高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化课时作业

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化课时作业，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
化学反应能量转化的重要应用——化学电池





(40分钟 70分)


一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)


1.一种氢能的制取、贮存及利用如图所示,图示中能量转化方式不涉及( )





A.电能→化学能B.光能→化学能


C.化学能→电能D.电能→机械能


【解析】选A。氢能的制取、贮存及利用未涉及电能转化为化学能的电解装置部分,故选A;太阳光照射,贮存氢气,为光能转化为化学能,故不选B;氢气燃料电池的使用,为化学能转化为电能,故不选C;氢气燃料电池车的运动,为电能转化为机械能,故不选D。


2.(2019·枣庄高一检测)氢氧燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,它是以铂作电极,KOH溶液作电解液,总反应为2H2+O22H2O,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,下列叙述不正确的是( )


A.H2通入负极区


B.O2通入正极区


C.负极发生氧化反应


D.正极发生氧化反应


【解析】选D。根据原电池的原理,还原性的物质应该在负极上发生反应,氧化性的物质应该在正极上发生反应,根据总反应,H2通入负极区,O2通入正极区,对应的负极发生氧化反应而正极发生还原反应。


3.(2016·上海高考)图1是铜锌原电池示意图。图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y轴表示( )





A.铜棒的质量 B.c(Zn2+)


C.c(H+)D.c(S)


【解题指南】图1装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。


【解析】选C。在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气,铜棒的质量不变,A项错误;由于Zn是负极,不断发生反应Zn-2e-Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)增大,B项错误;由于反应不断消耗H+,所以溶液的c(H+)逐渐降低,C项正确; S不参加反应,其浓度不变,D项错误。


4.(2018·北京合格考)原电池原理的发现和各种电池装置的发明,改变了人们的生活方式。下列关于如图所示原电池装置的说法中,不正确的是( )





A.Zn为原电池的负极


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↑


【解析】选C。由图可知此装置为原电池装置,化学能转化为电能,锌为负极,电子由锌经导线流向铜,氢离子在铜极上得电子变为氢气。


5.(2019·潍坊高一检测)有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:


由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )


A.a>b>c>dB.b>c>d>a


C.d>a>b>cD.a>b>d>c


【解析】选C。装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面;装置三形成原电池,易知d比c活泼;装置四中,电流从a极流向d极,则电子是从d极流向a极,知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。


【方法规律】金属活动性强弱的判断方法


(1)与水或酸反应置换出氢气的难易程度。


(2)最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。


(3)置换反应;活泼金属置换不活泼金属。


(4)阳离子氧化性的强弱。


(5)通常情况下,原电池中负极金属的活动性强于正极金属。


6.(2019·淄博高一检测)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )


A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+


B.正极反应式为Ag++e-Ag


C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移


D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑


【解析】选B。根据题意,电池总反应式为Mg+2AgClMgCl2+2Ag,正极反应式为2AgCl+2e-2Cl-+ 2Ag,负极反应式为Mg-2e-Mg2+,A项正确,B项错误;对原电池来说,在电解质溶液的内部,阴离子由正极移向负极,C项正确;由于镁是活泼金属,则负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,D项正确。


7.(2019·南阳高一检测)如图所示装置,检流计指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )





A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸


B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸


C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液


D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液


【解析】选D。A极逐渐变粗,说明A极为原电池的正极,溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出;B极逐渐变细,说明B极为原电池的负极,失去电子后变成离子进入溶液中。A和B两项中的反应为Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑,则在A选项中A极变细,B选项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe+2AgNO32Ag+Fe(NO3)2,其中C选项中A极变细,D选项中A极变粗。


8.依据氧化还原反应: 2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s),设计的原电池如图所示。下列有关说法中错误的是( )





A.电解质溶液Y是CuSO4溶液


B.电极X的材料是Cu


C.银电极为电池的正极,其电极反应为Ag++e-Ag


D.外电路中的电子是从X电极流向Ag电极


【解析】选A。由电池反应可知,电解质溶液为AgNO3溶液而不是CuSO4溶液。


【补偿训练】


1.(2019·滁州高一检测)瓦斯分析仪(如图甲)工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如图乙所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。





