人教版 (2019)必修 第二册第六章 化学反应与能量实验活动6 化学能转化成电能同步达标检测题
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第六章 化学反应与能量实验活动6 化学能转化成电能同步达标检测题,共13页。试卷主要包含了下列关于原电池的叙述中正确的是,下列有关原电池的说法中正确的是,下列有关电池的说法正确的是等内容,欢迎下载使用。
专题05 化学反应与电能
专项训练
1.下列我国科技创新的产品设备在工作时由化学能转化成电能的是( )
A.长征5号火箭使用的液氧煤油发动机
B.北斗导航卫星的太阳能电池板
C.位于江苏的海上风力电动机
D.由橙子制成的简易电池
【答案】D
【详解】
A.液氧煤油发动机将化学能转化为热能和机械能,而没有把化学能转化成电能,故A错误;
B.太阳能电池板将太阳能转化为电能,而没有把化学能转化成电能,故B错误;
C.风力发电机厂将风能转化为电能,而没有把化学能转化成电能,故C错误;
D.由橙子制成的简易电池将化学能转化为电能,故D正确;
答案选D。
2.下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A.正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是把化学能转化成电能的装置
C.原电池工作时,正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,正极就有0.1g氢气生成
【答案】B
【详解】
A.正极和负极必须是两种不同的金属或金属和非金属,A错误;
B.原电池是利用氧化还原反应把化学能转化成电能的装置,B正确;
C.原电池工作时,正极发生的是还原反应,负极上发生的是氧化反应,C错误;
D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时,锌片上有6.5g锌溶解,转移0.2mol电子,正极就有0.2g氢气生成,D错误;
故选B。
3.下列有关原电池的说法中正确的是( )
A.在外电路中,电子由负极经导线流向正极
B.在内电路中,电子由正极经电解质溶液流向负极
C.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生
D.原电池工作时,一定不会伴随着热能变化
【答案】A
【详解】
A.外电路中电子由负极流向正极,A正确,
B.在内电路中,是阴、阳离子移动,B错误;
C.原电池工作时,正极上一般是溶液中的阳离子得电子,则正极表面可能有气泡产生,也可能生成金属单质,C错误;
D.原电池工作时,化学能转化为电能,同时可能会伴随着热能变化,D错误。
故选A。
4.下列有关电池的说法正确的是
A.手机上用的锂离子电池属于一次电池
B.铅蓄电池是可充电电池,电池的负极材料为PbO2
C.燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
D.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
【答案】C
【详解】
A.手机上用的锂离子电池为可充电电池,为二次电池,A错误;
B.铅蓄电池可反复进行充电、放电,属于二次电池,由Pb、PbO2和H2SO4组成,负极为Pb,正极为PbO2,B错误;
C.一般而言,燃料电池的产物多为CO2、H2O等,属于对环境友好的新型电池,C正确;
D.铜锌原电池中Zn比Cu活泼,Zn为负极,Cu为正极,放电时电子沿外电路从负极Zn流向正极Cu,D错误;
故选C。
5.过量铁与少量稀硫酸反应,为了加快反应速率,但是又不影响生成氢气的总量,可以采取的措施是 ( )
A.加入适量NaCl溶液 B.加入适量的水
C.加入几滴硫酸铜溶液 D.再加入少量稀硫酸
【答案】C
【详解】
A.若加入NaCl溶液,会将稀硫酸稀释,c(H+)减小,反应速率减慢,故A错误;
B.加入适量的水,会将稀硫酸稀释,c(H+)减小,反应速率减慢,故B错误;
C.若加入几滴CuSO4溶液,则发生反应Fe+Cu2+=Cu+Fe2+,析出的Cu与Fe、稀硫酸形成原电池,反应速率加快且不影响生成H2的总量,故C正确;
D.若再加入少量稀硫酸,因Fe过量,则生成H2的总量增大,故D错误。
故选C。
6.X、Y、Z、M、N代表五种金属,有以下反应:
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中,M上冒气泡;
②M、N为电极,与N的盐溶液组成原电池,电子从M极流出,经过外电路,流入N极;
③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑;
④水溶液中,X+Y2+=X2++Y。
则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.Z>X>Y>M>N B.Z>Y>X>M>N
C.Z>X>Y>N>M D.X>Y>M>N>Z
【答案】A
【解析】
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中,M上冒气泡,说明M作为原电池的正极,活泼性MN;③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑,Z的化学性质非常活泼;④水溶液中,X+Y2+=X2++Y,X可以置换出Y的盐溶液中的Y,所以活泼性X>Y,所以五种金属活动性由强到弱的顺序为:Z>X>Y>M>N,答案选A。
