高中人教版 (2019)实验活动6 化学能转化成电能精品课堂检测

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知识梳理
【实验目的】
1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用，体会化学的价值。
2.认识原电池的构成要素及其作用。
【实验用品】烧杯、导线、电流表。锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸。
【实验步骤】
电极材料的实验
1.按下图用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转；用石墨棒代替铜片进行上述实验。解释所观察到的现象。
2.按如图所示的装置实验，记录实验现象并解释原因。
3.按如图所示的装置实验，记录实验现象并解释原因。
典例分析
题型一：原电池原理
【典例1】《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．a极为正极，发生还原反应
B．X膜为阳离子交换膜
C．当外电路通过4mle-时，消耗22.4LO2
D．该装置可实现化学能与电能间的完全转化
【答案】B
【分析】本题中通入H2的a极发生氧化反应，是原电池的负极，其电极反应式为：H2-2e-=2H+。通入O2的b极发生还原反应，是原电池的正极，考虑到最终产物为H2O2，故其电极反应式为：H2O+O2+2e-=HO+OH-。负极生成的H+通过阳离子交换膜进入到电解质中，正极生成的HO通过阴离子交换膜进入到电解质中，二者结合得到H2O2。据此可分析各个选项。
【详解】A．在该原电池中，a极通入氢气，发生氧化反应，是原电池的负极，A错误；
B．a极生成的H+需要穿过X膜进入到电解质中与HO结合，X膜是阳离子交换膜，B正确；
C．当外电路流过4ml e-时，根据b极的电极反应式可知需要消耗2ml O2，但本题中未指明是否为标准状况，不能确定O2体积一定为44.8L，C错误；D．原电池不可能实现化学能与电能的完全转化，还有一部分化学能会转化为其他形式的能量，如内能，D错误；答案选B。
【变式练】
1．某+2价金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．放电时，外电路电子由碳材料电极流向金属Ｍ电极
B．放电时，空气中的氧气得到电子
C．电池总反应为
D．金属M作电池负极，放电时发生氧化反应
【答案】A
【分析】M-空气电池中，金属M失去电子生成M2+，为负极，正极氧气得到电子生成OH-，则电极M为负极，碳材料电极为正极，电池总反应为：2M+O2+2H2O═2M（OH）2，电池工作时，电子由负极（M）经外电路流向正极（碳材料），据此分析解答。
【详解】A．电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即外电路电子由M电极流向碳材料电极，故A错误；B．放电时，正极（碳材料）上空气中的氧气得到电子生成OH-，故B正确；C．结合分析可知，电池总反应为：2M+O2+2H2O═2M（OH）2，故C正确；D．原电池工作时，负极金属M失去电子生成M2+，发生氧化反应，故D正确；故选：A。
2．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：Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加
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：在铅蓄电池中，负极材料为铅，在放电过程中被氧化
【答案】A
【详解】A．甲为铜锌原电池，锌为负极，铜为正极，H+在铜上得电子发生还原反应，所以Cu电极附近溶液中H+浓度减小，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-，B正确；C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被消耗，所以锌筒会变薄，C正确；D．丁为铅蓄电池，放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，负极材料为铅，在放电过程中被氧化，D正确；故答案为：A。
题型二：原电池电子流向判断及应用
【典例2】科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间，原理如图所示，反应的总方程式为：。电池工作时，下列有关说法正确的是（ ）
A．Cu电极质量增大
B．为电池负极
C．电子从Cu经溶液流向电极
D．2ml Cu和的总能量低于和2ml Ag的总能量
【答案】A
【分析】根据电池反应式知，较活泼金属铜作负极，氧化银作正极，负极上铜失电子和氢氧根离子生成氧化铜和水，电子从负极铜经导线流向正极氧化银，氧化银上有大量电子，根据异性相吸原理，溶液中阳离子向正极移动；电流从正极氧化银流向负极铜。