下列有关叙述中正确的是( )


A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b流向电极a


B.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b


C.电极a的反应式为CH4+4O2-―8e-CO2+2H2O


D.当固体电解质中有1 ml O2-通过时,电子转移4 ml


【解析】选C。电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,A错;电极b氧气得电子,生成O2-,而电极a需要O2-作为反应物,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错;甲烷所在电极a为负极,电极反应为CH4+4O2--8e-CO2+2H2O,C正确;1 ml O2得4 ml电子生成2 ml O2-,故当固体电解质中有1 ml O2-通过时,电子转移2 ml,D错。


2.金属(M)-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )





A.金属M作电池负极


B.电解质是熔融的MO


C.正极的电极反应:O2+2H2O+4e-4OH-


D.电池反应:2M+O2+2H2O2M(OH)2


【解析】选B。金属(M)-空气电池中M失电子作负极,故A正确;根据传递M2+和OH-,可知电解质是熔融的M(OH)2,故B错误;空气中的氧气得电子作正极,电极反应O2+2H2O+4e-4OH-,故C正确;电池总反应为2M+O2+2H2O2M(OH)2,故D正确。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)


9.(14分) (2019·天津南开区高一检测)为节省药品和时间,甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液、直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品),通过巧妙的构思,设计了比较铜、锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白:


(1)甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部(铜与锌不接触),向烧杯中小心加入稀硫酸,观察到的现象是 __。


甲同学的设计思路是 _ _。


(2)乙同学接着甲的实验,向烧杯中滴加________________溶液,进而观察到的现象是__ __。


乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱的结论所依据的原理是 ________。


(3)请你再单独设计一个简单的实验(试剂、仪器自选),探究和证实锌、铜金属活动性的相对强弱(简要说明操作和现象) __。


【解析】从该题的实验目的来看,是要用实验证明锌和铜的金属活动性的相对强弱;从实验方法来看,有与酸反应产生气泡的快慢、构成原电池时负极比正极活泼、置换反应时的现象等。


(1)甲同学用两种金属放到酸中观察是否产生气泡或产生气泡的快慢来比较。


(2)乙同学在甲的基础上,加入CuSO4溶液观察现象。锌与少量硫酸铜发生置换反应生成的铜附在锌表面形成微型原电池,加快了反应速率,产生气泡的速率加快,说明锌比铜活泼。


(3)最后要设计一种方案,可以从氧化还原反应的先后顺序去证明金属的活泼性,即与同种氧化剂接触时,活泼性强的金属先与氧化剂反应,活泼性弱的金属后与氧化剂反应,因此可以将锌、铜分别同时加入少量浅绿色的氯化亚铁溶液中,加入锌的溶液褪色,说明锌比铜活泼。


答案:(1)锌片上有气泡产生,铜片上无气泡 锌能置换出酸中的氢,而铜不能


(2)CuSO4 锌片上有红色的铜析出,锌片上产生气泡的速率明显加快 活泼金属可以把不活泼金属从其盐溶液中置换出来(或Zn、Cu、稀硫酸组成原电池,Zn为负极)


(3)分别取一小片铜片与锌片置于两支试管中,向试管中加入少量浅绿色的FeCl2溶液,片刻后,加锌片的试管中溶液的颜色褪去,溶液近乎无色(其他合理答案也可)


10.(16分)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,总反应为Ag2O+ZnZnO+2Ag,其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。





(1)判断正负极的材料。


提示:根据电池总反应可知,Zn失电子被氧化而溶解,Ag2O得电子被还原发生还原反应。因此Zn为负极材料,Ag2O为正极材料。


(2)写出另一电极的电极反应式,并判断反应类型。


提示:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,氧化反应。利用总的电池反应减去一极的电极反应式,就可以得到另一极的电极反应式。


(3)判断电池工作时,电子的流动方向和电解质溶液中离子的流动方向。


提示:电池工作时,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。溶液中的阳离子流向电池的正极(Ag2O),阴离子流向电池的负极(Zn)。


(4)在电池使用的过程中,电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化?


