第2章第2节化学反应与能量转化同步练习
单选题
1. 钠离子电池具有成本低、能量转换效率高、寿命长等优点。一种钠离子电池用碳基材料作负极,利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电,该钠离子电池的工作原理为。下列说法不正确的是 ( )
A. 放电时,向正极移动
B. 放电时,负极的电极反应式为
C. 充电时,阴极质量减小
D. 充电时,阳极的电极反应式为
2. 科学家近年发明了一种新型水介质电池。电池示意图如图所示,电极为金属锌和选择性催化材料。放电时,温室气体被转化为储氢物质甲酸等,为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A. 放电时,负极反应为
B. 放电时,转化为,转移的电子数为
C. 充电时,电池总反应为
D. 充电时,阳极溶液中浓度升高
3. 化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
A. 图甲:向电极方向移动,电极附近溶液中的浓度增大
B. 图乙:正极的电极反应式为
C. 图丙:锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D. 图丁:使用一段时间后,电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降
4. 下列有关装置的说法正确的是
A. 装置Ⅰ中为原电池的负极 B. 装置Ⅱ为一次电池
C. 装置Ⅲ可构成原电池 D. 装置Ⅳ工作时,电子由锌通过导线流向碳棒
5. 现有如图所示的甲、乙两装置,下列说法中,正确的是( )
A. 甲装置中铜片是正极材料
B. 乙装置中锌片是负极反应物
C. 两装置中,铜片表面均无气泡产生
D. 甲装置中,铜片上发生的电极反应为
6. 某种新型热激活电池的结构如图所示,电极的材料是氧化石墨烯和铂纳米粒子,电极的材料是聚苯胺,电解质溶液中含有和,加热使电池工作时电极发生的反应是,电池冷却时,在电极表面与反应可使电池再生。下列说法不正确的是( )
A. 电池工作时电极为正极,且发生的反应是
B. 电池工作时,若在电极周围滴加几滴紫色石蕊溶液,电极周围慢慢变红
C. 电池冷却时,若该装置正负极间接有电流计,指针会发生偏转
D. 电池冷却过程中发生的反应是
7. 某化学兴趣小组设计了如图所示的原电池,装置连接一段时间后,发现镁棒上有大量气泡产生,电流计指针偏向镁。下列说法正确的是
A. 镁比铝活泼,在该原电池中作负极,发生氧化反应
B. 电子从铝电极经溶液流向镁电极
C. 镁电极的电极反应式:
D. 若将溶液换为稀硫酸,电流计指针将偏向铝电极
8. 关于下列各装置图的叙述中,不正确的是 ( )
A. 用装置电解精炼铜,则极为粗铜,电解质溶液为溶液
B. 装置为原电池,总反应是
C. 图所示柱状图,纵坐标表示第二周期元素最高正价随原子序数的变化
D. 图所示曲线,表示该反应是放热反应
9. 下列有关电化学知识的描述正确的是( )
A. 反应可设计成原电池
B. 将反应设计成如图所示原电池装置,盐桥内的向盛溶液的烧杯中移动
C. 常温下,将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,铁作负极,铜作正极,负极反应式为
D. 由、与氢氧化钠溶液组成的原电池中,负极反应式为
10. 化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
A. 如图所示,可用电极代替电极做正极
B. 如图所示,通入氧气的一极为正极
C. 如图所示,锌筒作负极,发生氧化反应,锌筒会变薄
D. 如图所示,原电池中,发生氧化反应做负极
11. 年月日中国科学院和中国工程院评选出年世界十大科技进展,排在第四位的是一种可借助光将二氧化碳转化为甲烷的新型催化转化方法:,这是迄今最接近人造光合作用的方法。某光电催化反应器如图所示,电极是,电极是。通过光解水,可由制得异丙醇。下列说法不正确的是( )
A. 极是电池的正极
B. 极的电极反应为
C. 极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应
D. 每生成异丙醇转移的电子数目为
12. 我国科学家研发出种新型的锌碘单液流电池,其原理如图所示,设为阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是( )
A. 放电时电极反应式为
B. 放电时电解质储罐中离子总浓度增大
