2021-2022学年新鲁科版必修2第2章-第2节化学反应与能量变化第2课时作业

化学反响能量转化的重要应用——化学电池一、选择题(此题共6小题，每题5分，共30分)1．(2021·聊城高一检测)暖宝宝(如下图)采用的是铁的“氧化放热〞原理，使其发生原电池反响，铁粉在原电池中充当()A．负极 B．正极C．阴极 D．阳极【解析】选A。铁被氧化，负极发生氧化反响，铁粉在原电池中充当负极，故A正确。2.(2021·泸州高一检测)如图装置中，“→〞表示电子的移动方向。那么电极材料A、B分别可能是()A．石墨、石墨 B．Cu、AlC．Mg、石墨 D．Ag、Zn【解析】选C。石墨与稀硫酸不反响，不能形成原电池，故A项错误；Al比Cu活泼，所以Al作负极，电子的移动方向与题意不符，故B项错误；Mg能与稀硫酸发生反响，镁作负极，失去的电子沿导线流向石墨，故C项正确；Zn比Ag活泼，Zn作负极，电子的移动方向与题意不符，故D项错误。3．(2021·泉州高一检测)根据媒体报道，某公司将推出一种全新的银锌电池，这种银锌电池的续航能力要比锂离子电池强，有望取代锂电池。其放电过程可表示为Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag，此电池放电时，有关说法正确的选项是()A．电能转化为化学能B．电解质溶液是稀硫酸C．电子通过外电路从正极流向负极D．Zn作负极被氧化【解析】选D。原电池是化学能转化为电能的装置，A选项错误；从总反响方程式可以看出，电池放电后生成了ZnO，ZnO在酸性溶液中不能存在，所以电解质溶液一定不是稀硫酸，B选项错误；原电池中，电子通过外电路从负极流向正极，C选项错误；Zn作负极，负极发生氧化反响，D选项正确。4．(2021·盐城高一检测)分析如下图的四个原电池装置，其中结论正确的选项是()A．①中Al作为负极，④中Fe作为负极B．②中Mg作为正极，电极反响式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑C．③中Fe作为负极，电极反响式为Fe－2e－=Fe2＋D．④中Cu作为正极，电极反响式为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不反响，而Al可以反响，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得到电子发生复原反响，电极反响式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－。【补偿训练】(2021·阜阳高一检测)两种金属A与B和稀硫酸组成原电池时，A是正极。以下有关推断正确的选项是()A．A的金属性强于BB．电子不断由A电极经外电路流向B电极C．A电极上发生的电极反响是复原反响D．A的金属活动性一定排在氢前面【解析】选C。两种金属A与B和稀硫酸组成原电池时，A是正极，这说明金属性是B强于A，A不正确；电子不断由B电极经外电路流向A电极，B不正确；正极导电电子，发生复原反响，C正确；A的金属活动性不一定排在氢前面，D不正确。5．铜是人类认识并应用最早的金属之一，我国是最早使用铜器的国家之一。铁与人类生活密切相关，几乎无处不在，是地壳中含量仅次于铝的金属。某研究性学习小组为了证明铁的金属活动性比铜强，设计了如下实验方案，合理的是()A．将铁片置于硫酸铜溶液中有铜析出B．将铜片置于FeCl3溶液中铜片逐渐溶解C．把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上有气泡产生，而铜片上无气泡产生D．把铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中，并用导线连接，铁片上有气泡产生，而铜片上无气泡产生【解析】选A。铁从CuSO4溶液中置换出铜，化学方程式：CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu，说明Fe比Cu活泼，A符合题意；铜溶于FeCl3溶液，反响为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋，说明Fe3＋的氧化性强于Cu2＋，并不能比拟Cu和Fe的金属活动性，B不符合题意；把铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接，构成原电池；铁片上无气泡产生，而铜片上有气泡产生，说明Fe失去电子，作负极，而Cu极上H＋得电子，Cu作正极，一般情况下，较活泼金属作负极，可证实Fe比Cu活泼，C不符合题意；常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化，生成致密的氧化膜，阻止内部金属与浓硝酸进一步反响，而Cu常温下可与浓硝酸反响；因此铁片和铜片置于盛有浓硝酸的烧杯中，并用导线连接，铜作负极，但并不能比拟Fe和Cu的活动性，D不符合题意。6．在杠杆的两端分别挂着质量相同的铝球和铁球，此时杠杆平衡。然后将两球分别浸没在溶液质量相等的稀烧碱溶液和硫酸铜溶液中一段时间，如下图，以下说法正确的选项是()A.铝球外表有气泡产生，溶液中有白色沉淀生成；杠杆不平衡B．铝球外表有气泡产生，溶液澄清；铁球外表有红色物质析出；溶液蓝色变浅，杠杆右边下沉C．反响后去掉两烧杯，杠杆仍平衡D．右边球上出现红色，左边溶液的碱性增强【解析】选B。