2024-2025学年新教材高中化学第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-化学电池练习含解析鲁科版必修第二册

PAGEPAGE11第2课时化学反应能量转化的重要应用——化学电池夯实基础轻松达标1.(2024湖北鄂州高二期末)下列设备工作时,将化学能主要转化为热能的是()ABCD硅太阳能电池锂离子电池太阳能集热器燃气灶答案D解析硅太阳能电池,是太阳能转化为电能,故A不符合题意;锂离子电池是化学能转化为电能,故B不符合题意;太阳能集热器是太阳能转化为热能,故C不符合题意;燃气灶是化学能转化为热能,故D符合题意。2.在如图所示的装置中,a是金属活动性依次中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,关于此装置的各种叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出,溶液中H+浓度减小B.a是正极,b是负极C.导线中有电子流淌,电子从a极经导线到b极D.a极上发生了氧化反应答案B解析a是金属活动性依次中氢前面的金属(K、Ca、Na除外),b为碳棒,该装置构成原电池,a为负极、b为正极,碳棒上氢离子得电子生成氢气,溶液中氢离子浓度减小,故A项正确;通过以上分析知,a是负极、b是正极,故B项错误;该装置构成原电池,电子从负极a沿导线流向正极b,故C项正确;a电极上金属失电子发生氧化反应,故D项正确。3.某一般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,锌筒做负极,石墨做正极,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,所以做负极,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.(2024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,锌片渐渐溶解,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试验。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依次为Z>W>X>Y答案C解析装置甲中W不断溶解,说明W做原电池负极,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依次为Z>W>X>Y,D项正确。7.(2024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解析依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.(2024广东广州高校附属东江中学高一期末)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,调整杠杆并使两个金属球在水中保持平衡,然后当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推断正确的是(试验中,不考虑两球的浮力改变)()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+H2O②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。(1)依据两反应的本质推断能否设计成原电池:①,②。

(2)假如不能,说明其缘由:。

(3)假如可以,则写出作原电池的正极材料名称:,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,锌片的质量削减了32.5g,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)11.2L1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做负极,不如锌活泼的金属或能导电的非金属做正极,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=1mol,依据电子守恒可得生成氢气的体积=×22.4L·mol-1=11.2L;依据Zn-2e-Zn2+得转移电子的物质的量=×2=1mol。提升实力跨越等级1.化学能可与热能、电能等相互转化。下列表述不正确的是()A.化学反应中能量改变的主要缘由是化学键的断裂与形成B.能量改变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改变的主要缘由是化学键的断裂与形成,因为断裂旧键要汲取能量,形成新键要放出能量,A项正确;能量改变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。2.(双选)(2024湖南常德淮阳中学高一期中)镁—空气电池的工作原理如图所示,电池反应方程式为:2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2。有关该电池的说法正确的是()A.通入氧气的电极为正极B.电池工作时,溶液中的Na+由负极移向正极C.负极的电极反应为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2D.当电路中转移0.04mol电子时,参与反应的O2体积为224mL答案AC解析氧气在正极发生还原反应,所以通入氧气的电极为正极,故A正确;原电池中阴离子向负极移动,所以溶液中的OH-由正极移向负极,Na+不能通过阴离子交换膜,故B错误;负极镁失电子变成镁离子,正极移过来的氢氧根离子结合Mg2+生成氢氧化镁,所以电极反应为:Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,故C正确;未注明是否为标准状况,无法确定氧气的体积,故D错误。3.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。4.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-。以下推断错误的是()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。5.探讨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),运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,锂做负极,钢片做正极,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。6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行试验。装置现象金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生依据试验现象回答下列问题:(1)装置甲中做正极的是(填“A”或“B”)。

(2)装置乙溶液中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12.8g,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依次是。

答案(1)B(2)Cu2++2e-Cu0.4(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12.8g,即生成铜的物质的量为12.8g÷64g·mol-1=0.2mol,则转移电子的物质的量为0.2mol×2=0.4mol。(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依次是D>A>B>C。7.(2024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”),缘由是。

(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)ba(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+3H2O2∶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,所以不行用水代替电池中的混合有机溶剂。(4)依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,依据得失电子守恒可知,每转移2mol的电子,产生1molMnO2,同时生成2molKMnO4,所以生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2∶1。贴近生活拓展创新★(1)为了验证Fe2+与Cu2+氧化性的强弱,下列装置能达到试验目的的是,写出能达到目的的装置中正极的电极反应式为。若起先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试验测得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33.6L(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,与一般高能电池相比,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3mo