实验活动6 化学能转化为电能 课时作业（含解析）

实验活动6 化学能转化为电能 课时作业
2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册
一、单选题
1．第二代钠离子电池是负极为镶嵌在硬碳中的钠、正极为锰基高锰普鲁士白的一种新型二次电池，其工作原理如图所示。下列说法错误的是
A．放电时，B极为负极，发生氧化反应
B．充电时，在从阳极脱嵌，在阴极嵌入
C．放电时，电解质溶液中的穿过离子交换膜向A极移动
D．充电时，A极反应为
2．氢燃料电池是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及并应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著减轻空气污染及温室效应。下列有关氢燃料电池的说法正确的是
A．通入氢气的电极发生还原反应
B．电解液中阳离子向通入氢气的方向移动
C．正极的电极反应式为：O2+4H++4e-═2H2O
D．放电过程中电解液的浓度不断增大
3．某兴趣小组设计如图所示的装置进行原电池原理的探究。下列叙述错误的是
A．a和b不连接时，锌片上有气体生成，该装置不能形成原电池
B．a和b用导线连接时锌片为负极，发生的反应式为：Zn-2e-=Zn2+
C．a和b用导线连接时，电子由Zn经导线流向Cu，再经稀硫酸流回Zn
D．无论a和b是否连接，稀硫酸均参与反应
4．锌铜原电池装置如图所示，下列说法正确的是
A．铜片作负极
B．电流从锌片流向铜片
C．盐桥的作用是传递电子
D．锌电极的反应式：Zn 2e－=Zn2＋
5．在如图所示的装置，a为活泼性顺序位于氢之前的金属，b为石墨棒，关于此装置的各种叙述正确的是
A．石墨棒上有气体放出，溶液酸性变弱
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电流方向是从a极到b极
D．b极附近的SO浓度逐渐增大
6．肼(N2H4)是一种用于火箭或燃料电池的原料，已知：
①2H2O(g)+O2(g)=2H2O2(l)　 ΔH=＋108. 3 kJ/mol
②N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=－534 kJ/mol
下列说法正确的是(　　)
A．反应①中反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量
B．N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l) ΔH=－642. 3 kJ/mol
C．铂作电极，硫酸溶液作电解质溶液，由反应②设计的燃料电池其负极反应式为：N2H4-4e-=N2↑+4H+
D．铂作电极，氢氧化钾溶液作电解质溶液，由反应②设计的燃料电池工作一段时间，氢氧化钾溶液的pH将增大
7．2020年3月29日，全球新能源汽车领导者比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。“刀片电池”是将传统磷酸铁锂电池电芯加长，使单个电芯形状扁平、窄小，再通过多个“刀片”捆扎形成模组，通过少数几个大模组的组合成电池。“刀片电池”放电时结构如下，正极反应为：Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4，下列说法错误的是
A．“刀片电池”和三元锂电池（镣钻锭酸锂电池）相比几乎没有污染
B．放电时，负极反应为LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6
C．充电时，锂离子在阴极脱嵌；放电时，锂离子在正极脱嵌
D．该电池维持电流强度4.825A，工作10分钟，理论上正极增加重量0.21g（已知F=96500C/mol）
8．下列原电池在工作时，铜电极有电流流入的是
A． B．
C． D．
9．Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl+Mg= Mg2++2Ag+2Cl-，有关该电池说法错误的是
A．镁为电池负极 B．有24g镁被氧化时，还原得到216g银
C．正极反应为Ag++e-=Ag D．可用于海上应急照明
10．普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理、化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu+Ag2O=Cu2O+2Ag。下列有关说法错误的是
A．正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
B．测量原理示意图中，电子从Cu经溶液流向Ag2O/Ag电极
C．电池工作时，OH-向Cu电极移动
D．2molCu和1molAg2O的总能量高于1molCu2O和2molAg的总能量
11．一种镁氧电池如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。下列说法错误的是
A．电池总反应式为:2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2
B．负极反应式为:Mg－2e-+2OH- = Mg(OH)2
C．活性炭可以加快O2在负极上的反应速率