左烧杯中发生2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，不生成沉淀，故A错误；左烧杯中发生2Al＋2NaOH＋6H2O=2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，右烧杯中发生Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4，观察到铝球外表有气泡产生，溶液澄清，而铁球外表有红色物质析出，溶液蓝色变浅，由反响可知左烧杯中Al的质量变小，右烧杯中Fe球上生成Cu质量变大，杠杆右边下沉，故B正确；由选项B的分析可知，反响后去掉两烧杯，杠杆不能平衡，故C错误；右边球上生成Cu，那么出现红色，而左边溶液中消耗NaOH，那么c(OH－)减小，碱性减弱，故D错误。【补偿训练】如下图，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，以下有关杠杆的偏向判断正确的选项是(实验过程中不考虑铁丝反响及两边浮力的变化)()A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低B．杠杆为导体和绝缘体时，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【解析】选D。根据题意，假设杠杆为绝缘体，滴入CuSO4溶液后，Cu在铁球外表析出，铁球质量增大，B端下沉；假设杠杆为导体，滴入CuSO4溶液后，形成原电池，Cu在铜球外表析出，Fe局部溶解，A端下沉。二、非选择题(此题共1小题，共15分)7.(2021·郑州高一检测)从理论上讲，任何自发的氧化复原反响都可以被设计成原电池。某同学利用反响“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋〞设计了一个化学电池，如下图，在外电路中，电流从a极流向b极。请答复以下问题：(1)b极是电池的________极，材料是__________，写出该电极的电极反响式：__________________________。(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)假设该反响过程中有0.2mol电子发生转移，那么生成的Ag为________g。【解析】由题干信息可知，原电池中，电流从a极流向b极，那么a为正极，得到电子，发生复原反响，b为负极，失去电子，发生氧化反响。(1)根据上述分析知，b是电池的负极，失去电子，反响Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋中Cu失去电子，故Cu作负极，发生的电极反响为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)反响过程中转移2mol电子，根据得失电子守恒可知，生成2molAg，那么转移0.2mol电子生成Ag的质量为108g·mol－1×0.2mol＝21.6g。答案：(1)负CuCu－2e－=Cu2＋(2)BD(3)B【应用实践】共35分一、选择题(此题共3小题，每题6分，共18分)8.(2021·鹤壁高一检测)某化学兴趣小组利用反响Zn＋2FeCl3=ZnCl2＋2FeCl2，设计了如下图的原电池装置，以下说法正确的选项是()A．Zn为负极，发生复原反响B．b电极反响式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D.电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极【解析】选D。根据氯离子移动方向，可知b是负极，a是正极。Zn为负极，失电子发生氧化反响，故A错误；b电极反响式为Zn－2e－=Zn2＋，故B错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，故C错误；正极材料的活泼性比负极材料弱，故D正确。【拔高题组】1．(2021·宁波高一检测)如图是铅蓄电池构造示意图，电池的总反响式：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，以下说法不正确的选项是()A．电池工作时，化学能转化为电能B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板C．电池工作时，负极反响为Pb－2e－=Pb2＋D．电池工作时，H＋移向PbO2板【解析】选C。铅蓄电池工作时是原电池，将化学能转化为电能，故A正确；电池工作时，电子从负极Pb沿导线流向正极PbO2，故B正确；电池工作时，负极Pb失去电子与SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))结合生成PbSO4，所以电极反响式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=PbSO4，故C错误；电池工作时，内电路中阳离子H＋移向正极PbO2，阴离子SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))移向负极Pb，故D正确。2.对以下图所示的装置中实验现象的描述正确的选项是()【解析】选D。a、b两电极均为石墨，且没有自发的氧化复原反响，不能构成原电池，没有化学反响，也没有实验现象，A错误；Cu、Fe作为两个电极，活泼性不同，KNO3为电解质，可以发生吸氧腐蚀，构成原电池。