的现象是　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)a和b用导线连接,Cu极为原电池　　　极(填“正”或“负”),电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　;溶液中H+移向　　　　　(填“Cu”或“Zn”)极。电池总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)若电解质溶液改为AgNO3溶液,当转移0.2 mol电子时,理论上Zn片质量变化为　　　　　g。 ‎ 答案(1)锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出 ‎(2)正　2H++2e-H2↑　Cu　Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑　(3)6.5‎ 解析(1)a和b不连接时,该装置不能构成原电池,锌和氢离子发生置换反应,离子反应方程式为Zn+2H+Zn2++H2↑,因此实验现象为锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出。‎ ‎(2)a和b用导线连接,该装置构成原电池,铜做正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑;锌失电子发生氧化反应而做负极,放电时,电解质溶液中氢离子向正极铜电极移动,总反应式为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。‎ ‎(3)当转移0.2 mol电子时,锌片减少的质量=‎0.2mol‎2‎×65 g·mol-1=6.5 g。‎ 贴近生活·拓展创新 ‎★(1)为了验证Fe2+与Cu2+氧化性的强弱,下列装置能达到实验目的的是　　　　,写出能达到目的的装置中正极的电极反应式为　　　　　。若开始时原电池中两个电极的质量相等,当导线中通过0.05 mol 电子时,两个电极的质量差为　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)将CH4与O2的反应设计成燃料电池,其利用率更高,装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。‎ - 7 -‎ ‎①实验测得OH-向B电极移动,则　　　　　(填“A”或“B”)处电极入口通甲烷,其电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎②当消耗甲烷的体积为33.6 L(标准状况下)时,假设电池的能量转化率为80%,则导线中转移电子的物质的量为　　　　　　。 ‎ ‎(3)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,原电池负极的电极反应式为　　　　　　　　;放电时每转移3 mol电子,有　　　　　mol K2FeO4被还原,正极附近溶液的碱性　　　　　　(填“增强”“不变“或“减弱”)。 ‎ 答案(1)③　Cu2++2e-Cu　3.0 g　(2)①B　CH4-8e-+10OH-CO‎3‎‎2-‎+7H2O　②9.6 mol ‎(3)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2　1　增强 解析(1)①中铜是负极,碳是正极,铁离子在正极放电生成亚铁离子,不能比较Fe2+与Cu2+的氧化性强弱;②中在常温下铁遇浓硝酸发生钝化,铁是正极,铜是负极,不能比较Fe2+与Cu2+氧化性强弱;③中铁是负极,碳是正极,铜离子在正极得到电子生成铜,能比较Fe2+与Cu2+的氧化性强弱,正极的电极反应为Cu2++2e-Cu。当导线中通过0.05 mol电子时,消耗铁0.025 mol×56 g·mol-1=1.4 g,析出铜是0.025 mol×64 g·mol-1=1.6 g,则两个电极的质量差为1.4 g+1.6 g=3.0 g。‎ ‎(2)①实验测得OH-向B电极移动,则B电极是负极,因此B处通入的是甲烷,其电极反应式为CH4-8e-+10OH-CO‎3‎‎2-‎+7H2O。②甲烷的体积为33.6 L(标准状况下),其物质的量是1.5 mol,假设电池的能量转化率为80%,则导线中转移电子的物质的量为1.5 mol×80%×8=9.6 mol。‎ ‎(3)反应中锌失去电子,则原电池负极的电极反应式为Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2;铁元素化合价从+6价降低到+3价,因此放电时每转移3 mol电子,有1 mol K2FeO4被还原。正极反应式为FeO‎4‎‎2-‎+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,因此正极附近溶液的碱性增强。‎ - 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