【详解】A.Cu电极作为负极，失去电子，生成Cu2O，质量增加，A正确；
B.在总反应中作氧化剂，氧化剂在原电池中作正极，B错误；
C.在原电池中，电子是从负极经导线流向正极，不经过溶液，C错误；D.由题意知，该装置组成了原电池，反应过程中化学能转化为电能，反应物的总能量高于生成物的总能量，故2ml Cu和 1ml Ag2O 的总能量高于 1ml Cu2O 和 2ml Ag 的总能量，D错误；故选A。
【变式练】
1．下列关于下图所示原电池装置的说法中，不正确的是（ ）
A．Cu为原电池的正极
B．能将化学能转化为电能
C．电子从Cu经导线流向Zn
D．Cu上发生的反应为2H＋＋2e-=H2↑
【答案】C
【分析】图示原电池装置中，Zn比Cu活泼，Zn作负极，Zn失去电子，发生的电极反应为，Cu作正极本身不反应，硫酸作电解质，溶液中氢离子在正极得电子，发生的电极反应为，
【详解】A．根据上述分析，Cu为原电池的正极，A正确；B．该装置为原电池，能将化学能转化为电能，B正确；C．Zn失去电子，经导线流向Cu，氢离子在铜电极得电子产生氢气，C错误；
D．Cu作正极，发生的电极反应为，D正确；
答案选C。
2．将铜片、锌片和CuSO4溶液组装成原电池装置，当导线中有1ml电子通过时，下列说法不正确的是（ ）
A．溶液中移向锌电极
B．铜片作正极，Cu在正极发生还原反应
C．锌片质量减少65g，铜片质量增加32g
D．电子由锌片通过导线流向铜片
【答案】C
【详解】A．将铜片、锌片和CuSO4溶液组装成原电池装置，锌为活泼金属，锌作负极，铜做正极，根据阴离子移向负极，因此溶液中移向锌电极，故A正确；B．铜片作正极，溶液中的铜离子在正极得到电子发生还原反应，故B正确；C．锌片质量减少65g即1ml，根据Zn－2e-＝Zn2+，转移2ml电子，铜片发生Cu2+＋2e-＝Cu，因此铜片质量增加1ml×64 g∙ml−1＝64g，故C错误；D．负极是锌，失去电子，正极是铜，铜离子在正极得到电子，因此电子由锌片通过导线流向铜片，故D正确。综上所述，答案为C。
跟踪训练
一、单选题
1．下列对于原电池装置的说法错误的是（ ）
A．放电时负极发生还原反应
B．放电时阴离子移向负极
C．放电时电子从负极出发经外电路移向正极
D．放电时电池装置中的化学能转化为电能
【答案】A
【详解】A．放电时负极失去电子发生氧化反应，A错误；B．放电时负极失去电子而带上正电荷，则阴离子移向负极，B正确；C．放电时负极失去电子，正极得到电子，电子从负极出发经外电路移向正极，C正确；D．放电时为原电池，电池装置中的化学能转化为电能，D正确；故答案为A。
2．普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理、化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu+Ag2O=Cu2O+2Ag。下列有关说法错误的是（ ）
A．正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
B．测量原理示意图中，电子从Cu经溶液流向Ag2O/Ag电极
C．电池工作时，OH-向Cu电极移动
D．2mlCu和1mlAg2O的总能量高于1mlCu2O和2mlAg的总能量
【答案】B
【详解】A．由总反应知Ag2O得电子变为Ag，则正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，A正确；B．Cu失去电子，为负极，则Ag2O/Ag为正极，电子从Cu经外电路流向Ag2O/Ag电极，电子不能通过溶液，B错误；C．阴离子向负极移动，故OH-向Cu电极移动，C正确；D．此装置能量转化为化学能转化为电能，即反应物总能量高于生成物总能量，故2mlCu和1mlAg2O的总能量高于1mlCu2O和2mlAg的总能量，D正确；故答案为B。
3．下列说法正确的是（ ）
A．图1所示装置能将化学能转化为电能
B．图2所示反应为吸热反应
C．锌锰干电池中，锌筒作负极
D．蓄电池充电时，没有发生氧化还原反应
【答案】C
【详解】A．图1没有形成闭合电路，不能构成原电池，所示装置不能将化学能转化为电能，故A错误；B．图2所示反应，生成物总能量低于反应物总能量，为放热反应，故B错误；C．锌锰干电池中，锌失电子发生氧化反应，锌筒作负极，故C正确；D．蓄电池充电时，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，发生氧化还原反应，故D错误；选C。
4．氢燃料电池是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及并应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著减轻空气污染及温室效应。下列有关氢燃料电池的说法正确的是（ ）
A．通入氢气的电极发生还原反应
B．电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
C．正极的电极反应式为：O2+4H++4e-═2H2O
D．放电过程中电解液的浓度不断增大
