1、化学反应与电能(40分钟70分)一、选择题(本题包括7小题,每小题7分,共49分)1.(2019衡阳高一检测)习主席表示,垃圾分类工作就是新时尚。分类的目的是回收利用废电池,如果处理不当不仅造成浪费,还会对环境造成严重污染,对人体健康也存在极大的危害。有同学想将其变废为宝,以下他的想法你认为不符合垃圾回收原则的是()A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气B.碳棒取出洗净用作电极C.把铜帽取下洗净回收利用D.电池内部填有NH4Cl等化学物质,将废电池中的黑色糊状物作化肥用【解析】选D。虽然氯化铵是一种化学肥料,但电池内部还有其他有害物质,如果用作化肥,会污染土壤,进入生物链后,影响人体健康。2.原
2、电池的构成需要一定的条件。下列装置可以构成原电池的是()【解析】选C。A项,两电极应是不同的金属;B项,蔗糖溶液为非电解质溶液,不导电;D项,电路不闭合。3.(2019宜昌高一检测)下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()A.2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2B.2H2+O22H2OC.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3D.CH4+2O2CO2+2H2O【解析】选C。只有属于氧化还原反应,才能用于设计原电池;A、B、D属于氧化还原反应,均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应,不能设计成原电池。4.(2019潍坊高一检测)日常所用干电池的电
3、极分别为碳棒和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2氧化吸收H2),电极反应可简化为Zn-2e-Zn2+;2N+2e-2NH3+H2(NH3再用于结合Zn2+)。根据叙述判断下列说法中正确的是()锌为正极,石墨为负极锌为负极,石墨为正极工作时,电子由石墨极经过外电路流向锌极长时间连续使用时,内装糊状物可能流出而腐蚀用电器A.B.C.D.【解析】选D。由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件,相对活泼(指金属性)的一极为负极,相对不活泼的一极为正极可判断出错误,正确;在外电路,电子从负极流向正极,应从锌极流向石墨,错误;长时间连续使用该电池,由
4、于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2而产生H2O,糊状物也越来越稀,故其容易流出而腐蚀用电器,正确。5.按如图装置实验,若x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴应表示()n(Ag+)n(N)a棒的质量b棒的质量溶液的质量A.B.C.D.【解析】选D。银离子在银极上得电子,因此n(Ag+)减小,硝酸根离子不参与反应,因此n(N)不变;a棒铁失电子,质量减小;b棒银离子得电子生成银单质,质量增大;溶液中每减少1 mol Ag+,多0.5 mol Fe2+,质量减小。综上所述,只有n(N)不变,故D正确。【补偿训练】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
5、杠杆并使其在水中保持平衡,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,均为A端低B端高C.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D.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【解析】选D。若杠杆是导体,则滴入硫酸铜溶液后,装置构成原电池,铁是负极,失去电子,被氧化,铜是正极,溶液中的铜离子得到电子,析出铜,附着在铜电极表面,所以A端低,B端高;若杠杆是绝缘体,不能构成原电池,此时铁直接和硫酸铜发生置换反应,生成的铜附着
6、在铁表面,质量增加,因此A端高,B端低,故D正确。6.已知空气-锌电池的电极反应为锌片:Zn+2OH-2e-ZnO+H2O石墨:O2+H2O+2e-2OH-下列说法不正确的是()A.锌片作电池的负极B.氧气在正极发生还原反应C.每转移1 mol电子消耗标准状况下氧气的体积为5.6 LD.放电时,负极产生的OH-不断向正极移动【解析】选D。从空气-锌电池的电极反应可知,锌片是负极,发生氧化反应;石墨是正极,氧气在正极发生还原反应;每转移2 mol电子,消耗0.5 mol O2,每转移1 mol电子消耗0.25 mol O2,转化成标准状况下的体积为5.6 L;放电时,在石墨电极(正极)产生OH-
7、,OH-流向锌片(负极),在负极和锌发生反应,综合分析,D项符合题意。7.(2019武汉高一检测)有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:实验装置部分实验现象a极质量减小,b极质量增大b极有气体产生,c极无变化d极溶解,c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ()A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc【解析】选C。装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面;装置三形成原电池,易知d比c活泼;装置四中,电流从a极流向d极,
