化学鲁科版（2019）必修第二册2.2.2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池 课时作业（含解析）

课时作业9　化学反应能量转化的重要应用——化学电池
[学业达标]
1．下列说法中正确的是(　　)
①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部　②锌锰干电池是一次电池，铅酸蓄电池是二次电池　③锂电池是新一代可充电电池　④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功
A．②③④ B．①②③④
C．①②③ D．①③④
2．在理论上可用于设计原电池的化学反应是(　　)
A．2Al(s)＋2NaOH(aq)＋6H2O(l)===
2Na[Al(OH)4](aq)＋3H2(g)
B．Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===
BaCl2(aq)＋2NH3·H2O(aq)＋8H2O(l)
C．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
D．FeCl3(aq)＋3H2O(l) Fe(OH)3(s)＋3HCl(aq)
3．下列各组材料中，不能组成原电池的是(　　)
选项 A B C D
两极材料 Zn片、石墨 Cu片、Ag片 Zn片、Cu片 Fe片、Cu片
溶液 H2SO4溶液 AgNO3溶液 无水乙醇 稀盐酸
4.铜 — 锌原电池装置如图所示，电解质溶液为硫酸铜溶液，电池工作一段时间后，下列说法错误的是(　　)
A．锌电极上的反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．溶液中的SO向锌电极移动
C．电子从锌电极经过硫酸铜溶液流向铜电极
D．铜电极质量增加
5．把a、b、c、d四块金属片浸在稀硫酸中，用导线两两连接可以组成原电池，a、b相连时，a为负极；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b为正极；c、d相连时，电流由d沿导线流向c。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　)
A．a>b>c>d B．a>c>d>b
C．c>a>b>d D．b>d>c>a
6．关于原电池及其电极名称的下列叙述中正确的是(　　)
A．原电池的正极和负极必须是两种活动性不同的金属
B．正极上发生还原反应，一定产生气体
C．电子流出的一极为负极
D．阴离子在电解质溶液中向正极移动
7．原电池的电极反应不仅与电极材料的性质有关，还与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是(　　)
A．由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋
B．由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－
C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
8．一学生用如图装置研究原电池原理，下列说法错误的是(　　)
A．(2)图中电子由Zn沿导线流向Cu
B．(3)图中Zn片增重质量与Cu棒减轻的质量之比为65∶64
C．(1)图中铜棒上没有气体产生
D．(2)图与(3)图中正极生成物质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
9．(双选)在通风橱中进行下列实验：
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止 Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡
下列说法正确的是(　　)
A．Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为
2NO＋O2===2NO2
B．Ⅱ中现象是因为浓HNO3会使Fe表面覆盖一层保护膜，阻止Fe进一步反应，此反应不属于氧化还原反应
C．对比Ⅰ、Ⅱ中现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D．针对Ⅲ中现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化
[等级突破]
10．X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，Z极上有H2放出；若把活泼金属投入Y2＋和Z2＋共存的溶液中，Y先析出；又知M2＋的氧化性强于Y2＋。则这四种金属的活动性最弱和最强的分别为(　　)
A．M；X B．X；M
C．M；Y D．X；Y
11．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，下列说法正确的是(　　)
A．0～t1时，原电池的负极是铜片
B．0～t1时，正极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑
C.t1时，电流方向发生变化的原因是Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al进一步反应
D．t1后，电子从铝经过导线流向铜
12．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，下列说法中不正确的是(　　)
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
C.工作时，负极区溶液中c(OH－)减小
D．溶液中OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动
13．镁—空气电池可用于海滩救生设备和高空雷达仪等。该电池两个电极分别是金属镁和不锈钢丝，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．a极材料为镁
B．a电极的电极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电流方向：b极→a极
D．每消耗1 mol Mg，导线中共流过NA个电子
14．某化学研究性学习小组针对原电池的形成条件，设计了实验方案，进行如下探究。
(1)请填写有关实验现象并得出相关结论。
编号 实验装置 实验现象
1 锌棒逐渐溶解，表面有气体生成；铜棒表面无现象
2 两锌棒逐渐溶解，表面均有气体生成；电流计指针不偏转
3 铜棒表面的现象是________；电流计指针________
①通过实验2和3，可得出原电池的形成条件是
