人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第2课时同步练习题

第2课时　化学反应与电能

基础过关练

题组一　原电池的构成及工作原理

1.(2020浙江宁波高一期中)下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生大量气泡的是(　　)

2.(2020河南新乡高一期中)某原电池,两电极一为碳棒,一为铁片,若电流表的指针发生偏转,且a极上有大量气泡生成,则以下叙述正确的是(　　)

A.a为负极,是铁片,烧杯中的溶液为稀硫酸

B.a为负极,是铁片,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

C.a为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为稀硫酸

D.b为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

3.(2020宁夏青铜峡高级中学高一期中)如图是Zn、Cu和稀硫酸形成的原电池,下列是某兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记下的结论。其中正确的一组是(深度解析)

①Zn为正极,Cu为负极　②H+向负极移动　③电子由Zn经外电路流向Cu　④Cu极上有H2产生　⑤若有1 mol电子流过导线,则产生的H2为0.5 mol　⑥正极的电极反应式为Zn-2e- Zn2+

A.①②③ B.④⑤⑥

C.③④⑤ D.②③④

4.(2019天津静海第一中学高一下月考)某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是(　　)

A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出

B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e- Cu

C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色

D.a和b用导线连接时,Fe片上发生还原反应,溶液中S向铜电极移动

题组二　原电池原理的应用

5.(2020湖北孝感高一期中)X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置,实验中电流表指针发生偏转,同时X棒变粗,Y棒变细,则X、Y、Z溶液可能是下列中的(　　)

6.(2019江苏扬州中学高一下月考)某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性,设计如图所示装置,下列推断合理的是(　　)

A.若铬比铁活泼,则电子经外电路由铁电极流向铬电极

B.若铁比铬活泼,则溶液中H+向铁电极迁移

C.若铬比铁活泼,则铁电极的电极反应式为2H++2e- H2↑

D.若铁电极附近溶液pH增大,则铁比铬活泼

7.(2020山西运城高一开学考试)有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:

①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极;

②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电流由D→导线→C;

③A、C用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡;

④B、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。

据此判断四种金属的活动性顺序为(　　)

A.A>B>C>D B.A>C>D>B

C.C>A>B>D D.B>D>C>A

能力提升练

题组一　原电池的构成及工作原理

1.(2020河南新乡高一月考,)一学生用如图装置研究原电池原理,下列说法错误的是(　　)

A.(2)图中电子由Zn沿导线流向Cu

B.(3)图中Zn片增重质量与Cu棒减轻的质量之比为65∶64

C.(1)图中铜棒上没有气体产生

D.(2)图与(3)图中正极生成物质量比为1∶32时,Zn片减轻的质量相等

2.(双选)(2020辽宁沈阳高一期中,)在通风橱中进行下列实验:

下列说法正确的是(　　)

A.Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO+O2 2NO2

B.Ⅱ中现象是因为浓HNO3会使Fe表面覆盖一层保护膜,阻止Fe进一步反应,此反应不属于氧化还原反应

C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3

D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否被氧化

题组二　原电池原理的应用

3.(2020辽宁大连高一期中,)X、Y、Z、M代表四种金属,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,Z极上有H2放出;若把活泼金属投入Y2+和Z2+共存的溶液中,Y先析出;又知M2+的氧化性强于Y2+。则这四种金属的活动性最弱和最强的分别为(　　)

A.M;X B.X;M C.M;Y D.X;Y

4.(2020河北邯郸高一期中,)如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相同的空心铜球和空心铁球,调节杠杆使其在水中保持平衡,然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化)(深度解析)

A.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端高B端低

B.杠杆为导体或绝缘体时,均为A端低B端高

C.当杠杆为绝缘体时,A端低B端高;为导体时,A端高B端低

D.当杠杆为绝缘体时,A端高B端低;为导体时,A端低B端高

题组三　原电池的设计

5.()常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,下列说法正确的是(　易错　)

A.0~t1时,原电池的负极是铜片

B.0~t1时,正极的电极反应式是2H++2e- H2↑

C.t1时刻,电流方向发生变化的原因是Al在浓硝酸中发生钝化,氧化膜阻止了Al进一步反应

D.t1时刻后,电子从铝经过导线流向铜

6.(2020河南郑州高一期中,)从理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某同学利用反应“Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+”设计了一个化学电池,如图所示,已知在外电路中,电流从a极流向b极。请回答下列问题:

(1)b极是电池的　　　　极,材料是　　　　,写出该电极的反应式:　　　　　　　　　　　　。 

(2)a可以为　　　　(填字母,下同)。 

A.铜　 B.银　 C.铁　 D.石墨

(3)c是　　　　。 

A.CuSO4溶液　　　B.AgNO3溶液　　　C.酒精溶液

(4)若该反应过程中有0.2 mol电子发生转移,则生成的Ag为　　　　g。 

答案全解全析

基础过关练

1.C　A项、B项装置中Cu、Ag均不能与稀硫酸反应生成H2,所以铜电极上没有气泡产生;C项装置构成原电池,铜作正极,正极上氢离子得电子生成氢气,产生气泡;D项没有形成原电池,Zn表面产生气泡,Cu表面无现象。

2.C　a极上有大量气泡生成,说明a是正极,应该是碳棒,负极b是铁片,烧杯中的溶液可以为稀硫酸,不可以为硫酸铜溶液,否则正极上会析出金属铜,A、B、D错误,C正确。

3.C　Zn、Cu和稀硫酸形成的原电池中,Zn比Cu活泼,因此Zn作负极,失去电子,发生氧化反应,Cu作正极,电解质溶液中的H+在正极上得到电子发生还原反应;原电池装置中电子由Zn经外电路流向Cu,正极的电极反应式为2H++2e- H2↑,因此有1 mol电子流过导线时,生成的H2为0.5 mol。正确的为③④⑤,故选C。

归纳提升　原电池反应的实质是将一个能够自发进行的氧化还原反应“拆分”在两个不同的电极上进行,同时让这两个电极构成一个闭合回路。其中氧化还原反应中的氧化剂在正极上发生得电子的反应,还原剂在负极上发生失电子的反应。负极活性物质所失去的电子经外电路的导线流入正极,使正极上的活性物质发生得电子的反应,而在内电路中,则是通过电解质电离产生的离子导电。其中,阳离子由负极移向正极,阴离子由正极移向负极。

4.D　a和b不连接时,不能构成原电池,铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜;a和b用导线连接时,构成原电池,铁是负极,铜是正极,结合选项分析判断。a和b不连接时,由于金属活动性Fe>Cu,所以在铁片上会发生反应:Fe+Cu2+ Fe2++Cu,在铁片上有金属铜析出,A项正确;a和b用导线连接时,形成了原电池,Cu作原电池的正极,在铜片上发生的反应为Cu2++2e- Cu,B项正确;无论a和b是否连接,Fe都会失去电子变为Fe2+,而Cu2+会得到电子变为Cu,所以铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b用导线连接后,铁作负极,铜作正极,铁片上发生氧化反应,溶液中硫酸根离子向铁电极移动,D项错误。

5.B　X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成题图所示装置,实验中电流表指针发生偏转,同时X棒变粗,Y棒变细,则形成原电池,且Y为负极,Y极被消耗而变细,X为正极,X极表面析出金属而变粗。X为Zn,Y为Cu,电解质溶液为稀硫酸,能形成原电池,X为负极,Y为正极,与题意不符,A错误;X为Ag,Y为Zn,电解质溶液为硝酸银溶液,能形成原电池,且Y为负极,Zn参与反应变为Zn2+,因此Zn电极变细,X为正极,表面生成Ag,Ag电极变粗,符合题意,B正确;X为Cu,Y为Ag,电解质溶液为硫酸铜溶液,不能形成原电池,与题意不符,C错误;X为Cu,Y为Zn,电解质溶液为稀硫酸,能形成原电池,Y为负极,X为正极,正极生成氢气,不会变粗,与题意不符,D错误。

6.C　若铬比铁活泼,则铬为负极,失电子发生氧化反应,铁为正极,电子经外电路由铬电极流向铁电极,A项错误;若铁比铬活泼,则铁为负极,铬为正极,溶液中的氢离子向正极铬移动,B项错误;若铬比铁活泼,则铁为正极,氢离子在正极铁上得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e- H2↑,C项正确;若铁电极附近溶液pH增大,则发生电极反应2H++2e- H2↑,所以铁为正极,铬比铁活泼,D项错误。

7.B　①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极,则金属活动性A>B;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电流由D→导线→C,则C是负极、D是正极,金属活动性C>D;③A、C用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡,则C上H+得电子发生还原反应,C是正极、A是负极,金属活动性A>C;④B、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应,则D是负极、B是正极,金属活动性D>B;通过以上分析知,金属活动性顺序为A>C>D>B,故选B。