C. 为阳离子交换膜,为阴离子交换膜
D. 充电时,电极质量增加时,区增加离子数为
13. 某干电池原理如图所示,电池总反应为。下列有关该电池的说法中错误的是( )
A. 锌片上发生氧化反应
B. 碳棒上的反应为
C. 图中该电池原理装置工作过程中溶液增大
D. 断开导线,图中该电池原理装置中不再发生任何反应
14. 微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品,图为其工作原理,图为废水中浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是( )
图 图
A. 为电源负极,有机物被氧化
B. 处理时有从交换膜左侧向右侧迁移
C. 电池工作时,极附近溶液增大
D. 浓度较大时,可能会造成还原菌失活
15. 可形成酸雨,是大气污染物,用如图所示装置既可以吸收工厂排放的废气中的,又可以生成一定量的硫酸溶液,下列说法正确的是( )
A. 极为正极,极为负极
B. 生产过程中氢离子由右向左移动
C. 从左下口流出的硫酸溶液的质量分数一定大于
D. 负极反应式为
二、实验题
16. 原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步,是化学对人类的一项重大贡献。
现有如下两个反应:;上述反应中能设计成原电池的是______。
分别按图甲、乙所示装置进行实验,图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸,乙中为电流计。请回答下列问题:
以下叙述中,正确的是______。
A.甲中锌片是负极,乙中铜片是正极 两烧杯中铜片表面均有气泡产生
C.两烧杯中溶液均增大 产生气泡的速度甲中比乙中慢
E.乙的外电流电路中电流方向 乙溶液中向铜片方向移动
变化过程中能量转化的主要形式是:甲为______;乙为______。
在乙实验中,如果把硫酸换成硫酸铜溶液,请写出铜电极的电极反应方程式及总反应离子方程式:铜电极:______,总反应:______。
当电路中转移电子时,消耗负极材料的质量为______。
17. 文献表明:相同条件下,草酸根的还原性强于。为检验这一结论,某研究性小组进行以下实验。
资料:Ⅰ三草酸合铁酸钾为亮绿色晶体,光照易分解;
为黄色固体,溶于水,可溶于强酸。
Ⅱ配合物的稳定性可以用稳定常数来衡量,如,其稳定常数表达式,已知,。
【实验】通过和在溶液中的反应比较和的还原性强弱。
操作 现象
在避光处,向溶液中缓慢加入溶液至过量,搅拌,充分反应后,冰水浴冷却,过滤 得到亮绿色溶液 和亮绿色晶体
取实验中少量晶体洗净,配成溶液,滴加溶液,不变红,继续加入硫酸,溶液变红,说明晶体含有价铁元素,其原因是 ________________________________________。
经检验,亮绿色晶体为。设计实验,确认实验中没有发生氧化还原反应的操作和现象是________________________________________。
取实验中的亮绿色溶液光照一段时间,产生黄色浑浊且有气泡产生。补全反应的离子方程式:________________________。
【实验】又设计以下装置直接比较和的还原性强弱,并达到了预期的目的。
描述达到预期目的可能产生的现象:__________________________________________________________________________________。
三、简答题
18. 合成氨的反应中的能量变化如图所示,该反应是________反应填“吸热”或“放热”,其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量________填“大于”或“小于”生成物化学键形成放出的总能量。
从断键和成键的角度分析化学反应中能量的变化。化学键的键能如表:
化学键
键能
则生成气态水可以放出热量________。
高铁电池是一种新型可充电电池,与普通电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为: 。则高铁电池的负极材料是________,放电时,正极发生________填“氧化”或“还原”反应。
原电池可将化学能转化为电能。若、和浓硝酸构成原电池,负极是________填“”或“”;若、和稀盐酸构成原电池,正极发生反应的电极反应式是________,电解质溶液中阳离子移向________极填“正”或“负”。质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入溶液中,一段时间后,取出洗净、干燥、称量,二者质量差为。则导线中通过的电子的物质的量是________。