D．电子的移动方向由a经外电路到b
12．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．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是吸热反应
C．图I所示的装置能将化学能转变为电能
D．图II所示的反应为放热反应
13．“类比”是预测物质结构、性质与化学反应的重要方法之一，下列有关类比合理的是
A．H2O的分子空间结构呈V形，则H2S的分子空间结构也呈V形
B．MgCl2溶液与过量的NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀，则AlCl3溶液与与过量的NaOH溶液反应生成Al(OH)3沉淀
C．Na与H2O反应生成NaOH和H2，则Fe与H2O反应生成Fe(OH)2和H2
D．镁、铝、稀硫酸组成原电池时镁作负极，则镁、铝、NaOH溶液组成原电池时镁也作负极
14．下列关于下图所示原电池装置的说法中，不正确的是
A．Cu为原电池的正极
B．能将化学能转化为电能
C．电子从Cu经导线流向Zn
D．Cu上发生的反应为2H＋＋2e-=H2↑
15．《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是
A．a极为正极，发生还原反应
B．X膜为阳离子交换膜
C．当外电路通过4mole-时，消耗22.4LO2
D．该装置可实现化学能与电能间的完全转化
二、填空题
16．理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设计一个化学电池(正极材料用碳棒),回答下列问题:
(1)该电池的正极发生____反应(填“氧化”或“还原”),电极反应式为___________，电解质溶液是____;
(2)正极上出现的现象是________________________________________
(3)若导线上转移电子1 mol,则负极质量变化____克。
17．填空。
(1)写出漂白粉有效成分的化学式_______。
(2)写出的电子式_______。
(3)铅酸蓄电池是常见的二次电池，放电时发生反应为：。Pb为该电池的_______ (填“正极”或“负极”)，该电极发生的反应方程式为_______。
三、实验题
18．铁是人们在日常生活和工农业生产中应用极为广泛的一种金属。请回答下列问题：
（1）某研究性学习小组为了证明铁的金属性比铜的强，设计了如下几种方案，其中合理的有___（填序号）。
A．铁片置于硫酸铜溶液中置换出铜
B．铁、铜与氯气反应分别生成FeCl3、CuCl2
C．铜片置于FeCl3溶液中，铜片逐渐溶解
D．铁片、铜片分别置于盛有稀硫酸的烧杯中，铁片上有气泡产生，而铜片上无气泡产生
E.常温下，将铁片和铜片分别置于浓硝酸中，铁片不溶解，而铜片溶解
（2）请你另设计一个能证明铁的金属性比铜的强的实验。要求：该实验方案的原理不同于（1）中任何一个方案。
①画出实验装置图并注明所需药品___。
②写出实验过程中的主要现象：___。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】A．原电池中正极电势高于负极，放电时，B是负极，发生氧化反应，A项正确；
B．充电是放电的逆过程，充电时，钠离子从阳极脱嵌，在阴极嵌入，B项正确；
C．放电时，电解质溶液中的钠离子穿过离子交换膜向A极移动，C正确；
D．充电时，A是阳极，应该是失去电子发生氧化反应，D项错误；
答案选D。
2．C
【详解】A．通入氢气的电极是负极，发生氧化反应，A错误；
B．电解液中阳离子向正极移动，反应中通入氧气的一端为正极，即电解液中阳离子向通入氧气的方向移动，B错误；
C．正极上，氧气与氢离子结合生成水，电极反应式为：O2+4H++4e-═2H2O，C正确；
D．放电过程中不断的生成水，电解液的浓度减小，D错误；
故选C。
3．C
【详解】A．a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，锌和氢离子反应生成氢气，故A正确；
B．导线连接后，构成原电池，锌比铜活泼，锌作负极，电极发生的反应为Zn-2e-=Zn2+，故B正确；
C．电子由负极即锌经导线流向正极即铜，但电子不能经过溶液，内电路是离子的定向移动，故C错误；
D．a和b不连接时，锌与稀硫酸反应生成氢气，而a和b连接时构成原电池，发生原电池反应，硫酸电离氢离子在正极发生还原反应，两种情况下的反应实质都是锌与稀硫酸反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，故D正确；
故答案为：C。
4．D
【详解】
A．由于锌比铜活泼，故锌片作负极，故A错误；
B．电流是从正极流向负极，即从铜片流向锌片，故B错误；
C．盐桥不能传递电子，而是盐桥中的阴、阳离子定向移动而导电的，故C错误；
D．锌电极是负极，发生还原反应，故其电极反应式为Zn 2e－=Zn2＋，故D正确；
答案为D。
5．A
【分析】原电池中活泼金属为负极，失去电子，则a为负极；溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2，则b为正极；电流方向与电子流向相反，应由正极(b)流经导线向负极(a)，据此进行解答。
【详解】A．由分析可知，石墨棒为正极，有气体放出，溶液中的H+得到电子转化为H2，故溶液的酸性变弱，A正确；