7.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是 ( )
A.镁片作为正极
B.食盐水作为电解质溶液
C.电池工作时镁片逐渐被消耗
D.电池工作时实现了化学能向电能的转化
【答案】A
【详解】
A.从电池反应看,Mg由0价升高到+2价,则镁片失电子,作负极,A错误;
B.食盐水中含有Na+和Cl-,具有导电性,可作为电解质溶液,B正确;
C.电池工作时,镁片不断失电子生成Mg2+进入溶液,所以镁片逐渐被消耗,C正确;
D.电池工作时,通过发生化学反应产生电流,从而实现化学能向电能的转化,D正确;
故选A。
8.利用反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O构成电池的方法,既能实现有效消除氮氧化物的排放,减轻环境污染,又能充分利用化学能,装置如图所示。下列说法不正确的是
A.电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B.A电极上发生氧化反应,B为正极
C.电极A极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+
D.当有2.24 LNO2(标准状况) 被处理时,转移电子为0.4 mol
【答案】C
【分析】
根据总反应可知NO2被还原,NH3被氧化,所以通入NO2的B极为正极,通入NH3的A极为负极。
【详解】
A.原电池中电流由正极经外电路流向负极,B为正极,A为负极,即电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极,故A正确;
B.根据分析可知A电极上NH3失电子发生氧化反应为负极,B电极上NO2得电子被还原为正极,故B正确;
C.电解质溶液呈碱性,所以电极方程式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,故C错误;
D.2.24 LNO2(标准状况)的物质的量为0.1mol,该反应中NO2中氮元素由+4价变为0价,所以转移的电子为0.4mol,故D正确;
综上所述答案为C。
9.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解液为硫酸,工作时的反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,下面结论正确的是( )
A.Pb为正极,被氧化 B.溶液的pH不断减小
C.SO42-只向PbO2处移动 D.电解液密度不断减小
【答案】D
【解析】
A. Pb为负极,被氧化,A不正确;
B. 硫酸参与电池反应,溶液的pH不断增大,B不正确;
C. 两个电极的产物均为PbSO4,故SO42-向两个电极移动,C不正确;
D. 电解液为硫酸,硫酸的浓度越小则密度越小,电池放电时,硫酸的浓度逐渐减小,故其密度不断减小,D正确。故选D。
10.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A.甲:向Cu电极方向移动
B.乙:正极的电极反应式为Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH−
C.丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D.丁:电池放电过程中,硫酸浓度不断减少
【答案】A
【详解】
A.甲中Zn为负极,原电池工作时向Zn电极方向移动,故A错误;
B.乙为纽扣电池,正极为Ag2O得电子发生还原反应,反应式为Ag2O+2e-+H2O═2Ag+2OH-,故B正确;
C.丙为锌锰干电池,锌筒作负极,发生氧化反应被溶解,导致锌筒变薄,故C正确;
D.丁为铅蓄电池,放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,使用一段时间后,硫酸溶液的浓度降低,故D正确;
故答案为A。
11.甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的手机电池中存在反应,有关说法正确的是( )
A.放电时,负极电极反应式:
B.放电时,参与反应的电极为正极
C.标准状况下,通入11.2L完全反应有1电子转移
D.充电时,电解质溶液的酸性逐渐增强
【答案】A
【分析】
燃料电池放电时,负极上燃料失电子发生氧化反应,电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,正极上氧化剂得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-,充电时,阳极、阴极反应式与正极、负极反应式正好相反,据此分析解答。
【详解】
A.放电时,负极上甲醇失电子发生氧化反应,甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水,电极反应式为,A正确;
B.正极上得电子发生还原反应,根据知,放电时,氧气参与反应的电极为正极,B错误;
C.放电时,正极上的电极反应式为,通入0.25即标准状况下5.6L氧气并完全反应后,有1电子转移,C错误;
D.充电时,生成氢氧根离子,电解质溶液的碱性增强,D错误。
答案选A。
12.锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率,称为自放电现象。
