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第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
1.关于原电池的叙述中正确的是( )
A.构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转变为电能的装置
C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质生成
D.原电池的正极是还原剂发生反应,总是溶液中的阳离子在此被还原
解析:构成原电池电极的也可以是非金属导体,A项错;燃料电池中负极不溶解,C项错;D项应是氧化剂在原电池的正极上发生还原反应。
答案:B
2.(2013·山东烟台高一检测)如图为番茄电池,下列说法正确的是( )
A.一段时间后,锌片质量会变小
B.铜电极附近会出现蓝色
C.电子由铜通过导线流向锌
D.锌电极是该电池的正极
解析:番茄电池中锌是负极,铜是正极,负极锌会失去电子溶解,质量减小,A正确、D错误;铜极是正极,电子由负极锌移向正极铜,C错误;铜电极不会出现蓝色,B错误。
答案:A
3.下列装置能形成原电池的是( )
解析:A项,酒精溶液是非电解质溶液,B项,两电极都是石墨棒,为惰性电极,D项,不能构成闭合回路,所以A、B、D都不正确。C项,符合构成原电池的条件,电极反应方程式为:Fe-2e-Fe2+(负极);Cu2++2e-Cu(正极)。
答案:C
4.A、B、C都是金属,把A浸入C的硝酸盐溶液中,A的表面有C析出,A、B和酸溶液组成原电池时,B为电池的负极。A、B、C三种金属的活动性顺序为( )
A.A>B>C B.A>C>B
C.B>A>C D.B>C>A
解析:A能从C的盐溶液中置换出C金属,活动性:A>C。A与B组成原电池时,B为负极,则金属活动性:B>A。
答案:C
5.将相同表面积的纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,下列叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.甲中铜被氧化,乙中锌被氧化
D.产生气泡的速率甲比乙大
解析:根据图示可知甲构成原电池,乙未构成原电池,所以甲中Zn作负极,被氧化,Cu作正极,H+在铜片上被还原产生H2,而乙中Cu不与稀硫酸作用,Zn与稀硫酸发生氧化还原反应,因甲构成原电池而加大反应速率。故只有D正确。
答案:D
6.将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时,记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下:
金属 电子流动方向 电压(V)
D D→Cu +0.78
C Cu→C -0.15
B B→Cu +1.35
A A→Cu +0.30
已知:构成两电极的金属活动性相差越大,电压表的读数越大。请依据表中数据判断:
(1)最活泼金属为 (填字母序号,下同)。
(2)若滤纸改用NaOH溶液浸润,则在滤纸上能看到蓝色沉淀析出的是 金属,其负极的电极反应为 。
(3)若(2)中滤纸上析出沉淀为9.8 g,则转移电子为 mol。
解析:(1)由电子流动的方向可知,A、B、D的活动性皆强于Cu,根据构成两电极的金属活动性相差越大,电压表的读数越大,可知B的金属活动性最大,为最强的还原剂,C的金属活动性弱于Cu,不能从CuSO4溶液中置换出铜。
(2)由(1)的分析可知,只有C金属与Cu组成的原电池,铜失电子生成Cu2+,进而与OH-结合产生蓝色沉淀。负极反应式为Cu+2OH--2e-Cu(OH)2。
(3)因蓝色沉淀为Cu(OH)2,所以当析出9.8 g Cu(OH)2时,转移电子为×2=0.2 mol。
答案:(1)B
(2)C Cu-2e-+2OH-Cu(OH)2
(3)0.2
7.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 mol·L-1的H2SO4溶液中,乙同学将电极放入6 mol·L-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是Mg+H2SO4MgSO4+H2↑,乙同学依据的化学反应原理是2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑。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 2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑
(3)Mg Al
(4)AD
8.利用生活中或实验室中常用的物品,根据氧化还原反应知识和电学知识,自己动手设计一个原电池。请填写下列空白:
(1)实验原理:Fe+2H+Fe2++H2↑。
(2)实验用品:电极( 、 )、稀硫酸、 (填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。
(3)实验装置:
(4)原电池设计及注意的问题。
①按如图所示连接好实验仪器,注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意:接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是:在原电池中,由化学能转化为 。
②如果将装置中的耳机改为电流计,则铁钉应该接电流计的 极,电极反应是 ;另一极应该接电流计的 极,电极发生了 反应(“氧化”或“还原”)。
解析:由实验原理:Fe+2H+Fe2++H2↑,可知组成该原电池的负极应为Fe,正极可选用活动性比Fe弱的金属或导电的非金属。
答案:(2)铁钉或铁条 铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等) 烧杯、导线 (4)①电能 ②负 Fe-2e-Fe2+ 正 还原
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第2课时 发展中的化学电源
1.(2013·浙江杭州高一检测)下列有关电池叙述正确的是( )
A.水果电池是高效环保的家用电池
B.锌锰干电池是一种常用的二次电池
C.锌锰干电池碳棒是负极,锌片是正极
D.锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄
解析:水果电池产生的电流非常微弱,不能作为家用电池,A错误;锌锰干电池是一种常用的一次电池,其中锌作负极,碳棒作正极;锌锰干电池工作时,Zn放电消耗,故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄,故B、C错误,D正确。
答案:D
2.我国首创的海洋电池以铝板为负极,铂网为正极,海水为电解质溶液,空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3,下列说法不正确的是( )
A.正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
B.电池工作时,电流由铝电极沿导线流向铂电极