B．由分析可知，a是负极，b是正极，B错误；
C．由分析可知，导线中有电子流动，电流方向是从b极经导线流到a极，C错误；
D．由分析可知，a为负极，原电池内部的溶液中阴离子流向负极，故a极附近的SO浓度逐渐增大，D错误；
故答案为：A。
6．C
【详解】A. 已知2H2O(g)+O2(g)=2H2O2(l) ΔH=+108. 3 kJ/mol，该反应为吸热反应，反应后物质能量升高，所以反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，A错误；
B. ①2H2O(g)+O2(g)=2H2O2(l) ΔH=+108. 3 kJ/mol，②N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)，△H=-534 kJ/mol ，根据盖斯定律，将②-①整理可得：N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g) ΔH=-642. 3 kJ/mol，反应生成的水为液态时放热更多，反应热小于-642. 3 kJ/mol，B错误；
C. 铂作电极，硫酸溶液作电解质溶液，负极是N2H4失电子生成N2和H2O，则其电极反应式为：N2H4-4e-=N2+4H+，C正确；
D. 铂作电极，氢氧化钾溶液作电解质溶液，已知该电池反应的总方程为：N2H4+O2=N2+2H2O，尽管KOH未参加反应，，但反应生成水，使溶液的体积增大，因此氢氧化钾的浓度减小，溶液的pH减小，D错误；
故合理选项是C。
7．C
【分析】磷酸铁锂电池放电时，负极反应：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，正极反应：Li1-xFePO4+xe-+xLi+=LiFePO4；充电时，阳极接正极，电极反应式：LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，阴极接负极，电极反应式：Li1-xC6+ xLi++ xe-= LiC6。
【详解】A．“刀片电池”的总反应：LiC6+ Li1-xFePO4= Li1-xC6+LiFePO4，由锂离子的得失转移而发生反应，几乎无污染，A正确，不选；
B．放电时为原电池，负极发生氧化反应，电极反应式为：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，B正确，不选；
C．脱嵌意思是锂从正极材料中出来的过程，充电时，阳极的电极材料产生锂离子，电极反应式为：：LiFePO4- xe-= Li1-xFePO4+xLi+，放电时，负极材料产生锂离子，电极反应式为：LiC6-xe-=xLi++Li1-xC6，则充电时，锂离子在阳极脱嵌；放电时，锂离子在负极脱嵌，C错误，符合题意；
D．维持电流强度4.825A，工作10分钟，则电量为4.825A×600s=2895C，转移电子的物质的量为，则正极增加重量为：，D正确，不选；
答案选C。
8．B
【详解】原电池中电流是由正极经导线流向负极，据此进行解题。
A．由于锌比铜活泼，故锌是负极，铜是正极，故电流由铜电极经导线流向锌电极，A不合题意；
B．由于铜比银活泼，故铜是负极，银是正极，故电流由银电极经导线流向铜电极，B符合题意；
C．由于锌比铜活泼，故锌是负极，铜是正极，故电流由铜电极经导线流向锌电极，C不合题意；
D．由于镁比铜活泼，故镁是负极，铜是正极，故电流由铜电极经导线流向镁电极，D不合题意；
故答案为：B。
9．C
【详解】A．电极方程式中Mg失去电子，做原电池负极，A正确；
B．24g Mg被氧化时转移电子2mol，有2mol AgCl得到电子，生成216g Ag，B正确；
C．正极反应为AgCl+e-=Ag+Cl-，C错误；
D．该电池可被海水激活，故可用于海上应急照明，D正确；
故选C。
10．B
【详解】A．由总反应知Ag2O得电子变为Ag，则正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-，A正确；
B．Cu失去电子，为负极，则Ag2O/Ag为正极，电子从Cu经外电路流向Ag2O/Ag电极，电子不能通过溶液，B错误；
C．阴离子向负极移动，故OH-向Cu电极移动，C正确；
D．此装置能量转化为化学能转化为电能，即反应物总能量高于生成物总能量，故2molCu和1molAg2O的总能量高于1molCu2O和2molAg的总能量，D正确；
故答案为B。
11．C
【分析】该镁氧电池的负极为金属镁，正极为吸附氧气的活性炭，在电解液为KOH浓溶液条件下，负极镁失去电子变成镁离子，即电极反应方程式为Mg－2e- =Mg2+，溶液中有大量氢氧根，所以镁离子会结合氢氧根生成氢氧化镁；正极为氧气的电子转化为氢氧根，电极反应方程式为：O2+4e-+2H2O=4OH-；总电池反应方程式为：2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2。
【详解】A.由分析可知，总电池反应方程式为：2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2，故A正确；
B.由分析可知，负极电极反应方程式为：Mg－2e-+2OH- = Mg(OH)2，故B正确；
C.氧气在正极反应，所以活性炭可以加快O2在正极上的反应速率，故C错误；
