2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）课时过程性评价 十 原电池原理的应用 化学电源

十原电池原理的应用化学电源(30分钟45分)题组过关·夯基础题组一:原电池原理的应用1.(2分)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量CuSO4溶液,下图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,其中正确的是()【解析】选A。a中加入少量CuSO4溶液,被置换出的铜覆盖在Zn的表面,形成原电池,产生H2的速率加快,反应所需时间缩短,但置换铜时消耗了一部分锌,故与稀硫酸反应的锌的质量减少,完全反应后生成的H2的体积比b少。2.(2分)X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中,用导线连接,可以组成原电池,实验结果如图所示:则四种金属的活动性的强弱顺序为 ()A.Z>Y>W>X B.Z>X>Y>WC.Z>Y>X>W D.Y>Z>X>W【解析】选C。甲中Z作负极,Z>Y;乙中Y作负极,Y>X;丙中Z作负极,Z>W;丁中X作负极,X>W;故四种金属的活动性的强弱顺序为Z>Y>X>W。题组二:新型一次电源、二次电源3.(2分)“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池总反应为2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是 ()A.电池工作时,负极发生还原反应B.食盐水作为电解质溶液C.电池工作时镁片逐渐被消耗D.电池工作时实现了化学能向电能的转化【解析】选A。由电池反应2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2可知,Mg作负极,发生氧化反应,逐渐被消耗,活性炭作正极,电解质溶液是食盐水,A错误,B、C正确;电池工作时将化学能转化为电能,D正确。4.(4分)(双选)高铁电池是一种新型可充电电池,与普通高能电池相比,该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+4KOH+2Fe(OH)3,下列叙述不正确的是 ()A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2B.放电时每转移3mol电子,正极1molK2FeO4被氧化C.该电池为二次电池D.放电时正极附近溶液的碱性减弱【解析】选B、D。A.该电池放电时,金属锌与高铁酸钾反应生成氢氧化铁、氢氧化锌和氢氧化钾,在该反应中,锌失电子化合价升高,锌作原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,A正确;B.放电时,Fe元素由+6价下降到+3价,每转移3mol电子,正极有1molK2FeO4被还原,B错误;C.该电池可以充电,为二次电池,C正确;D.放电时高铁酸钾中的铁元素由+6价降低到氢氧化铁中的+3价,得电子,其电极反应式为FeO42-+3e-+4H2O===5OH-+Fe(OH)3,正极附近产生氢氧根离子,该处溶液的碱性增强5.(4分)近年来电池研究领域涌现出纸电池,它像纸一样轻薄柔软,其结构如图所示。某同学据此利用质量相同的铜片和镁片及电解质溶液(CuSO4溶液)和隔离膜制作简易电池。下列关于其放电过程说法正确的是 ()A.铜片为负极B.电子由镁片经隔离膜流向铜片C.Cu2+向铜片电极移动D.将铜片换为铝片,电解质溶液换为NaOH溶液,负极为镁片【解析】选C。镁片、铜片、CuSO4溶液构成原电池,镁片为负极,发生氧化反应,A错误;电子不能进入电解质溶液,B错误;原电池中阳离子向正极移动,铜片为正极,C正确;将铜片换为铝片,电解质溶液换为NaOH溶液,负极为铝片,D错误。题组三:新型燃料电池6.(2分)(2024·潍坊高一检测)2024年4月26日,我国神舟十八号航天员顺利到达空间站。空间站中处理航天员排泄物的一种方法是用微生物处理产生氨气,氨气与氧气分别通入燃料电池两极,最终生成常见的无毒物质。示意图如图所示。下列说法正确的是 ()A.a电极是负极,发生还原反应B.正极发生的反应是O2+4e-+2H2O===4OH-C.电池工作时电子由a电极经电解质溶液流向b电极D.总反应的化学方程式为4NH3+3O2===2N2+6H2O【解析】选D。该燃料电池工作原理为NH3与O2反应,故a电极是负极,发生氧化反应,A错误;通入氧气的电极为正极,正极发生的反应是O2+4e-+4H+===2H2O,B错误;电池工作时电子由a经负载流向b电极,C错误;该燃料电池最终产物为氮气和水,总反应的化学方程式为4NH3+3O2===2N2+6H2O,D正确。7.(2分)氢氧燃料电池是一种常见化学电源,其工作示意图如图所示。下列说法正确的是 ()A.H+由正极移向负极B.H2SO4溶液的作用是传导电子C.b电极上发生还原反应D.电子由b电极通过灯泡向a电极移动【解析】选C。由图可知,氧气发生还原反应,b为正极,则a为负极,原电池中H+由负极流向正极,A错误;H2SO4溶液为内电路,作用是传导离子,B错误;b电极上氧气得到电子发生还原反应,C正确;电子从负极a电极通过灯泡向正极b电极移动,D错误。综合应用·拓思维8.(2分)两种金属A、B与稀硫酸组成原电池时,A是正极。下列有关推断正确的是 ()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应是还原反应D.A在金属活动性顺序中一定排在氢前面【解析】选C。由A、B两种金属和稀硫酸组成的原电池,A是正极,说明A的金属性比B弱,A错误;外电路电子由负极流向正极,即由B电极经外电路流向A电极,B错误;原电池正极发生还原反应,即A电极上发生还原反应,C正确;A为正极,金属性较弱,可能排在氢的后面,D错误。9.(2分)锌-空气电池具有环境友好、能量密度高、成本低等优点,常用作电动汽车的新型电源,该电池的结构如图所示,工作原理为2Zn+O2+2H2O===2Zn(OH)2。下列说法不正确的是 ()A.该电池可将化学能转化为电能B.电池工作时,空气在石墨电极上发生还原反应C.外电路中电子流向:石墨电极→灯泡→Zn电极D.负极发生的电极反应:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2【解析】选C。该装置为原电池,原电池是将化学能转化为电能的装置,A正确;空气中的氧气在石墨电极上得到电子发生还原反应,B正确;负极锌失去电子,石墨电极得到电子,即外电路电子流向为Zn电极→灯泡→石墨电极,C错误;结合总反应知,负极电极反应为Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,D正确。10.(4分)(2024·济南高一检测)如图所示,杠杆A、B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(实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化) ()A.当杠杆为绝缘体时,A端高B端低;当杠杆为导体时,A端低B端高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;当杠杆为导体时,A端高B端低D.杠杆为导体和绝缘体时,均为A端高B端低【解析】选A。杠杆为导体时,向烧杯中央滴入CuSO4溶液,构成Fe、Cu原电池,Fe为负极,发生Fe-2e-===Fe2+,Cu为正极,发生Cu2++2e-===Cu,则A端低,B端高;杠杆为绝缘体时,只发生Fe与硫酸铜溶液的反应,在Fe的表面附着Cu,质量变大,则A端高,B端低。A正确。11.(15分)(2024·菏泽高一检测)能源、资源问题是当前人类社会面临的一项重大课题。直接利用物质燃烧提供热能在当今社会仍然占很大比重,但存在利用率低的问题,燃料电池的能量转化效率比直接燃烧效率高,H2、CH4、CH3OH都是重要的能源物质。(1)氢氧燃料电池是常见的燃料电池,如图1为氢氧燃料电池的工作原理示意图,a、b均为惰性电极。①使用时,空气从______________(填“A”或“B”)口通入;负极是______________(填“a”或“b”)。电流由__________流向____________(填“a”或“b”)。在碱性条件下,负极反应式为________________________________。(6分)

