1、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.(2020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是金属活动性顺序中氢前面的金属(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.导线中有电子流动,电子从a极经导
2、线到b极D.a极上发生了氧化反应答案B解析a是金属活动性顺序中氢前面的金属(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,锌筒做负极,石墨做正极,选项A错误;锌锰干电池中,正极
3、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
4、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
5、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ZWXY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WX,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XY,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ZW,C项错误;四种金属的活动性强弱顺序为ZWXY,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
6、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.(2019广东广州大学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
7、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:KOH+HNO3KNO3+H2OH2SO4+ZnZnSO4+H2。(1)根据两反应的本质判断能否设计成原电池:,。(2)如果不能,
8、说明其原因:。(3)如果可以,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)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 L1解析(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;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)反应是非
9、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,根据电子守恒可得生成氢气的体积=22.4Lmol-1=11.2L;根据Zn-2e-Zn2+得转移电子的物质的量=2=1mol。提升能力跨越等级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.图所
10、示的装置能将化学能转变为电能D.图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)(2020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.
11、负极的电极反应为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2D.当电路中转移0.04 mol电子时,参加反应的O2体积为224 mL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
12、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
13、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
14、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.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
15、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12.8 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-Cu0.4(3)还原反应(4)DABC解析(1)甲装置中,金属A不断溶解,说明A是负极,B是正极
16、。(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12.8g64gmol-1=0.2mol,则转移电子的物质的量为0.2mol2=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顺序是DABC。7.(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,
17、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)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+3H2O21解析(1)
18、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21。贴近生活拓展创新(1
19、)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,写出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)。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。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3
20、Zn+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)Cu2+2e-Cu3.0 g(2)BCH4-8e-+10OH-C+7H2O9.6 mol(3)Zn-2e-+2OH-Zn(OH)21增强解析(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;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;中铁是负极,碳是正极,铜离子在正极得到电子生成铜,能
21、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0.05mol电子时,消耗铁0.025mol56gmol-1=1.4g,析出铜是0.025mol64gmol-1=1.6g,则两个电极的质量差为1.4g+1.6g=3.0g。(2)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。甲烷的体积为33.6L(标准状况下),其物质的量是1.5mol,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1.5mol80%8=9.6mol。(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3mol电子,有1molK2FeO4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。