8、则电子是从d极流向a极,知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc。二、非选择题(本题包括2小题,共21分)8.(10分)电池的应用在当今社会已非常普及,为环保、节能,实现零排放,大功率电瓶公交车已经成了各个城市的主要交通工具,原电池的应用已深入社会方方面面。某同学为了探究原电池产生电流的过程,设计了如图实验。(1)打开K,观察到的现象为_。(2)关闭K,观察到的现象是_。此电池的负极的电极反应式为_。(3)关闭K,溶液中阳离子向_(填“Zn”或“C”)极移动,外电路中,电子流动方向是_。【解析】(1)打开K,锌与硫酸铜溶液接触,置换出铜,所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K,
9、形成原电池,锌作负极,碳作正极,溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜,看到碳棒上附着有红色固体;负极反应为Zn-2e-Zn2+。(3)关闭K,溶液中的阳离子向正极移动,即向碳棒移动,电子从锌出来经过导线流向碳棒。答案:(1)锌棒上附着有红色固体(2)碳棒上附着有红色固体Zn-2e-Zn2+(3)CZnC(或负极正极)9.(11分)(2020六盘水高一检测)能源危机是当前全球性的问题,“开源节流”是应对能源危机的重要举措。请回答下列问题:(1)下列做法不利于能源“开源节流”的是_(填字母序号)。a.大力发展农村沼气,将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源b.大力开采煤、石油和天然气,以满足人们日益增长
10、的能源需求c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源,减少煤、石油等化石燃料的使用d.减少资源消耗,增加资源的重复使用,注重资源的循环再生(2)氢气是一种新型的绿色能源,又是一种重要的化工原料。氢氧燃料电池能量转化率高,具有广阔的发展前景。现用氢氧燃料电池进行如图所示的实验(图中所用电极均为惰性电极):对于氢氧燃料电池,下列叙述不正确的是_。A.a电极是负极,OH-移向负极B.b电极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-C.电池总反应式为2H2+O22H2OD.电解质溶液的pH保持不变E.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置(3)已知1 mol甲醇燃烧放热
11、726.5 kJ,在直接以甲醇为燃料的电池中,消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ,则该燃料电池的理论效率为_(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。【解析】(1)通过分析只有b项不利于能源“开源节流”。(2)C项反应条件不是点燃,C项错;随着燃料电池的不断反应,水越来越多,KOH溶液浓度逐渐减小,pH逐渐降低,故D项错。(3)该燃料电池的理论效率=100%96.6%。答案:(1)b(2)CD(3)96.6%(20分钟30分)1.(6分)(2020济南高一检测)2019年诺贝尔化学奖由M.Stanley Whittingham、Jo
12、hn B.Goodenough和吉野彰三位科学家获得,以表彰他们在锂电池发展上做出的杰出贡献。以石墨烯和金属锂为电极的锂空气电池原理如图所示。下面关于该电池的说法错误的是()A.锂电极的电极反应式:Li-e-Li+B.空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应C.电池工作时电流从锂电极沿导线流向石墨烯电极D.电池工作时锂离子向石墨烯电极方向移动【解析】选C。在锂-空气电池中,锂失电子作负极,负极是有机电解液,锂不与该电解液直接反应,负极反应式为Li-e-Li+,故A正确;以空气中的氧气作为正极反应物,则空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应,故B正确;电池工作时电流从正极石墨烯电极沿导线流向负极锂
13、电极,故C错误;电池工作时锂离子向正极石墨烯电极方向移动,故D正确。【补偿训练】在如图所示的装置中,a的金属活泼性比氢要强,b为碳棒,关于此装置的下列叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出,溶液pH变大B.a是正极,b是负极C.导线中有电子流动,电子从a极到b极D.a极上发生了氧化反应【解析】选B。电极a、b与电解质溶液稀硫酸组成原电池。因活泼性ab(碳棒),所以a为电池的负极,b为正极。电极反应式:a(负)极:a-ne-an+(氧化反应),b(正)极:nH+ne-H2(还原反应)。由于正极放电消耗H+,溶液中c(H+)减小,pH增大,在外电路中,电子由a极流出经电流表流向b极。【方法规律】书
14、写原电池电极反应式时注意的问题:(1)正确判断原电池的负极和正极,确定两极上分别发生的具体反应。(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应,若能反应,则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。(3)在正极上,若是电解质溶液中的某种离子被还原,提供该离子的电解质无论电离难易如何,一律写离子符号(而在原电池反应中,要遵循离子方程式的书写规则,只有易溶的强电解质用离子符号表示)。2.(12分)(2020北京朝阳区高一检测)汽车尾气中含有CO、NO等有害气体。(1)汽车尾气中NO生成过程的能量变化如图:若1 mol N2和1 mol O2完全反应生成NO,通过计算说明能量变化情况: _。(2)