②假设使用的“燃料”是甲烷(酸性条件下),a极的电极反应式为____________________________________。(2分)

(2)某同学设计如图2的原电池,正极实验现象为________________________,

则负极的电极反应式为__________________________________,当导线中有3.01×1023个电子流过,溶液质量变化为______________g。(7分)

【解析】(1)①根据图示可知,在氢氧燃料电池中,电子是由电极a通过电流表流向电极b,则a电极为负极,A口通入H2;b电极为正极,B口通入空气。因此使用时空气从B口通入;电流方向规定是正电荷的移动方向,则电流由正极b经电流表流向负极a;在碱性条件下,H2失去电子产生的H+与溶液中的OH-结合形成H2O,则在碱性条件下,负极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O。②假设使用的“燃料”是甲烷(酸性条件下),负极a上CH4失去电子变为CO2,则负极a的电极反应式为CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。(2)在该原电池中,Fe为负极,Fe失去电子变为Fe2+进入溶液,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+;在正极石墨上Cu2+得到电子被还原为单质Cu,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,故正极实验现象是有红色固体析出附在石墨上;总反应电极方程式为Fe+Cu2+===Fe2++Cu,根据总反应电极方程式可知,每反应转移2mol电子,溶解56gFe变为Fe2+进入溶液,同时会有1molCu2+得到电子析出64gCu,使溶液的质量减轻64g,则溶液质量减轻Δm=64g-56g=8g。当导线中有3.01×1023个电子流过,n(e-)=3.01×10236.02×1023mol-1=0.5mol答案:(1)①BabaH2-2e-+2OH-===2H2O②CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+(2)有红色固体析出附在石墨上Fe-2e-===Fe2+2迁移创新·提素能12.(4分)用如图所示装置探究原电池中的能量转化。图中注射器用来收集气体并读取气体体积,记录实验数据如表。下列说法不正确的是 ()时间/min①②气体体积/mL溶液温度/℃气体体积/mL溶液温度/℃0022.0022.08.53024.85023.810.55026.0——A.时间相同时,对比两装置的溶液温度,说明反应释放的总能量:①>②B.0~8.5min内,生成气体的平均速率:①<②C.两个装置中反应均为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑D.生成气体体积相同时,对比两装置的溶液温度,说明②中反应的化学能部分转化为电能【解析】选A。依据能量守恒定律可知,释放的总能量与生成的气体的量成正比