19. 如图所示为原电池装置示意图。回答下列问题:
将铝片和铜片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入烧碱溶液中,分别形成了原电池,在这两个原电池中,作负极的分别是____________________填字母。
A.铝片、铜片 铜片、铝片
C.铝片、铝片 铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式:______________________。
若为,为,电解质为溶液,工作时的总反应为。写出电极反应式:__________________;该电池在工作时,电极的质量将____________________填“增加”“减小”或“不变”。若该电池反应消耗了,则转移电子的数目为__________。
若、均为铂片,电解质为溶液,分别从、两极通入和,该电池即为氢氧燃料电池,写出电极反应式:_____________________________;该电池在工作一段时间后,溶液的碱性将__________填“增强”“减弱”或“不变”。
若、均为铂片,电解质为溶液,分别从、两极通入和,该电池即为甲烷燃料电池,写出电极反应式:________________________________________;若该电池反应消耗了,则转移电子的数目为__________。
答案和解析
1.【答案】
【解析】放电时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,A正确;
放电时,负极失去电子,故电极反应式为,B正确;
充电时,阴极的电极反应式为,电极质量增加,C错误;
充电时,阳极是失去电子转化为,电极反应式为,D正确。
2.【答案】
【解析】由题图知,放电时,失去电子被氧化为,负极反应为,A正确;
放电时,在正极得到电子被还原为可看作价,故转化为时转移电子的物质的量为,B正确;
充电时阴极反应为,阳极反应为,则电池总反应为,C正确;
充电时,阳极产生,浓度升高,浓度降低,D错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查原电池的相关知识,注意结合常见的一次电池、二次电池进行分析,题目难度一般。
【解答】
A.较活泼,作负极,失电子变,:向电极正极方向移动,正极上得电子变,因而电极附近溶液中减小,故A错误;
B.作正极,得电子,被还原成,结合作电解液,故电极反应式为:,故B正确;
C.做负极,发生氧化反应,电极反应式为,锌溶解,因而锌筒会变薄,故C正确;
D.铅蓄电池总反应式为 ,可知使用一段时间后,不断被消耗,因而电解质溶液的酸性减弱,导电能力下降,故D正确。
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查原电池的组成和工作原理,题目难度不大,注意不同金属构成原电池的两极时,通常较为活泼的为负极,有时还要看电解质环境。
【解答】
A.镁与氢氧化钠溶液不反应,铝能够与氢氧化钠溶液反应,装置Ⅰ中铝为负极,镁为正极,故A错误;
B.铅蓄电池是二次电池,可以放电充电,故B错误;
C.装置Ⅲ中的两个材料相同、都是,不能构成原电池,故C错误;
D.装置Ⅳ为干电池,锌为负极,碳棒为正极,工作时,原电池中电子由负极沿导线流向正极,因此电子由锌通过导线流向碳棒,故D正确。
5.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查原电池的工作原理,难度不大,掌握原电池的构造和工作原理即可解答。
【解答】
A. 甲装置中,锌的活泼性强于铜,则锌为负极被氧化,铜作正极,故A正确;
B. 乙装置没有形成闭合回路,不能形成原电池,故B错误;
C. 甲装置中,铜为正极,生成氢气,乙装置中铜片表面无气泡生成,故C错误;
D. 甲装置中,铜片作正极,发生的电极反应为,故D错误;
故选A。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查新型电池的工作原理,难度一般,掌握电极反应和电荷移动即可解答。
【解答】
根据极电极反应判断电极是正极,电极是负极,电池工作时电极发生的反应是,A正确;
电池工作时电极发生的反应是,溶液显酸性,若在电极周围滴加几滴紫色石蕊溶液,电极周围慢慢变红,B正确;