15、通过NO传感器可监测汽车尾气中NO的含量,其工作原理如图所示:NiO电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)。在导线中电子流动方向是_(填“从上下”或“从下上”)。Pt电极上的电极反应式为_-。【解析】(1)N2(g)+O2(g)2NO(g),反应热=反应物断键吸收的能量-生成物成键释放出的能量,该反应的反应热=(946+498) kJmol-1-2632 kJmol-1=+180 kJmol-1,所以这是一个吸热反应,1 mol N2和1 mol O2完全反应生成2 mol NO会吸收180 kJ的能量;(2) 根据图知这是一个原电池装置,由O2-移动的方向判断出NiO电极是负极,负极上
16、NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮,发生氧化反应,Pt电极是正极,氧气得到电子,发生还原反应。NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮,发生氧化反应;在外电路中,电子从负极(NiO)流出,经外电路到正极(Pt),即导线中电子流动方向是从上下;Pt电极上是氧气得到电子被还原成氧离子,电极反应式为O2+4e-2O2-。答案:(1)反应生成2 mol NO一共需要吸收:946+498-6322=180(kJ)能量(2) 氧化从上下O2+4e-2O2-【补偿训练】观察图A、B、C,回答下列问题:(1)把一块干净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里,可观察到锌片上有气泡产生,再平行插入一块铜片,可观察到铜
17、片上_(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A),组成一个原电池,正极的电极反应式为_。(2)如果烧杯中最初装入的是500 mL 2 molL-1的稀硫酸溶液,构成铜锌原电池(见图B,假设产生的气体没有损失,锌失去的电子完全沿导线流入铜电极),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)_。(3)如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接,插入氯化钠溶液中(见图C),放置数天后,铁棒上出现的现象是_。(4)生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池,废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程,其最主要的原因
18、是_。A.回收利用电池外壳的金属B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源造成污染C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品D.回收其中的石墨电极【解析】(1)干净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里,可观察到锌片上有气泡产生,是由于锌和酸反应,产生了氢气。若再平行插入一块铜片,由于铜不和硫酸反应,所以铜片没有产生气泡;若将两者用导线连接起来,如图A所示,组成原电池,铜为正极,发生反应:2H+2e-H2。(2)在该装置中,发生反应:Zn+H2SO4ZnSO4+H2,生成11.2 L氢气,消耗0.5 mol H2SO4,生成0.5 mol ZnSO4,溶液的体积为500 mL,所以c(H2SO4)=1
19、 molL-1,c(ZnSO4)=1 molL-1。(3)在装置C中,正极为石墨,负极为铁,铁生锈。(4)废旧电池的回收,主要原因是防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源造成污染。答案:(1)没有2H+2e-H2(2)c(H2SO4)=1 molL-1,c(ZnSO4)=1 molL-1(3)生锈(4)B3.(12分)(2020兰州高一检测)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用,有一种银锌电池,其电极分别是Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,电极反应为Zn+2OH-2e-ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,总反应为Ag2O+ZnZnO+2Ag。根据反应式回答问题:
20、(1)Zn是_极,Ag2O发生_反应。(2)电子由_极流向_极(填“Zn”或“Ag2O”),当通过电路1 mol电子时,负极消耗物质的质量是_g。(3)在使用过程中,电解质溶液中KOH的物质的量_(填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】(1)根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解,Ag2O得电子被还原发生还原反应。(2)发生原电池反应时,电子由负极经外电路到正极,即电子从Zn极经外电路到Ag2O极,当通过电路1 mol电子时,负极消耗Zn的质量是32.5 g。(3)电池中KOH只起到增强导电的作用,不参与反应,故电池使用过程中KOH的量不变。答案:(1)负还原(2)ZnAg2O32.5(3)不变