能力提升练

1.B　(2)图是原电池,活泼金属锌是负极,铜是正极,所以电子由Zn沿导线流向Cu,A正确;(3)图是原电池,锌作负极,失电子生成锌离子,铜作正极,溶液中铜离子得到电子生成铜,锌电极质量减小,铜电极质量增加,B错误;(1)图中锌和稀硫酸发生反应生成氢气,铜和稀硫酸不反应,(1)图中铜棒上没有气体产生,C正确;(2)图与(3)图中负极反应式为Zn-2e- Zn2+,(2)图中正极反应式为2H++2e- H2↑,(3)图中正极反应式为Cu2++2e- Cu,正极生成物质量比为1∶32时,两个原电池中转移电子数相同,所以参与反应的锌的质量相同,D正确。

2.AD　NO是无色气体,NO2是红棕色气体,Fe和稀硝酸反应生成无色的NO,但NO易被空气中的氧气氧化生成红棕色的二氧化氮,所以Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO+O2 2NO2,A正确;常温下Fe和浓硝酸发生氧化还原反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止铁被进一步氧化,该现象为钝化,B错误;常温下Fe遇浓硝酸迅速发生钝化,浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,C错误;根据Ⅲ中现象,说明构成原电池,在Fe、Cu之间连接电流计,通过电流计指针偏转,可以判断原电池的正、负极,进而判断Fe是否被氧化,D正确。

3.A　金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,Z极上有氢气放出,所以X是负极,Z是正极,则金属的活动性X>Z;若把活泼金属投入Y2+和Z2+共存的溶液中,Y先析出,说明Y2+氧化性强于Z2+,所以金属的活动性Z>Y;M2+的氧化性强于Y2+,所以金属的活动性Y>M,综上可知四种金属的活动性由强到弱的顺序为X>Z>Y>M,故选A。

4.D　杠杆为导体时,向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液,构成Fe、Cu原电池;当杠杆为绝缘体时,只发生Fe与硫酸铜溶液的反应。杠杆为导体时,Fe为负极,发生反应Fe-2e- Fe2+,Cu为正极,发生反应Cu2++2e- Cu,则A端低B端高;杠杆为绝缘体时,只发生Fe与硫酸铜溶液的反应,在Fe的表面附着Cu,质量变大,则A端高B端低,故选D。

规律方法　两种活泼性不同的金属同时浸入同一电解质溶液中,有可能构成原电池,但也可能只发生相应的氧化还原反应。如本题中当铁球和铜球用导线相连后同时放入硫酸铜溶液中时,就能构成原电池,这时在铜球上发生还原反应,有铜析出,质量增加,而铁球上则发生氧化反应,铁球溶解,质量减小;若两种金属球用绝缘体相连,则不能构成原电池,所以只是铁球与硫酸铜溶液直接发生氧化还原反应,铁球溶解,铜在铁球上析出,两者的质量差会使铁球的质量增加。

5.C　0~t1时,Al为负极,被氧化得到氧化铝,Cu为正极,硝酸根离子放电生成二氧化氮;随着反应进行,铝表面的氧化膜阻碍反应进行,t1时,铜为负极,Al为正极。0~t1时,铜为正极,铝为负极,A错误;0~t1时,正极反应式为2H++N+e- NO2↑+H2O,B错误;随着反应进行,铝表面形成的氧化膜阻止了Al进一步反应,因此t1时刻电流方向发生了变化,C正确;t1时刻后,铜为负极,电子从铜经导线流向铝,D错误。

易错警示　此题的易错点在于对电极的转换把握不到位,根据题给图像,仔细进行分析,弄清各个阶段是Al作负极还是Cu作负极是解答本题的关键。

6.答案　(1)负　Cu　Cu-2e- Cu2+

(2)BD

(3)B

(4)21.6

解析　由题干信息可知,原电池中,电流从a极流向b极,则a为正极,得到电子,发生还原反应,b为负极,失去电子,发生氧化反应。(1)根据上述分析知,b是电池的负极,失去电子,反应Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+中Cu失去电子,故Cu作负极,发生的电极反应为Cu-2e- Cu2+。(2)a是电池的正极,电极材料可以是比铜不活泼的Ag,也可以是石墨。(3)电解质溶液c是含有Ag+的溶液。(4)根据得失电子守恒可得,反应过程中转移2 mol电子,生成2 mol Ag,则转移0.2 mol电子生成Ag的质量为108 g/mol×0.2 mol=21.6 g。