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 试卷

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第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池合格考达标练1.(2021河北石家庄二中高一期中)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(　　)　　　　　 　　　　　 　　　　答案C解析A、B项装置电极材料不能和电解质溶液自发地进行氧化还原反应,所以铜上没有气泡产生,A、B错误;C项装置构成原电池,锌作负极,铜作正极,正极上氢离子得电子生成氢气产生气泡,C正确;D项没有形成闭合电路,不是原电池,Zn表面产生气泡,Cu表面无现象,D错误。2.(2021河北石家庄二中高一期中)电池是人类生产和生活中的重要能量来源,各式各样电池的发展是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述不正确的是              (　　)A.碱性锌锰电池比普通锌锰电池的能量高B.锌锰干电池工作一段时间后碳棒质量不变C.燃料电池可连续不断地将热能直接转变为电能D.铅酸蓄电池虽然体积大有污染,但是电压稳定、安全可靠、价格低廉,是一种常用的二次电池答案C解析碱性锌锰电池用锌粉替代了原锌锰电池的锌壳,增大了反应物的接触面积,加快了反应速率,故放电电流大,能量高,故A正确;在锌锰干电池中,正极是碳棒,该极上二氧化锰发生得电子的还原反应,该电极质量不变,故B正确;燃料电池是将化学能转化为电能,故C错误;铅酸蓄电池虽然体积大有污染,但是电压稳定、安全可靠、价格低廉,是一种常用的二次电池,故D正确。3.某普通锌锰干电池的结构如图所示。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解析锌锰干电池中,锌筒作负极,石墨作正极,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ABCD正极ZnCuAgCu负极CuZnCuFe电解质溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2 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,所以作负极,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.(2020北京海淀首都师大附中高一月考)将锌片和铜片按图示方式插入柠檬中,电流计指针发生偏转。下列针对该装置的说法正确的是(　　)A.将电能转换为化学能B.电子由铜片流出经导线到锌C.一段时间后,锌片质量减轻D.铜片一侧柠檬变蓝色,产生Cu2+答案C解析该装置可将化学能转化为电能,是原电池,A项错误;该原电池中Zn为负极,Cu为正极,电子由负极流向正极,因此电子由锌片流出经导线到铜片,B项错误;该原电池中Zn为负极,发生氧化反应,锌片逐渐溶解,质量减轻,C项正确;该原电池中Cu为正极,电解质中的H+在正极得电子生成H2,D项错误。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-CuC.装置丙中溶液的c(H+)不变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作原电池负极,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.(2020辽宁沈阳城郊高一检测)关于如图所示的原电池装置,下列叙述错误的是(　　)A.a为原电池的正极B.电子由b极流出,经导线流向a极C.溶液中阳离子向a极移动D.b极发生还原反应答案D解析根据图中电流方向可知,a是正极,b是负极,A正确;b是负极,电子由负极流出,经导线流向a极,B正确;a是正极,溶液中阳离子移向正极,故C正确;b是负极,负极发生氧化反应,故D错误。8.如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使两个金属球在水中保持平衡,然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中,不考虑两球的浮力变化)(　　)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.当杠杆为导体时,A端低B端高;杠杆为绝缘体时,A端高B端低D.当杠杆为导体时,A端高B端低;杠杆为绝缘体时,A端低B端高答案C解析当杠杆为导体时,构成原电池:空心铁球为负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,空心铜球为正极,电极反应为Cu2++2e-Cu,故空心铁球质量减轻,空心铜球质量增重,即A端低B端高;当杠杆为绝缘体时,铁球表面发生反应Fe+Cu2+Fe2++Cu,铁球质量变大,铜球质量不变,即A端高B端低。综上所述,C正确。9.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,则写出作原电池正极材料的名称:　　　　　　　　,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作负极,不如锌活泼的金属或能导电的非金属作正极,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=×2=1 mol,根据电子守恒可得生成氢气的体积=×22.4 L·mol-1=11.2 L;根据Zn-2e-Zn2+得转移电子的物质的量=×2=1 mol。等级考提升练10.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。11.(2021北京昌平区高一期末)如图为一种氢氧燃料电池的装置示意图,下列说法不正确的是(　　)A.该装置中氧化反应和还原反应在不同区域进行B.石墨是电极材料C.O2是正极反应物、H2是负极反应物D.H2SO4可以传导电子和离子答案D解析该装置中负极区发生氧化反应,正极区发生还原反应,氧化、还原反应在不同区域进行,故A正确;石墨是电极材料,不参加反应,故B正确;O2是正极反应物发生还原反应、H2是负极反应物发生氧化反应,故C正确;H2SO4可以传导离子,不能传导电子,故D错误。12.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-2,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-2C,正极没有水生成,故D不符合题意。13.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+2H2OC.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-2,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。14.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,锂作负极,钢片作正极,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。15.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。(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。16.(2020安徽淮北一中高一线上月考)锂锰电池的体积小、性能优良,是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中,Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中发生反应生成LiMnO2。回答下列问题:(1)外电路的电流方向是由　　　　极流向　　　极(填字母)。 (2)电池正极反应为　　　　　　　　　　　　　。 (3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?　　　　　　(填“是”或“否”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)MnO2可与KOH及KClO3在高温下反应生成K2MnO4,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。K2MnO4在酸性溶液中发生歧化反应,生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为　　　　。 答案(1)b　a　(2)MnO2+Li++e-LiMnO2(3)否　电极Li是活泼金属,能与水反应(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O　2∶1解析(1)锂是活泼的金属,作为原电池的负极,因此外电路的电流方向是由正极b流向负极a。(2)在电池正极b上发生得到电子的还原反应,则电极反应为MnO2+Li++e-LiMnO2。(3)由于负极材料Li是活泼的金属,能够与水发生反应,所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)根据题意结合原子守恒、电子守恒可得方程式:3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O;K2MnO4在酸性溶液中发生歧化反应生成KMnO4和MnO2,根据得失电子守恒可知,每转移2 mol的电子,产生1 mol MnO2,同时生成2 mol KMnO4,所以生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1。新情境创新练17.(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　　　　,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)。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-C+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-C+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Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,因此正极附近溶液的碱性增强。