【答案】C
【详解】A．通入氢气的电极是负极，发生氧化反应，A错误；B．电解液中阳离子向正极移动，反应中通入氧气的一端为正极，即电解液中阳离子向通入氧气的方向移动，B错误；C．正极上，氧气与氢离子结合生成水，电极反应式为：O2+4H++4e-═2H2O，C正确；D．放电过程中不断的生成水，电解液的浓度减小，D错误；故选C。
5．有A、B、C、D四种金属，当A、B用导线连接浸泡在稀硫酸中，组成原电池时，A的质量减小；将A、C分别投入等浓度的盐酸中，C比A反应剧烈；将金属B浸入到D的盐溶液中，有D生成。则A、B、C、D金属活动性由强到弱的顺序为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】由题干信息，当A、B用导线连接浸泡在稀硫酸中，组成原电池时，A的质量减小，说明A为负极，故A比B活泼；将A、C分别投入等浓度的盐酸中，C比A反应剧烈，故C比A活泼；将金属B浸入到D的盐溶液中，有D生成，故B比D活泼，综上分析可知，A、B、C、D金属活动性由强到弱的顺序为C＞A＞B＞D，故答案为：D。
6．将锌片和铜片用导线相连浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计(装置如右图)，若该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和铜片洗净干燥后称重，总质量为47g，则该过程中产生H2(标准状况下)的体积为（ ）
A．2.24LB．3.36LC．4.48LD．6.72L
【答案】C
【详解】由题意可知，该原电池中，锌易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，则负极上锌生成锌离子进入溶液而导致质量减少，正极上氢离子得电子生成氢气，所以正极质量不变，两个电极减少的质量是锌的质量，锌和稀硫酸反应离子方程式为2H++Zn=Zn2++H2↑，根据反应化学方程式得氢气的物质的量n(H2)=n(Zn)==0.2ml，标况下H2的体积为V(H2)=0.2ml×22.4L/ml=4.48L，C选项符合题意；答案为C。
7．银锌纽扣电池如图，电池反应式为：，下列说法正确的是（ ）
A．锌作正极
B．负极发生还原反应
C．负极的电极方程式为：
D．电池工作时，电流从经导线流向Zn
【答案】D
【详解】A．在反应中，Zn的化合价升高，则Zn作还原剂，发生氧化反应，故Zn作负极，A错误；B．负极发生氧化反应，B错误；C．负极的电极方程式为：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，C错误；D．Ag2O作正极，故电池工作时，电流从Ag2O经导线流向Zn，D正确；故选D。
8．图为某锌-铜原电池示意图，下列说法正确的是（ ）
A．电流由铜片通过导线流向锌片
B．锌片为负极，且发生还原反应
C．正极电极反应式：2H++ 2e-= H2↑
D．该装置能将化学能完全转变为电能
【答案】A
【详解】锌-铜、硫酸铜原电池中，锌比铜活泼，故锌为负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，发生还原反应，电极反应为：Cu2++2e-=Cu，据此分析解题：
A．原电池中电流由正极经导线流向负极，故电流由铜片通过导线流向锌片，A正确；B．由分析可知，锌片为负极，且发生氧化反应，B错误；C．由分析可知，正极电极反应式：Cu2++2e-=Cu，C错误；D．原电池是将化学能直接转化为电能的装置，但原电池工作过程中会发热，故该装置不能将化学能完全转变为电能，还转化为热能和其他形式的能量，D错误；故答案为：A。
二、实验题
9．已知可逆反应：据此设计出如图所示的实验装置(装置中盐桥的作用是使整个装置形成一个闭合回路)。进行如下操作：
a.向烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安表指针偏转；
b.若改向烧杯中滴加溶液，发现微安表指针向前述相反方向偏转。
试回答下列问题：
(1)两次操作过程中微安表指针为什么会发生偏转？_______
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？_______
(3)a操作过程中，棒发生的反应为_______
(4)b操作过程中，棒发生的反应为_______
【答案】(1)两次操作过程均能形成原电池，都是把化学能转化为电能
(2)因操作1中是负极，是正极；操作2中是正极，是负极，电子由负极流向正极，则指针偏转方向不同
(3)
(4)
【详解】（1）a.向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，c(H+)变大，平衡正反应方向移动，构成原电池，放电，化学能转为电能，微安表指针偏转；b.若改向(B)烧杯中滴加40%NaOH溶液，平衡向逆反应方向移动，构成原电池，放电，化学能转为电能，微安表指针偏转；
故答案为：两次操作过程均能形成原电池，都是把化学能转化为电能。
