1、化学能转化为电能(40分钟70分)一、选择题(本题10小题,每小题4分,共40分)1.(2020邢台高一检测)一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是()A.氢能属于清洁能源B.图中能量转化的方式有太阳能、风能、水能转化为电能C.太阳能电池的供电原理与原电池相同D.化学反应中的能量变化主要是由化学键的变化引起的【解析】选C。氢能属于清洁能源,A正确;图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能,电能转化为热能、光能,化学能与电能相互转化等,B正确;太阳能电池的供电原理是将太阳能转化为电能,而原电池的供电原理是将化学能转化为电能,所以二者供电原理不相同,C错误;化学反应中的能
2、量变化主要是由化学键的变化引起的,D正确。2.下列设备工作时能将化学能转化为电能的是()A.手机电池B.硅太阳能电池C.水力发电D.电烤箱【解析】选A。手机电池工作时可以将化学能转化为电能,A正确;硅太阳能电池工作时可以将太阳能转化为电能,B错误;水力发电是将水的机械能转化为电能,C错误;电烤箱工作时可以将电能转化为热能等,D错误。3.理论上不能设计为原电池的化学反应是()A.2H2+O22H2OB.HNO3+NaOHNaNO3+H2OC.CH4+2O2CO2+2H2OD.2FeCl3+Fe3FeCl2【解析】选B。原电池反应均是氧化还原反应,A、C、D均属氧化还原反应,可以设计成原电池,而B
3、是非氧化还原反应,不能设计成原电池。4.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。5.一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AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2【解析】选C。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,正极反应为Cu2+2e-Cu,B选项中是2H+2e-H2,C正确。6.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发
4、生氧化反应B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡【解析】选C。Cu作正极发生还原反应,A错误;负极发生Zn-2e-Zn2+,正极反应为Cu2+2e-Cu,而该交换膜是阳离子交换膜,因此Zn2+由甲池交换到乙池,故甲池中硫酸根离子浓度几乎不变,B、D错误,C正确。【加固训练】(2018江苏学考)某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是()A.锌片作正极B.铜片上有气泡产生C.将电能转化为化学能D.电子由铜片经导线流向锌片【解析】选B。电池工作时,Zn失去电子
5、,作负极,故A错误;Cu为正极,氢离子在正极上得到电子生成氢气,有气泡产生,故B正确;原电池中化学能转化为电能,故C错误;Zn为负极,电子由锌片经导线流向铜片,故D错误。7.将两极质量相同的铜棒和锌棒,用导线相连接后插入CuSO4溶液中,经过一段时间后,取出洗净后干燥并称重,两棒质量相差6.45 g,导线中通过的电子的物质的量为()A.0.1 molB.0.2 molC.0.3 molD.0.4 mol【解析】选A。负极:Zn-2e-Zn2+,Zn失去2 mol电子减重65 g;正极:Cu2+2e-Cu,Cu2+得到2 mol电子增重64 g。两极质量相差:65 g+64 g=129 g,现在
6、两棒质量相差6.45 g,转移0.1 mol电子。8.(2020青岛高一检测)如图所示是一位同学在测试桔子电池,下列有关说法错误的是()A.若金属片A是正极,则该金属片上会产生H2B.水果电池的化学能转化为电能C.当A、B分别为Zn、Fe金属片时,Zn作正极D.金属片A、B可以一个是铜片,另一个是铁片【解析】选C。桔子汁呈酸性,若A是正极,则该金属片上会产生H2,A正确;电池是化学能转化为电能的装置,B正确;当A、B分别为Zn、Fe金属片时,Zn比Fe活泼,Zn作负极,C错误;A、B可以是活动性不同的两种金属,D正确。9.如图所示,两电极一极为石墨棒,另一极为铁片,若电流表的指针发生偏转,且a
7、极上有大量气泡生成,则以下叙述正确的是()A.a为负极,是铁片,烧杯中的溶液为稀硫酸B.b为负极,是铁片,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C.a为正极,是石墨棒,烧杯中的溶液为稀硫酸D.b为正极,是石墨棒,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液【解析】选C。根据“电流表的指针发生偏转”,可确定该装置构成了原电池。又因“a极上有大量气泡生成”,可知a为正极(石墨棒),则b为负极(铁片),即可确定烧杯中的溶液是稀硫酸。【加固训练】某小组为研究电化学原理,设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2+2e-CuC.无论a和b是否连接,铁
8、片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b用导线连接后,电流由铁电极经导线流向铜电极【解析】选D。a和b不连接时,Fe和Cu2+直接发生氧化还原反应,铁片上会有金属铜析出,A项正确;若a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁为负极,铜为正极,电极反应式分别为Fe-2e-Fe2+、Cu2+2e-Cu,B项正确;分析选项A、B可知,C项正确;在原电池中,电流应由正极流出,经导线流向负极,故D项错误。10.如图所示装置,电流表指针发生偏转,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F
9、e,B是Ag,C为稀AgNO3溶液D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液【解析】选D。A极逐渐变粗,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,为原电池的负极,失去电子后变成离子进入溶液中。A和B中的反应为Zn+H2SO4ZnSO4+H2,则A中A极变细,B中A极不变。C和D两项中的反应为Fe+2AgNO32Ag+Fe(NO3)2,其中C中A极变细,D中A极变粗。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)11.(14分)现有如下两个反应:A.NaOH+HClNaCl+H2OB.Cu+2Fe3+2Fe2+Cu2+(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池 。(2)
