课时梯级训练(4) 化学能与电能的转化（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

课时梯级训练(4)　化学能与电能的转化 1．下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是(　　) A．碱性锌锰干电池 B．硅太阳能电池 C．铅蓄电池 D．银锌纽扣电池 B　解析：碱性锌锰干电池、铅蓄电池、银锌纽扣电池是将化学能转化为电能的装置；硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，B符合题意。 2．碱性锌锰干电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列关于该电池的说法正确的是(　　) A．Zn为负极，MnO2为正极 B．工作时电子由MnO2经由外电路流向Zn C．工作时OH－移向正极 D．电池放电过程中，溶液的酸碱性一定不变 A　解析：由碱性锌锰干电池的总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2可知，正极MnO2得电子被还原，负极金属锌失电子被氧化，A正确；工作时外电路电子由负极流向正极，即电子由Zn经由外电路流向MnO2，B错误；电池工作时阴离子OH－向负极锌电极移动，C错误；碱性锌锰干电池中的电解质为KOH，由碱性锌锰干电池的总反应Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2可知，电池放电过程中，KOH物质的量不变，但反应消耗水，溶液OH－浓度增大，则碱性增强，D错误。 3．如图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是(　　) 实验记录：①导线中电流方向：Zn→Cu ②Cu极变厚，发生还原反应③锌片变薄 实验结论：④Zn为正极，Cu为负极⑤正极反应：Cu－2e－===Cu2＋，发生氧化反应⑥Cu2＋向Cu极移动，SO向Zn极移动 A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑤ D．②③⑥ D　解析：电流的方向是从正极到负极，与电子的流向相反，①错误；Cu电极的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，发生还原反应，②正确；Zn失去电子变为Zn2＋，锌片变薄，③正确；Zn为负极，Cu为正极，④错误；正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，⑤错误；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，⑥正确。 4．实验室用锌片、铜片和AgNO3溶液组成了原电池，正极上发生的电极反应为(　　) A．2H＋＋2e－===H2↑ B．Zn －2e－===Zn2＋ C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Ag＋＋e－===Ag D　解析：该原电池的电池反应为Zn＋2Ag＋===Zn2＋＋2Ag，则正极反应是Ag＋＋e－===Ag，D正确。 5．把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为(　　) A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a B　解析：根据原电池原理，作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强，电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此可依次作出如下判断：活动性：①a＞b；②c＞d；③a＞c；④d＞b，综合得结论：金属活动性a＞c＞d＞b。 6．如图所示装置，电流计指针发生偏转，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 D　解析：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＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则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＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C选项中A极变细，D选项中A极变粗。 7．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是(　　) 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2 B Cu Zn H2SO4 C Cu Zn CuSO4 D Zn Fe CuCl2 C　解析：由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，C选项中正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，选C。 8．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。 装置 现象 二价金属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)装置甲中负极的电极反应是____________________________________。 (2)装置乙中正极的电极反应是____________________________________。 (3)装置丙中溶液的pH变化是________。 (4)四种金属活动性由强到弱的顺序是____________________________________。 答案：(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu　(3)变大　(4)D>A>B>C 解析：据装置甲中现象知活动性：A>B，A作负极，电极反应为A－2e－===A2＋；据装置乙中现象知活动性：B>C，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；据装置丙中现象知活动性：D>A，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。则金属活动性：D>A>B>C。 9．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，生成LiMnO2。下列说法错误的是(　　) A．电极a为电池的负极 B．外电路的电流方向是由电极b流向电极a C．电极b上的反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2 D．可用水代替电池中的混合有机溶剂 D　解析：电池工作时，锂失电子发生氧化反应，电极a为电池的负极，A正确；a是负极、b是正极，外电路的电流方向是由电极b流向电极a，B正确；电池工作时，b是正极，Li＋通过电解质迁入MnO2晶格中，电极b上的反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2，C正确；锂能与水反应，所以不能用水代替电池中的混合有机溶剂，D错误。 10．下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。 　　 下列说法正确的是(　　) A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极 B．氢氧燃料电池中，H2所在电极发生的反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O C．氢氧燃料电池中，通入O2的一极为负极 D．铅蓄电池放电后，PbO2极质量减小 A　解析：铅蓄电池在放电时，铅是负极，由铅变成硫酸铅，A正确；由图可知，该氢氧燃料电池中，电解质溶液呈酸性，所以H2所在电极发生的反应为H2－2e－===2H＋，B错误；氢氧燃料电池中，通入O2的一极为正极，C错误；铅蓄电池放电后，PbO2极变成PbSO4，质量增大，D错误。 11．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是(　　) A．该电池工作时电能转化为化学能 B．该电池中电极a是正极 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O D　解析：燃料电池是将化学能转化为电能，A错误；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B错误；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C错误；氢氧燃料电池酸性和碱性条件下生成物都是水，故该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O，D正确。 12．用CH4和O2组合形成的质子交换膜燃料电池的结构如图所示： (1)电极c的电极反应为____________________________。 (2)若线路中转移2 mol电子，则该燃料电池理论上消耗的O2在标准状况下的体积为 ________。 