负极为Fe，反响为Fe－2e－=Fe2＋；正极为Cu，反响为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；因此并没有气体生成，B错误；石墨、Fe作为两个电极，活泼性不同，CuSO4为电解质溶液，且有自发的氧化复原反响，构成原电池。负极为Fe，反响为Fe－2e－=Fe2＋；正极为石墨，反响为Cu2＋＋2e－=Cu；所以a极质量增加，b极质量减小，C错误；石墨、Zn作为两个电极，活泼性不同，HCl为电解质溶液，且有自发的氧化复原反响，构成原电池。负极为Zn，反响为Zn－2e－=Zn2＋；正极为石墨，反响为2H＋＋2e－=H2↑；所以a极放出无色气体，D正确。9.(2021·沈阳高一检测)关于如下图的原电池装置，以下表达错误的选项是()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极发生复原反响【解析】选D。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，C正确；b是负极，负极发生氧化反响，D错误。10．利用反响6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O构成电池的装置如下图。此方法既能实现有效去除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。以下说法正确的选项是()A.该装置将化学能转化为电能B．电极B为负极C．电极A的反响式为2NH3－6e－=N2＋6H＋D．当有4.48LNO2被处理时，转移0.8mol电子【解析】选A。反响6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O中，NO2中N元素化合价降低，NH3中N元素化合价升高，因此通入NH3的电极上发生氧化反响，为电源负极，通入NO2的电极上发生复原反响，为电源正极。该电池为电源装置，电源工作过程中，将化学能转化为电能，故A说法正确；由上述分析可知，电极B为电源正极，故B说法错误；电极A上NH3发生氧化反响，电解质为KOH溶液，因此电极反响式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O，故C说法错误；未告知气体所处状态是否为标准状况，无法计算4.48LNO2气体的物质的量，因此无法计算转移电子数，故D说法错误。【拔高题组】1．(2021·温州高一检测)一种以联氨(N2H4)为燃料的环保电池工作原理如下图，电解质溶液显弱酸性，电池工作时产生稳定无污染的物质。以下说法正确的选项是()A．在电极M充入N2H4，每消耗1molN2H4，会有4molH＋通过质子交换膜B．该燃料电池工作时，化学能只能转化为电能C．N极的电极反响式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．电极总反响式为N2H4＋O2=N2＋2H2O，电解质溶液的pH始终不变【解析】选A。在M电极充入N2H4，联氨在此电极失电子，根据图示的H＋流动方向，M电极的电极方程式为N2H4－4e－=N2↑＋4H＋，根据电极方程式可知，每消耗1molN2H4，会有4molH＋通过质子交换膜，A正确；该燃料电池工作时，化学能大局部转化为电能，少量转化为热能等其他形式的能，B错误；N极为电池正极，发生复原反响，由于电解质溶液为弱酸性，正极的电极方程式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，C错误；电极的总反响为N2H4＋O2=N2＋2H2O，由于反响产生水，溶液的酸性逐渐减弱，pH逐渐增大，D错误。2.最近,科学家研发了“全氢电池〞,其工作原理如下图。以下说法不正确的选项是()A.右边吸附层中发生了复原反响B.负极的电极反响是H2-2e-+2OH-=2H2OC.电池的总反响是2H2+O2=2H2OD.电解质溶液中Na+向右移动,ClOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))向左移动【解析】选C。此题考查有关原电池的反响原理,意在考查考生对原电池原理的理解及对相关原理的运用能力。由图可知,左边电极有电子流出,所以该电极应该为负极,电极上物质的主要变化为H2转变成H2O,发生氧化反响,右边电极为正极,电极上物质的主要变化为H+转变为H2,发生复原反响。由上述分析可知,右边电极为正极,发生复原反响,A项正确;负极的电极反响为H2-2e-+2OH-=2H2O,B项正确;电池的总反响为消耗H2,生成H2,C项错误;由于右边电极为正极,左边电极为负极,在电解质溶液中,阳离子往正极移动,阴离子那么向负极移动,D项正确。二、非选择题(此题共1小题，共17分)11．(2021·长沙高一检测)人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下电池广泛使用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空。(1)铅蓄电池在放电时发生的电池反响式为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。正极电极反响式为_________________________________________________。