电池冷却时是在电极表面与反应使电池再生,因此冷却再生过程电极上无电子得失,导线中没有电子通过,不正确;
电池冷却时是在电极表面与反应使电池再生,反应式,D正确。
7.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查原电池的工作原理,注意结合原电池的工作原理进行分析解答,题目难度不大。
【解答】
A.由镁棒上有大量气泡产生可知,镁在该原电池中作正极,故A错误;
B.原电池中电子不能进入电解质溶液,故B错误;
C.镁是正极,电极反应式为:,故C错误;
D.若将溶液换为稀硫酸,因为镁的金属性强于铝,则镁作负极,铝作正极,电流计指针将偏向铝电极,故D正确。
8.【答案】
【解析】根据电流的方向可知极为电解池的阳极,则极为粗铜,电解质溶液为溶液,项正确;
铁比铜活泼,为原电池的负极,电池总反应为,项正确;
第二周期中无最高正价,无正价,项错误;
反应物能量比生成物高,该反应为放热反应,项正确。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了原电池的设计,要求学生理解掌握原电池的工作原理,构成原电池的条件,题目难度不大。
【解答】
A.该反应不是自发的氧化还原反应,不能设计成原电池,故A错误;
B.根据电池总反应式可知失电子作负极,正极是铁离子得电子生成亚铁离子,原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动,盐桥内向溶液移动,故B正确;
C.铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池,常温下铁遇到浓硝酸会钝化,金属铜是负极,负极反应式为,故C错误;
D.由、与氢氧化钠溶液组成的原电池,总反应是金属铝和氢氧化钠之间的反应,铝是负极,失电子生成偏铝酸根,故D错误。
10.【答案】
【解析】解:图为铜锌原电池,锌为负极,铜为正极,会在铜上得电子发生还原反应,所以电极换成铂电极,反应不变,故A正确;
B.图为氢氧燃料电池,燃料做负极发生氧化反应,氧气做正极发生还原反应,故B正确;
C.图为锌锰干电池,锌筒作负极,发生氧化反应被消耗,所以锌筒会变薄,故C正确;
D.图为铅蓄电池,放电时的总反应为,中铅的化合价降低发生还原反应做正极,故D错误;
故选:。
本题以各种电池的原理为载体考查了原电池原理,难度不大,会书写正负极反应是解本题的关键。
11.【答案】
【解析】由图可知,极发生还原反应,是电池的正极,说法正确;极水失电子生成氢离子和氧气,电极反应为,说法正确;极上得电子被还原成,得电子被还原成异丙醇,极选用高活性和高选择性的电化学催化剂能有效抑制析氢反应,说法正确;二氧化碳中的为价,而异丙醇中为价,生成异丙醇转移电子,反应中除生成异丙醇外,还生成氢气,则每生成异丙醇转移的电子大于,说法错误。
12.【答案】
【解析】结合题图可知,锌碘单液流电池放电时,失去电子转化,得到电子转化为,所以电极为正极,电极反应式为,项正确;
放电时,电极为负极,电极反应式为,生成的进入电解质储罐,电解质储罐中离子浓度增大,项正确;
离子交换膜是防止、接触发生反应,放电时,负极区生成,正电荷增加,正极区生成,负电荷增加,所以通过进入负极区,通过进入正极区,则为阴离子交换膜,为阳离子交换膜,项错误;
充电时,电极反应式为,电极质量增加时转移电子,区增加和,增加的离子总数为,项正确。
13.【答案】
【解析】对,放电时,元素的化合价由变为,化合价升高,失去电子,所以是负极,发生氧化反应;
对,为负极,碳棒为正极,正极得电子,电极反应为;
对,该原电池的电解质溶液为氯化铵溶液,呈酸性,随着电池反应不断进行,铵根离子浓度减小,水解程度减小,酸性减弱,故增大;
错,该原电池的电解质溶液为氯化铵溶液,呈酸性,导线断开时,也可和电解质溶液发生反应。
14.【答案】
【解析】对,由题图中的移动方向,以及外电路中的电子流向,可知为电源负极,有机物被氧化;
错,处理时需要电子,但是同时也会有一定量的氧气得到电子,从交换膜左侧向右迁移的的物质的量大于;
对,由图可知,电池工作时,极上氧气得到电子与氢离子结合生成水,所以氢离子浓度减小,附近溶液增大;
对,由图可知,浓度较大时,其去除率几乎为,又因为其有强氧化性和毒性,所以可能会造成还原菌失活。
故选:。
15.【答案】
【解析】由题图可知,此装置为原电池,且极发生氧化反应为负极,极为正极,项错误。
原电池中阳离子移向正极,故氢离子由左向右移动,项错误。