C.以网状的铂为正极,可增大与氧气的接触面积
D.该电池通常只需更换铝板就可以继续使用
解析:从电池反应式可知,Al失电子为负极,O2为正极上反应的物质;电池工作时电子从铝沿导线流向铂,而电流方向则相反;铂网面积大,C正确;反应消耗铝,D正确。
答案:B
3.下图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的( )
A.a极是负极
B.供电时的总反应为2H2+O22H2O
C.电子由b通过灯泡流向a
D.氢氧燃料电池是环保电池
解析:a电极发生反应:H2-2e-2H+,故电子应由a通过灯泡流向b。
答案:C
4.下列说法正确的是( )
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质储存在电池内
解析:碱性锌锰电池是一次电池,铅蓄电池是二次电池,燃料电池的活性物质没有储存在电池内而是不断被输入。
答案:C
5.日常所用干电池其电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮,以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应可简化为:Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3+H2(NH3与Zn2+络合)。根据以上叙述判断下列结论不正确的是( )
A.Zn为正极,碳为负极
B.正极发生还原反应
C.工作时电流由碳极经外电路流向Zn极
D.长时间连续使用时内装糊状物可能流出腐蚀用电器
解析:由电极反应方程式可知,发生氧化反应的为电源的负极,正极发生还原反应。电池工作时电子由锌极流出通过外电路流向碳棒,电流方向和电子移动方向相反。
答案:A
6.(2013·福建福州高一检测)有一种纸质软电池,该电池采用薄层纸片作为载体和传导体,一面附着锌,另一面附着二氧化锰。电池总反应为Zn+2MnO2+H2OZnO+2MnO(OH),关于此电池,下列说法正确的是( )
A.该电池Zn为负极,ZnO为正极,MnO2作催化剂
B.该电池的正极反应式为MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-
C.放电时外电路电子由Zn流向MnO2,内电路电子由MnO2流向Zn
D.电池工作时,OH-通过薄层纸片向附着二氧化锰的电极移动
解析:从总反应看,电解质环境为碱性。Zn发生氧化反应(负极):Zn-2e-+2OH-ZnO+H2O,MnO2发生还原反应(正极):MnO2+e-+H2OMnO(OH)+OH-,A项错误、B项正确;外电路电子由Zn流向MnO2,内电路通过离子移动导电,OH-移向锌极,C、D项错误。
答案:B
7.根据国外媒体报道,某公司将推出一种全新的银锌电池,这种银锌电池的续航能力要比锂离子电池强,有望取代锂电池。其放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag,此电池放电时,有关说法正确的是( )
A.电能转化为化学能
B.电解质溶液是稀硫酸
C.电子通过外电路从正极流向负极
D.Zn作负极被氧化
解析:原电池是化学能转化为电能的装置,A选项错误;从总反应方程式可以看出,电池放电后生成了ZnO,ZnO在酸性溶液中不能存在,所以电解质溶液为碱液,B选项错误;原电池中,电子是从负极流向正极,C选项错误;负极发生氧化反应,D选项正确。
答案:D
8.20世纪70年代研制出的锂电池是一种高能电池,能量密度已达到430 W·h·kg-1,理论值可达到2 520 W·h·kg-1。根据所学知识说明锂电池的以下特点:
(1)金属锂在电池中应作 极,该电池具有很大能量密度的原因是 。
(2)该电池的电解液特点是 ,原因是 。
(3)LiI2电池常作心脏起搏器电源,原因是 ,其原电池总反应式为 。
解析:锂的摩尔质量小,单位质量的锂放电量大。锂作电池的负极,但锂电池的电解质溶液不能是水溶液,因锂能与水反应。
答案:(1)负 锂的密度小(0.53 g·cm-3),是金属中最小的,所以单位质量锂的物质的量大,放电量也大
(2)非水溶剂 锂能与水作用
(3)寿命长,密度小、体积小,持续放电时间长 2Li+I22LiI
9.LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应可表示为:
4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为 ,发生的电极反应为 ;
(2)电池正极发生的电极反应为 ;
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是 ,反应的化学方程式为 ;
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 。
解析:分析反应的化合价变化,可知Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂),Li-e-Li+。
(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2。
(3)题中给出有碱液吸收时的产物,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。
(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应。
答案:(1)Li Li-e-Li+
(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2
(3)出现白雾,有刺激性气味的气体生成 SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑
(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应
10.化学电池在通信、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池,其电池总反应可以表示为Cd+2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2。
已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸,以下说法中正确的是( )
①放电时NiO(OH)作负极
②充电时Cd(OH)2发生还原反应
③充电时化学能转变为电能
④放电时化学能转变为电能
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
(2)下面是废弃镍镉电池中的重金属渗入水体后,进入人体的一条途径:
ABCD人
生物体D中重金属浓度 (填“>”“=”或“<”)生物体A中重金属浓度,这是通过食物链富集作用所引起的。除上述途径外,被污染水体中的重金属还可以直接通过 (填途径)进入人体。
解析:(1)放电时Cd作负极,发生氧化反应生成Cd(OH)2;而放电时Cd(OH)2发生还原反应重新生成Cd。
答案:(1)B (2)> 饮水
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