(2)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，假设将此反响设计成原电池，那么负极所用电极材料为________________，当线路中转移0.2mol电子时，那么被腐蚀铜的质量为_____________________g。(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为________。A．铝片、铜片B．铜片、铝片C．铝片、铝片(4)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是电解质为稀硫酸溶液的氢氧燃料电池原理示意图，答复以下问题：①氢氧燃料电池的总反响化学方程式是______________________________。②电池工作一段时间后硫酸溶液的浓度________(填“增大〞“减小〞或“不变〞)。【解析】(1)正极发生复原反响，化合价降低。故正极的反响式为PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O；(2)从化学方程式可知，铜的化合价升高，Cu作负极，通过化学方程式知，每转移2mol电子，消耗1mol铜，故当线路中转移0.2mol电子时，被腐蚀的铜的物质的量为0.1mol，质量为0.1mol×64g·mol－1＝6.4g；(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化，铜能够和浓硝酸反响，此时，铜作负极；铜不能和氢氧化钠溶液反响，铝可以和氢氧化钠溶液反响，此时铝作负极；(4)①氢氧燃料电池的总反响为2H2＋O2=2H2O；②反响过程中有水生成，硫酸被稀释，故硫酸的浓度减小。答案：(1)PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2e－=PbSO4＋2H2O(2)Cu(3)B(4)①2H2＋O2=2H2O②减小【补偿训练】将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如下图)。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：金属电子流动方向电压/VDD→Cu＋CCu→C－BB→Cu＋AA→Cu＋：构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越大。请依据表中数据判断：(1)最活泼的金属为________。(2)假设滤纸改用NaOH溶液浸润，那么在滤纸上能看到蓝色沉淀析出的是_________金属，其负极的电极反响为____________________________。假设滤纸上析出沉淀为9.8g，那么转移的电子数为________mol。【解析】(1)由电子流动的方向可知，A、B、D的金属活动性皆强于Cu，根据“构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越大〞可知，B的金属活动性最大，C的金属活动性弱于Cu，不能从CuSO4溶液中置换出Cu。(2)由(1)的分析可知，只有在C金属与Cu组成的原电池中，Cu失电子生成Cu2＋，进而与OH－结合产生蓝色沉淀。负极反响为Cu＋2OH－－2e－=Cu(OH)2↓。因蓝色沉淀为Cu(OH)2，所以当析出9.8g沉淀时，转移的电子数为eq\f(9.8g,98g·mol－1)×2＝0.2mol。答案：(1)B(2)CCu－2e－＋2OH－=Cu(OH)2↓【迁移创新】共20分非选择题(此题共1小题，共20分)12．(2021·泰安高一检测)(1)为了验证Fe2＋与Cu2＋氧化性的强弱，以下装置能到达实验目的的是______________________________，写出能到达目的的装置中正极的电极反响式为______________________________。假设开始时原电池中两个电极的质量相等，当导线中通过0.05mol电子时，两个电极的质量差为__________________。(2)将CH4与O2的反响设计成燃料电池，其利用率更高，装置如下图(A、B为多孔碳棒)。①实验测得OH－向B电极移动，那么__________(填“A〞或“B〞)处电极入口通甲烷，其电极反响式为____________________________________。②当消耗甲烷的体积为33.6L(标准状况下)时，假设电池的能量转化率为80%，那么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。高铁电池的总反响式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，原电池负极的电极反响式为_________________________；放电时每转移3mol电子，有______molK2FeO4被复原，正极附近溶液的碱性______(填“增强〞“不变“或“减弱〞)。【解析】(1)要验证Fe2＋与Cu2＋氧化性强弱，在原电池中，铁作负极、其他导电的活泼性弱于铁的金属或非金属作正极，电解质溶液为可溶性的铜盐，那么①中铜作负极、C作正极，电池反响式为Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，不能验证Fe2＋与Cu2＋氧化性强弱，错误；②中铁发生钝化现象，Cu作负极、铁作正极，电池反响式为Cu＋2NOeq\o\al(