从左上口进入的水的量不确定,所以无法判断从左下口流出的硫酸溶液的质量分数,项错误。
负极反应式为,项正确。
故选:。
16.【答案】
化学能转化为热能 ;化学能转化为电能
;
【解析】
【分析】
本题考查原电池的组成和工作原理,题目难度中等,注意把握电极方程的书写方法,为该题的易错点,掌握相应的原理是解答关键。
【解答】
反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池,反应是氧化还原反应,能设计成原电池,
故答案为:;
甲中没有形成闭合回路,不能形成原电池,乙中铜片是正极,故A错误;
B.铜为金属活动性顺序表元素之后的金属,不能与稀硫酸反应,甲烧杯中铜片表面没有气泡产生,故B错误;
C.两烧杯中硫酸都参加反应,氢离子浓度减小,溶液的均增大,故C正确;
D.乙能形成原电池反应,可以加快化学反应速率,故D正确;
E.乙形成闭合回路,形成原电池,电流方向为正极到负极,所以乙的外电路中电流方向,故E错误;
F.乙溶液中向负极片方向移动,故F错误;
故答案为:;
甲中不能形成原电池,所以是将化学能转变为热能,乙池能构成原电池,所以是将化学能转化为电能,
故答案为:化学能转化为热能;化学能转化为电能;
如果将稀硫酸换成硫酸铜溶液,则正极上铜离子得电子发生还原反应,电极反应式为:,总反应为锌置换出铜的反应即,
故答案为:;;
负极锌失电子所以当电路中转移电子时,消耗负极材料的质量为,
故答案为:。
17.【答案】,说明比更稳定,
中的不能与反应转化为,也就不能显示红色;加入硫酸后,与结合可使平衡逆向移动,增大,溶液变红
取少量实验中的亮绿色溶液,滴加溶液,不出现蓝色沉淀
电流计的指针发生偏转,一段时间后,左侧溶液变为浅绿色,右侧有气泡产生
【解析】略。若和发生氧化还原反应,则生成, 常用 溶液检验 ,操作为取少量实验中的亮绿色溶液,滴加溶液,不出现蓝色沉淀,则未发生氧化还原反应。已知为亮绿色晶体,光照易分解,元素的化合价降低,则部分元素的化合价升高,离子方程式为 。失电子能力强于,该装置为原电池,左侧为正极,得电子生成,溶液变为浅绿色,右侧为负极,失电子生成二氧化碳,现象为电流计的指针发生偏转,一段时间后,左侧溶液变为浅绿色,右侧有气泡产生。
18.【答案】放热;小于
;还原
;;正;
【解析】
【分析】
本题考查化学反应能量变化和电化学相关的知识,是高考的高频考点,难度一般。
【解答】
图中反应物的能量高于生成物的能量,所以该反应是放热反应;原因是反应物化学键断裂吸收的总能量小于生成物化学键形成放出的总能量,故答案为:放热;小于;
从能量的变化角度研究反应:,则生成气态水可以放出热量是。
电池的负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知,负极材料应为作还原剂的,正极上得电子发生还原反应,故答案为:;还原;
若、和浓硝酸构成原电池,由于在室温下在浓硝酸中会发生钝化,所以活动性较弱的作负极;若、和稀盐酸构成原电池,则活动性强的作负极,作正极,在正极上得到电子变为氢气,电极方程式为:;根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引的原则,电解质溶液中阳离子移向负电荷较多的正极;质量相同的铜棒和锌棒用导线连接后插入溶液中作负极,被氧化,若一段时间后,取出洗净、干燥、称量,二者质量差为。根据反应方程式,可知每消耗锌,在正极就产生的,两个电极质量相差,转移电子,现在二者质量差为,所以导线中通过的电子的物质的量是,故答案为:;;正;。
19.【答案】
增加
减弱
【解析】常温下,铝遇浓硝酸发生钝化,能与浓硝酸发生氧化还原反应,因此作负极;能与溶液发生氧化还原反应,不与氢氧化钠溶液反应,因此为负极;故选项B正确。与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为。
电极为,根据总反应,中的化合价降低,得到电子,根据原电池工作原理,电极为正极,电极反应式为;电极为负极,电极反应式为,微溶于水,因此电极的质量增加;根据总反应,消耗硫酸的同时,消耗的物质的量为,即转移电子物质的量为,转移电子的数目是。
燃料电池中通燃料一极为负极,通氧气或空气一极为正极,电极通入,即该电极为负极,电解质为溶液,因此电极反应式为;该氢氧燃料电池的总反应方程式为,生成的稀释,溶液的碱性减弱。
电极通入,该电极为负极,电解质为溶液,其电极反应式为;根据电极反应式,消耗,转移电子的数目为。
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