答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋　(2)11.2 L 解析：(1)电极c电子流出、电极d电子流入，则电极d是正极、电极c是负极，甲烷在负极发生氧化反应生成CO2，其电极反应为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋； (2)电极d是正极，正极反应为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，n(O2)＝n(e－)＝0.5 mol，则标准状况下的体积V＝nVm＝11.2 L。 13．电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。 (1)研究人员发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl ①该电池的负极反应为_______________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 ②在电池中，Na＋不断向“水”电池的________极移动(填“正”或“负”)。 ③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是________。 (2)中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。 ①该电池工作时，b口通入的物质为________； ②该电池负极的电极反应为___________________________________________________ ________________________________________________________________________； ③工作一段时间后，当9.2 g二甲醚完全反应生成CO2时，有________个电子转移。 答案：(1)①Ag－e－＋Cl－===AgCl　②正　③2 mol (2)①二甲醚(CH3OCH3)　②CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋　③2.4NA 解析：(1)①由总反应化学方程式分析可知：Ag在反应中失电子作原电池的负极，电极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl。 ②在原电池中，阳离子向负电荷较多的正极移动，故Na＋移向电池的正极。 ③根据①可知负极电极反应为Ag－e－＋Cl－===AgCl，故反应中转移4 mol电子，消耗4 mol Ag，由总反应的化学方程式可知：每生成1 mol的Na2Mn5O10，反应转移2 mol电子，则现在反应转移4 mol电子，因此生成Na2Mn5O10的物质的量为2 mol。 (2)①在原电池反应中阳离子向负电荷较多的正极移动。根据图示可知H＋移向右侧电极，说明右侧电极为正极，左侧电极为负极。故该电池工作时，b口通入的物质是燃料二甲醚。 ②在负极上燃料失去电子发生氧化反应产生CO2、H＋，故负极的电极反应为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋。 ③9.2 g二甲醚的物质的量n(二甲醚)＝＝0.2 mol，根据负极反应可知，当1 mol二甲醚发生反应，转移12 mol电子，则当有9.2 g(即有0.2 mol)二甲醚发生反应时转移电子的物质的量为n(e－)＝2.4 mol，则反应过程中转移的电子数目为N(e－)＝2.4NA。 14.如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。 (1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)________(填标号)。 A．铁圈和银圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变 C．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜 (2)产生上述现象的原因是____________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (3)写出反应的化学方程式：______________________________________________。 答案：(1)D　(2)加入CuSO4溶液后，构成Fe­Ag原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2＋在银圈上得电子，生成Cu沉积在其上，质量增加　(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 解析：加入CuSO4溶液后，构成Fe­Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增加。 15．实验是研究化学的基础，试回答以下问题： (1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察锌片上有气泡，再平行插入一块铜片(见图A)，可观察到铜片________(填“有”或“没有”)气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来(见图B)，组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应为______________。 (2)如果烧杯中最初装入的是500 mL 2 mol·L－1的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池(见图C，假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下收集到11.2 L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液体积变化忽略不计)c(H2SO4)＝______mol·L－1，c(ZnSO4)＝______mol·L－1。 答案：(1)没有　锌　2H＋＋2e－===H2↑ (2)1　1 解析：(1)铜的金属活动性排在氢的后面，与稀硫酸不反应。用锌铜构成原电池，锌作负极，铜作正极，溶液中的H＋放电生成氢气。(2)发生总反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，已知生成氢气0.5 mol，消耗H2SO4 0.5 mol，生成ZnSO4 0.5 mol，c(H2SO4)＝＝1 mol·L－1，c(ZnSO4)＝1 mol·L－1。 16．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板和外伤止血剂等。 (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：______________________________ __________________________________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应。 ________________________________________________________________________ (3)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从提供的药品：浓硫酸、NaOH溶液、CuO、Cu中选择两种(蒸馏水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。 有关反应的化学方程式：____________________________________________________ ________________________________________________________________________； 劣质不锈钢腐蚀的实验现象：_____________________________________________。 答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2) 正极反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋(或2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋) 负极反应：Cu－2e－===Cu2＋ (3)CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，CuSO4＋Fe===FeSO4＋Cu　不锈钢表面有红色物质生成 解析：(1)由于Fe3＋具有较强的氧化性，能将铜氧化而溶解，所以将印刷电路铜板插入FeCl3溶液中时会发生反应生成FeCl2和CuCl2，其反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；(2)如果要将它设计成原电池，则应选用铜作原电池的负极，这样使铜与FeCl3溶液反应，再选一个比铜不活泼的金属或其他导电物质作正极，如选择银或石墨等作为正极材料；(3)由于劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显，所以应找一种盐溶液来与不锈钢反应，在所提供的四种物质中能形成盐的有三种：浓硫酸和NaOH、浓硫酸和氧化铜、浓硫酸与铜。但第一种形成的Na2SO4不与铁反应，第二种浓硫酸(或加水形成稀硫酸)和氧化铜反应后得到硫酸铜溶液，再与铁反应生成铜和硫酸亚铁溶液，第三种浓硫酸与铜反应也能得到硫酸铜，但同时会得到有毒气体二氧化硫，所以第二种方法最佳，最佳的方法是选择浓硫酸和氧化铜反应配制盐溶液。 学科网（北京）股份有限公司 $$