下列关于原电池和干电池的说法不正确的是
A.两者正极材料不同
B.MnO2的放电产物可能是KMnO4
C.两者负极反应式均为Zn失电子
D.原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
【答案】B
【详解】
A.左图为干电池,干电池的正极材料是碳棒,右图为原电池,正极材料是铜单质,两者正极材料不同,故A说法正确;
B.干电池中MnO2应作氧化剂,Mn的化合价降低,故B说法错误;
C.所给装置中Zn为负极,Zn失去电子,故C说法正确;
D.根据自放电现象的定义,Zn与稀硫酸能够发生反应,即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象,故D说法正确;
故选B。
13.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,示意图如图。该电池工作时,下列说法正确的是( )
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碱性增强 D.溶液中Cl-向正极移动
【答案】C
【分析】
镁、过氧化氢和海水形成原电池,镁做负极发生氧化反应,过氧化氢在正极上发生还原反应,过氧化氢做氧化剂被还原为OH-,溶液pH增大,原电池中阴离子移向负极。
【详解】
A.组成的原电池的负极被氧化,镁为负极,不是正极,故A错误;
B.双氧水作为氧化剂,在石墨上被还原变为氢氧根离子,发生还原反应,故B错误;
C.双氧水作为氧化剂,在石墨上被还原变为氢氧根离子,电极反应为,H2O2+2e-=2OH-,故溶液pH值增大,故C正确;
D.溶液中Cl-移动方向与同外电路电子移动方向一致,应向负极方向移动,故D错误;
答案选C。
14.研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨,原理如下图所示:
下列说法正确的是
A.图中能量转化方式只有 2 种
B.b 极发生的电极反应为:N2+6H++6e-= 2NH3
C.H+向 a 极区移动
D.a 极上每产生 22.4L O2 流过电极的电子数为 2NA
【答案】B
【详解】
A. 图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等,所以能量转化方式不只是2种,故A错误;
B. b极氮气转化为氨气,氮元素化合价降低被还原为原电池的正极,b 极发生的电极反应为:N2+6H++6e-= 2NH3,故B正确;
C. b极氮气转化为氨气,氮元素化合价降低被还原为原电池的正极,故H+向 b极区移动,故C错误;
D. a极为负极,电极反应为,每产生标准状况下 22.4L O2 流过电极的电子数为4NA,但题干没说明标准状况,故D错误;
答案选B。
15.微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,电极反应为:Zn+2OH--2e-= ZnO+H2O, Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,总反应式为:Ag2O+ Zn = 2Ag+ZnO。根据上述反应式,下列说法正确的是( )
A.在使用过程中,电池负极区溶液的碱性增强
B.使用过程中,电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C.Zn是负极,Ag2O是正极
D.Zn电极发生还原反应,Ag2O电极发生氧化反应
【答案】C
【分析】
该装置构成原电池,根据电极反应式知,锌作负极,氧化银作正极,负极上氢氧根离子参与反应,电子从负极沿导线流向正极,负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。
【详解】
A.根据电极反应式知,锌作负极,氧化银作正极,负极上氢氧根离子参与反应导致氢氧根离子浓度减小,则溶液的pH减小,故A错误;
B.锌是负极,氧化银是正极,电子从锌沿导线流向氧化银,故B错误;
C.原电池中,失电子的电极是负极,得电子的电极是正极,所以锌是负极,氧化银是正极,故C正确;
D.负极锌失电子发生氧化反应,正极氧化银得电子发生还原反应,故D错误;
故选C。
16.四中某学习小组依据氧化还原反应原理:2Ag++Cu=Cu2++2Ag设计成的原电池如右图所示。
(1) 从能量转化角度分析,上述原电池将化学能转化为_________ ;
(2) 负极的电极材料为_____________;
(3) 正极发生的电极反应__________________________________;
(4) 假设反应初两电极质量相等,当反应进行到一段时间后(AgNO3溶液足量),取出两电极洗净干燥后称量,测得两电极质量差为11.2 g,则该时间内原电池反应转移的电子数为_____________。(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
【答案】电能 Cu (或铜) Ag+ + e- = Ag 0.08NA
【解析】
(1)该装置为原电池,原电池将化学能转化为电能,
(2)铜的金属活泼性比银强,铜失电子生成铜离子,银离子得电子生成银,因此负极的电极材料为铜,
(3)正极上银离子得电子生成银,电极反应式为:Ag+ + e- = Ag,