提示:不变。电池中KOH只起增强导电的作用,不参与反应,故电池使用过程中KOH的物质的量不变。


(5)当电池工作时通过电路对外提供了1 ml电子,计算消耗的负极的质量。


提示:32.5 g。根据电极反应式,1 ml Zn失2 ml电子,因此当通过1 ml电子时,负极消耗Zn的物质的量为0.5 ml,其质量为32.5 g。





(20分钟 30分)


一、选择题(本题包括3小题,每小题5分,共15分)


11.(2019·日照高一检测)美国NASA曾开发一种铁-空气二次电池。该电池放电时,其原理如图所示,电池反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2。





有关该电池放电时的说法正确的是( )


A.电极a质量不变


B.电极b为电池负极


C.电子由电极a经负载流向电极b


D.由电能转变为化学能


【解析】选C。从已知的反应原理看,Fe在反应过程中失去电子,则在原电池的负极发生反应,O2在反应过程中得到电子,则在原电池的正极发生反应。电极a上Fe失去电子生成Fe2+,并进一步变成Fe(OH)2,所以电极a的质量增大,A错误;电极b上O2得到电子,作原电池的正极,B错误;电子从负极流出,经过外电路流向正极,C正确;原电池是一种将化学能转变成电能的装置,D错误。


12.(2019·南昌高一检测)分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是


( )





A.①②中Mg作为负极,③④中Fe作为负极


B.②中Mg作为正极,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑


C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+


D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑


【解析】选B。Mg比Al活泼,在①中Mg作负极,但在NaOH溶液中,Mg不反应,而Al可以反应,故②中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化,故Cu为负极,Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气,而O2比溶液中的H+得电子能力强,故Fe失去电子,在Cu极O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。


【方法规律】原电池电极反应式的书写方法





复杂电极反应式的书写:正、负极反应式相加即可得到原电池总反应式,相加时应注意正、负极得失电子数目要相等。因此,复杂的电极反应式=原电池总反应-简单的电极反应式。


13.(2018·山东合格考)如图所示,将锌片和铜片按不同方式插入稀硫酸中,下列说法正确的是( )





A.甲中电子经导线从铜片流向锌片


B.两烧杯中锌片上均发生还原反应


C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生


D.一段时间后,两烧杯中溶液的c(H+)均减小


【解析】选D。甲中锌是负极,铜是正极,电子由锌片经导线流向铜片,A错误;锌失电子变为锌离子,发生了氧化反应,B错误;甲中氢离子得电子变为氢气,在铜片上析出,C错误;两个装置中均发生锌和氢离子反应生成氢气的反应,所以氢离子浓度均减小,D正确。


二、非选择题(本题包括1小题,共15分)


14.给你提供纯锌、纯铜片和500 mL 0.2 ml·L-1的H2SO4溶液、导线、1 000 mL量筒。试用如图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。








(1)如图所示,装置气密性良好,且1 000 mL量筒中已充满了水,则开始实验时,首先要______________________。


(2)a电极的反应式为______________, b电极的反应式为________________。


(3)如果将a、b两电极的电极材料对调,U形管中将出现的现象是_________。


(4)当量筒中收集到672 mL气体时(标准状况下),通过导线的电子的物质的量是________。


【解析】 (1)要形成原电池,需要闭合线路,故首先要用导线把a、b两电极连接起来。(2)正极上有气体生成,即b是正极,a为负极,锌比铜活泼,锌是负极、铜是正极,故a电极的反应式为Zn-2e-Zn2+;b电极的反应式为2H++2e-H2↑。(3)如果将a、b两电极的电极材料对调,则a极产生气体,故U形管中将出现的现象是U形管左端液面下降,右端液面上升。(4)672 mL气体为H2,其物质的量为n(H2)==0.03 ml,根据2H++2e-H2↑可知,n(e-)=2n(H2)=2×


0.03 ml=0.06 ml。


答案:(1)用导线把a、b两电极连接起来


(2)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑


(3)U形管左端液面下降,右端液面上升


(4)0.06 ml


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装置
部分


实验


现象
a极质量减小,b极质量增大
b极有气体产生,c极无变化
d极溶解,c极有气体产生
电流从a极流向d极