D.根据原电池原理，电子从负极流出，经外电路流向正极，即电子由a经外电路到b，故D正确；
综上所述，答案为C。
12．C
【详解】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，因为断裂旧键要吸收能量、形成新键要放出能量，断裂化学键吸收的总能量和形成化学键释放的总能量总是不相等，化学反应才有能量的变化，故A正确，不选；
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是吸热反应，故B正确，不选；
C．图I所示的装置没有形成闭合回路，不是原电池，故不能将化学能转变为电能，故C错误，符合题意；
D．图II所示的反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，故D正确，不选；
答案选C。
13．A
【详解】A．O、S为同主族元素，最外层电子数相同，二者形成的简单氢化物中，的分子空间结构呈V形，的分子空间结构也呈V形，A正确；
B．MgCl2溶液与过量的NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀，AlCl3溶液与过量的NaOH溶液反应生成NaAlO2溶液，B错误；
C．Na与H2O反应生成NaOH和H2，铁与水蒸气反应生成Fe3O4而不生成Fe(OH)3，C错误；
D．镁、铝、稀硫酸组成原电池时，镁作负极，镁、铝、NaOH溶液组成原电池时，镁不能与NaOH溶液反应，铝能与NaOH溶液反应，铝作负极，D错误；
答案选A。
14．C
【分析】图示原电池装置中，Zn比Cu活泼，Zn作负极，Zn失去电子，发生的电极反应为，Cu作正极本身不反应，硫酸作电解质，溶液中氢离子在正极得电子，发生的电极反应为，
【详解】A．根据上述分析，Cu为原电池的正极，A正确；
B．该装置为原电池，能将化学能转化为电能，B正确；
C．Zn失去电子，经导线流向Cu，氢离子在铜电极得电子产生氢气，C错误；
D．Cu作正极，发生的电极反应为，D正确；
答案选C。
15．B
【分析】本题中通入H2的a极发生氧化反应，是原电池的负极，其电极反应式为：H2-2e-=2H+。通入O2的b极发生还原反应，是原电池的正极，考虑到最终产物为H2O2，故其电极反应式为：H2O+O2+2e-=HO+OH-。负极生成的H+通过阳离子交换膜进入到电解质中，正极生成的HO通过阴离子交换膜进入到电解质中，二者结合得到H2O2。据此可分析各个选项。
【详解】A．在该原电池中，a极通入氢气，发生氧化反应，是原电池的负极，A错误；
B．a极生成的H+需要穿过X膜进入到电解质中与HO结合，X膜是阳离子交换膜，B正确；
C．当外电路流过4mol e-时，根据b极的电极反应式可知需要消耗2mol O2，但本题中未指明是否为标准状况，不能确定O2体积一定为44.8L，C错误；
D．原电池不可能实现化学能与电能的完全转化，还有一部分化学能会转化为其他形式的能量，如内能，D错误；
答案选B。
16． 还原 Ag++e-=Ag AgNO3溶液 碳棒上出现银白色物质 32
【详解】根据总反应式Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+，铜发生氧化反应，所以铜为负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+；正极是Ag+发生还原反应生成银，硝酸银作电解质。
(1)根据以上分析可知：电池的正极发生还原反应，电极反应式为Ag++e-=Ag，电解质溶液是AgNO3溶液；
(2)正极反应为Ag++e-=Ag，正极上出现的现象是碳棒上出现银白色物质生成；
(3)负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，导线上转移电子1 mol，消耗铜0.5 mol，则负极质量减少32克。
17．(1)Ca(ClO)2
(2)
(3) 负极
【解析】(1)
漂白粉有效成分是次氯酸钙，其化学式为Ca(ClO)2；故答案为：Ca(ClO)2。
(2)
是通过共用电子对形成的共价化合物，其电子式为；故答案为：。
(3)
根据方程式分析得到Pb化合价升高，失去电子，因此Pb为该电池的负极，该电极发生的反应方程式为；故答案为：负极；。
18． AD 铁棒溶解，铜棒变粗，溶液逐渐变为浅绿色
【详解】（1）A.铁与硫酸铜反应置换出铜，说明铁的金属性比铜的强，故A正确；
B.元素在化学反应中失电子数目的多少与其单质的金属性无关，所以不能通过铁、铜与氯气反应来判断Fe与Cu的金属性强弱，故B错误；
C.铜片置于FeCl3溶液中，铜片逐渐溶解，说明还原剂Cu的还原性比还原产物Fe2+的还原性强，但无法比较Fe与Cu的金属性强弱，故C错误；
D.铁能与稀硫酸反应置换出氢气，而铜不能，说明铁的金属性比铜的强，故D正确；
E.铁遇浓硝酸发生钝化，无法证明铁、铜金属性的强弱，故E错误；
综上所述，答案为AD。
（2）除了金属活动顺序表外，在原电池中，如果两电极材料都是金属，负极金属的活泼性一般是强于正极金属的活泼性的，所以要比较铁、铜金属性强弱可以设计成铁、铜与硫酸铜溶液组成原电池的装置，装置如图：，现象为：铁棒溶解，铜棒变粗，溶液逐渐变为浅绿色；
综上所述，答案为：①；②铁棒溶解，铜棒变粗，溶液逐渐变为浅绿色。
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