(4)正极上的电极反应式为:Ag+ + e- = Ag,负极上的电极反应式为:Cu - 2e-=Cu2+,设转移电子物质的量为xmol,则正极上生成银的质量为xmol×108g/mol=108xg,负极上消耗铜的质量为1/2xmol×64g/mol=32xg,反应后测得两电极质量差为11.2g,则108xg +32xg =11.2g,解得x=0.08mol,该时间内原电池反应转移的电子数为0.08NA
17.(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图,根据电子运动方向,可知氧气从________口通入(填“a”或“b”),X极为电池的______(填“正”或“负”)极。
(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,两极上发生的电极反应分别为
A极:2H2+2O2--4e-=2H2O
B极:O2+4e-=2O2-
则A极是电池的______极;电子从该极________(填“流入”或“流出”)。
(3)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用,有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为:
Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O
Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
总反应为Ag2O+Zn=ZnO+2Ag
①Zn是_______极,Ag2O发生________反应。
②电子由_____极流向_____极(填“Zn”或“Ag2O”),当电路通过1 mol电子时,负极消耗物质的质量是________g。
③在使用过程中,电解质溶液中KOH的物质的量_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】b 负 负 流出 负 还原 Zn Ag2O 32.5 不变
【详解】
(1)氢氧燃料电池中,电子从负极向正极移动, X是负极;Y是正极,氧气得电子,氧气应通入正极。
(2)根据电极反应可知,A极发生氧化反应,应该是电池的负极,电子从该极流出。
(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解,Ag2O得电子被还原发生还原反应。
②发生原电池反应时,电子由负极经外电路到正极,即电子从Zn极经外电路到Ag2O极,当通过电路1 mol时,负极消耗Zn的质量是32.5 g。
③根据电极反应式,电池中KOH只起到增强导电的作用,不参与反应,故电池使用过程中KOH的量不变
18.根据化学能转化电能的相关知识,回答下列问题:
Ⅰ.理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设计一个化学电池(正极材料用碳棒),回答下列问题:
(1)该电池的负极材料是_______,发生_______(填“氧化”或“还原”)反应,电解质溶液是_______。
(2)正极上出现的现象是_______。
(3)若导线上转移电子1 mol,则生成银_______g。
Ⅱ.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均用镁片和铝片作电极,但甲同学将电极放入6 mol·L-1的H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中,如图所示。
(1)写出甲中正极的电极反应式:_______。
(2)乙中负极为_______,总反应的离子方程式:_______。
(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料都是金属时,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,由此他们会得出不同的实验结论,依据该实验实验得出的下列结论中,正确的有_______。
A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.该实验说明金属活动性顺序表已过时,没有实用价值了
D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大,因此具体问题应具体分析
【答案】Cu 氧化 AgNO3溶液 碳棒上出现银白色物质 108 2H++2e-=H2↑ Al 2Al+2OH-+2H2O=2+3H2↑ AD
【详解】
Ⅰ.(1)在反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+中,Cu失去电子,在负极上发生氧化反应:Cu-2e-=Cu2+;正极上,Ag+得到电子生成银单质,所以该电池的负极材料为Cu,发生氧化反应,电解质溶液需要提供Ag+,故可用AgNO3溶液;
(2)正极上发生反应:Ag++e-=Ag,可看到碳棒上出现银白色物质。
(3)根据正极反应:Ag++e-=Ag,转移1mol电子,生成1molAg,即108gAg。
Ⅱ.(1)甲中镁比铝活泼,更容易和硫酸反应,所以镁作负极,失去电子,铝作正极,溶液中的H+得到电子,正极反应式为:2H++2e-=H2↑。
(2)乙中铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应,所以铝作负极,总反应离子方程式为:2Al+2OH-+2H2O=2+3H2↑。