10、如果不能,说明其原因。(3)如果可以,则写出正负极材料、电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”):负极:, ,。正极:, ,。【解析】(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,B是氧化还原反应且能自发进行。(2)酸碱中和反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池。(3)根据电池反应式:Cu+2Fe3+2Fe2+Cu2+可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料用石墨;电解质溶液可以为FeCl3溶液。答案:(1)A不能,B可以(2)A不是氧化还原反应,没有电子转移(3)CuCu-2e-Cu2+氧化反应碳棒2Fe3+2e-2Fe2+还原反应12.(16分)由锌片、铜片和200 mL
11、稀H2SO4组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应是 ,正极反应是 。(2)电流的方向是 。(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗g 锌,有个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是(设溶液体积不变)。【解析】(1)原电池的负极反应是Zn-2e-Zn2+,正极反应是2H+2e-H2。(2)电流的方向是由Cu极经导线流向Zn极。(3)产生1.68 L(标准状况)气体时即0.075 mol H2,通过0.075 mol2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn
12、)=0.075 mol65 gmoL-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol6.021023 moL-1=9.031022,c(H2SO4)=0.75 molL-1。答案:(1)Zn-2e-Zn2+2H+2e-H2(2)由Cu极经导线流向Zn极(3)4.8759.0310220.75 molL-1(20分钟30分)一、选择题(本题3小题,每小题5分,共15分)13.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浓CuSO4溶液,若实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正
13、确的是()A.杠杆为导体和绝缘体时,均为A端高B端低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;为导体时,A端高B端低D.当杠杆为绝缘体时,A端高B端低;为导体时,A端低B端高【解析】选D。当杠杆为绝缘体时,Fe把Cu2+置换成Cu附着在Fe球上,质量增重,下沉,B端低;当杠杆为导体时,构成原电池,Cu球上有Cu析出增重,Fe球溶解,减轻,B端升高。14.以锌片和铜片为两极,以稀硫酸为电解质溶液组成原电池,当导线中通过2 mol电子时,下列说法正确的是()A.锌片溶解了1 mol,铜片上析出1 mol H2B.两极上溶解和析出的物质的质量相等C.锌片溶解了31
14、 g,铜片上析出了1 g H2D.锌片溶解了1 mol,硫酸消耗了0.5 mol【解析】选A。电极反应式为负极:Zn-2e-Zn2+;正极:2H+2e-H2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子,铜片上析出1 mol氢气得到2 mol电子,得失电子守恒,A正确;锌溶解65 g时,正极析出2 g H2,B、C错误;锌片溶解了1 mol,硫酸消耗了1 mol,D错误。15.(2020合肥高一检测)为将反应2Al+6H+2Al3+3H2的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)()【解析】选B。A项为原电池,铝为负极,但总反应为2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2;C项
15、为原电池,但硝酸是氧化性酸,则总反应为Al+4H+NAl3+NO+2H2O;D项装置中有外接电源,不属于原电池。二、非选择题(本题包括1小题,共15分)16.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,两人均用镁片和铝片作电极,但甲同学将电极放入6 molL-1的H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6 molL-1的NaOH溶液中,如图所示。(1)写出甲中正极的电极反应式 。(2)乙中负极的电极反应式为 ,总反应的离子方程式: 。(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属,则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”,则甲会判断出金属活动性更强,而乙会判断出金属活动性更
16、强(填写元素符号)。(4)由此实验得出的下列结论中,正确的有。A.利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B.镁的金属性不一定比铝的金属性强C.该实验说明金属活动性顺序表已过时,没有实用价值了D.该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大,因此应具体问题具体分析【解析】甲同学依据的化学反应原理:Mg+H2SO4MgSO4+H2,乙同学依据的化学反应原理:2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2,其负极反应式为Al-3e-+4OH-Al+2H2O。但是由于Al与碱的反应是一特例,不可作为判断金属性强弱的依据,所以判断一个原电池的正负极应具体问题具体分析。答案:(1)2H+2e-H2(2)Al-3e-+4OH-Al+2H2O2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2(3)MgAl(4)AD