（2）a.向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，平衡正反应方向移动，构成原电池，C1是负极，C2是正极，放电，化学能转为电能，微安表指针偏转；b.若改向(B)烧杯中滴加40%NaOH溶液，平衡向逆反应方向移动，C1是正极，C2是负极，构成原电池，放电，化学能转为电能，电流方向与原来相反，微安表指针向前述相反方向偏转；故答案为：因操作1中C1是负极，C2是正极；操作2中C1是正极，C2是负极，电子由负极流向正极，则指针偏转方向不同。
（3）a.向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，平衡正反应方向移动，构成原电池，C1是负极，发生氧化反应，反应式为：2I−−2e−=I2；故答案为：2I−−2e−=I2。
（4）b.若改向(B)烧杯中滴加40%NaOH溶液，平衡向逆反应方向移动，C2是负极，氧化反应，反应式为： ；故答案为：。
10．分别按如图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，乙中Ⓐ为电流表。请回答下列问题：
(1)以下叙述中，正确的是_______(填字母)。
A．甲中锌片是负极，乙中铜片是正极
B．两烧杯中铜片表面均有气泡产生
C．两烧杯中溶液pH均增大
D．产生气泡的速度甲中比乙中慢
E.乙的外电路中电流方向Zn→Cu
F.乙溶液中向铜片方向移动
(2)某同学依据氧化还原反应：2Ag++Cu=Cu2++2Ag设计的原电池如图所示：
①正极的材料是_______，负极发生的电极反应式为：_______。
②外电路中的电子流向是：_______。
③当反应进行到一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了5.4g，则该原电池反应共转移的电子数目是_______。
(3)Mg、Al设计成如图所示原电池装置：若电解液为盐酸，正极的电极反应式为：_______。若电解液为氢氧化钠溶液，负极的电极材料为_______。
【答案】(1)CD
(2) 银(或Ag) Cu-2e-=Cu2+ 从铜电极流向银电极 0.05NA
(3) 2H++2e-=H2↑ 铝(或Al)
【详解】（1）A．如图甲，该装置没有形成闭合回路，不能形成原电池，故A错误；
B．甲烧杯中不能形成原电池，Cu与稀硫酸不反应，没有现象，装置乙为原电池，Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，电极反应式为，有气泡产生，故B错误；C．如图，甲装置中虽然没有形成原电池，但是Zn与硫酸发生反应，，减小，pH增大；装置乙为原电池，总反应为，减小，pH增大，故C正确；
D．装置甲为化学腐蚀，装置乙为原电池，所以装置乙反应生产气体的速率快，故D正确；E．装置乙为原电池，Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，电子从Zn极流出经外电路流向Cu极，故E错误；
F．在原电池中，阴离子向负极移动，装置乙为原电池，Zn比Cu活泼，Zn作负极，向Zn极移动，故F错误；
故填CD；
（2）①如图，电解质溶液为溶液，其中Cu比Ag活泼，Cu作负极，电极反应式为，Ag作正极，电极反应式为，故填银(或Ag)；；
②该电池中，Cu作负极，Ag作正极，电子从Cu极流出，经外电路流向Ag极，故填从铜电极流向银电极；
③Cu作负极，电极反应式为，Ag作正极，电极反应式为，根据电极反应式，可知正极增重，生成5.4gAg时，转移电子数目为，故填；
（3）可以和电解质溶液发生反应的是负极，若两极都发生反应则活泼性较强的一极是负极；如图，若电解液为盐酸， 因Mg比Al活泼，所以Mg作为负极，Al为正极，负极电极反应式为；若电解液为氢氧化钠溶液，因Al能与NaOH反应，所以Al作负极，电极反应式为，Mg作正极，故填；铝(或Al)。电极材料
电流表指针是
否发生偏转
解释
锌片、铜片
否
没有电解质溶液，不能发生原电池反应
锌片、石墨棒
否
实验装置
实验现象
解释
锌片溶解，表面产生无色气泡
锌的还原性比H2强，溶液中的H＋直接得到Zn失去的电子生成H2
①锌片溶解，表面产生无色气泡
②铜片表面无明显变化
铜的还原性比H2弱，不能置换H2，电子不能在溶液中移动，锌的电子不能转移到铜片，H＋只能在锌片表面被还原成H2
①锌片溶解，表面产生无色气泡
②石墨棒表面无明显变化
石墨为惰性材料，不能置换H2，电子不能通过溶液转移到石墨棒，H＋只能在锌片表面被还原成H2
实验材料
实验现象
解释
Zn、Cu、H2SO4
①锌片溶解
②铜片不溶解，表面产生无色气泡
③电流表指针偏转
锌失去的电子通过导线转移至铜片表面产生电流，溶液中的H＋在铜片表面获得Zn失去的电子生成H2
Zn、石墨、H2SO4
①锌片溶解
②石墨棒表面产生无色气泡
③电流表指针偏转
锌失去的电子通过导线转移至石墨棒表面产生电流，溶液中的H＋在石墨棒表面获得Zn失去的电子生成H2
Cu、石墨、H2SO4
铜片不溶解，电流表指针不偏转
铜的还原性比H2弱，不能发生氧化还原反应，没有电子转移，因而不能产生电流