(3)镁的原子半径比铝大,且镁的核电荷数比铝小,所以镁比铝容易失去电子,所以镁比铝活泼,这是不争的事实,金属活动性顺序表依然是正确且有实用价值的。在乙中之所以铝作负极,是因为铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应而镁不能,所以利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质,同时该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大,因此具体问题应具体分析,故AD正确。
19.某研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的简易工作原理如图所示。
(1)b电极为__极,该电极的电极反应式为_____________;
(2)工作一段时间后,当64g甲醇完全反应时,转移电子数为___________;
(3)若用此电池来电解NaCl溶液(惰性电极),电解反应的离子方程式为____;
(4)电解一段时间后,将电解产生的黄绿色气体平均分成两份,其中一份通入50mL含有淀粉-KI溶液中,一段时间之后溶液变蓝,用0.5mol/L的Na2S2O3滴定I2(2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI),共消耗15mL Na2S2O3溶液。如果将SO2和另一份气体同时通入水中来消耗另一份气体,需要标况下SO2的体积是多少___(写出计算过程)?
【答案】正 O2+2H2O+4e-=4OH- 12mol 2Cl﹣+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH﹣ 84mL
【详解】
(1)电子由a向b移动,则b为正极;碱性条件下氧气得电子生成氢氧根离子,故电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-;
(2)64g甲醇为2mol,根据反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O,则消耗氧气3mol,每个氧气转移4个电子,所以转移电子数12mol;
(3)电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气,故离子方程式为2Cl﹣+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH﹣;
(4) 根据关系式:
可得n(Cl2)=3.75×10-3mol
由Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4
得n(SO2)=n(Cl2)=3.75×10-3mol
V(SO2)= n(SO2)Vm=3.75×10-3mol× 22.4L/mol=0.084L=84mL
20.燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
①A为生物燃料电池的________(填“正”或“负”)极。
②正极反应式为_____________。
③放电过程中,H+由________极区向________极区迁移(填“正”或“负”)。
④在电池反应中,每消耗1 mol氧气,理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。
(2)一氧化碳无色无味有毒,世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示,该装置中电解质为氧化钇—氧化钠,其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大,尾气中一氧化碳的含量越高。
请回答:
①a极电极反应式为______________;
②工作时,O2-由电极________向电极________移动(填“a”或“b”);
③电子由电极________通过传感器流向电极________(填“a”或“b”)。
【答案】正 O2+4H++4e-=2H2O 负 正 22.4 L CO+O2--2e-=CO2
b a a b
【详解】
(1)由图可知A为燃料电池的正极,电极反应为O2+4H++4e-=2H2O;B为燃料电池的负极,电极反应为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑+24H+;放电过程中,H+由负极区向正极区移动;葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O,即1 mol O2~1 mol CO2,每消耗1 mol O2,理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L;
故答案为:正;O2+4H++4e-=2H2O;负;正;22.4 L;
(2)①由元素价态变化可知,a电极为负极,电极反应式为CO+O2--2e-=CO2;
②b电极为正极,电极反应式为O2+4e-=2O2-,总反应为2CO+O2=2CO2,O2-由电极b向电极a移动;
③工作时电子由负极向正极移动,电子由电极a通过传感器流向电极b;
故答案为:CO+O2--2e-=CO2;b;a;a;b。
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