________________________________________________________________________。
②通过实验1和3，可得出原电池的形成条件是
________________________________________________________________________。
③若将3装置中稀硫酸换成乙醇，电流计指针将不发生偏转，从而可得出原电池的形成条件是________________________。
(2)分别写出实验3中Zn棒和Cu棒上发生的电极反应式。
Zn棒
________________________________________________________________________。
Cu棒
________________________________________________________________________。
(3)实验3的电流是从________棒流出的(填“Zn”或“Cu”)，反应过程中若有0.4 mol电子发生了转移，则Zn电极质量减少________ g。
15．人们运用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空：
(1)铅蓄电池在放电时发生的电池反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。负极反应式为________________；反应一段时间后负极的质量________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图是甲烷燃料电池工作原理示意图，该电池的负极反应式为________________；标准状况下，2.24 L甲烷全部反应后，转移________ mol电子。
(3)将铝片和铜片用导线相连，分别插入浓硝酸中(a组)和烧碱溶液中(b组)，都形成了原电池，在a组原电池中，负极材料为________；写出b组插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：______________________。
课时作业9　化学反应能量转化的重要应用——化学电池
1．解析：①燃料电池的反应物可不储存在电池的内部，可以由外部提供，正确；②锌锰干电池是一次电池，铅酸蓄电池可充放电，是二次电池，正确；③锂电池是新一代可充电电池，正确；④燃料电池作为汽车驱动能源已研发成功，正确。
答案：B
2．解析：反应2Al(s)＋2NaOH(aq)＋6H2O(l)===2Na[Al(OH)4](aq)＋3H2(g)是自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池，A正确；反应Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===BaCl2(aq)＋2NH3·H2O(aq)＋8H2O(l)是非氧化还原反应，不能设计成原电池，B错误；反应NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)是中和反应，不是氧化还原反应，不能设计成原电池，C错误；反应FeCl3(aq)＋3H2O(l) Fe(OH)3(s)＋3HCl(aq)是非氧化还原反应，不能设计成原电池，D错误。
答案：A
3．解析：锌是活泼金属，石墨能导电，锌和硫酸能自发地发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故A不符合题意；两金属的活动性不同，且铜片能自发地与AgNO3溶液发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故B不符合题意；两金属的活动性不同，但是无水乙醇是非电解质，所以不能形成原电池，故C符合题意；两金属的活动性不同，铁和稀盐酸能自发地发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故D不符合题意。
答案：C
4．解析：锌的活动性强于铜，锌作负极，则锌电极上的反应为Zn－2e－===Zn2＋，A正确；原电池工作时，电解质溶液中的阴离子向负极移动，故SO向锌电极移动，B正确；电子从锌电极经过导线流向铜电极，溶液不能传导电子，C错误；铜电极是正极，溶液中的铜离子在正极放电析出铜，因此铜电极质量增加，D正确。
答案：C
5．解析：a、b相连时，a为负极，则a的活动性强于b；a、c相连时，c极上产生大量气泡，则a的活动性强于c；b、d相连时，b为正极，则d的活动性强于b；c、d相连时，电流由d沿导线流向c，则c的活动性强于d。所以金属的活动性由强到弱的顺序为a>c>d>b，B正确。
答案：B
6．解析：构成原电池的正极和负极必须是两种活动性不同的电极，可以是两种不同金属，也可以是一种金属、一种非金属等，A错误；原电池中正极上发生还原反应，但不一定产生气体，B错误；原电池中电子流出的一极为负极，电子由负极经导线流向正极，C正确；原电池放电时，电解质溶液中阴离子向负极移动，D错误。
答案：C
7．解析：由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，铝作负极，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋，故A正确；由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，铝失电子发生氧化反应，铝作负极，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，故B正确；由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，铁还原性强于铜，铁作负极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，铝在浓硝酸中钝化，铜作负极，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故D正确。
答案：C
8．解析：(2)图是原电池，活泼金属锌是负极，铜是正极，所以电子由Zn沿导线流向Cu，A正确；(3)图是原电池，锌作负极，失电子生成锌离子，铜作正极，溶液中铜离子得到电子生成铜，锌电极质量减小，铜电极质量增加，B错误；(1)图中锌和稀硫酸发生反应生成氢气，铜和稀硫酸不反应，(1)图中铜棒上没有气体产生，C正确；(2)图与(3)图中负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，(2)图中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，(3)图中正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，正极生成物质量比为1∶32时．两个原电池中转移电子数相同，所以参与反应的锌的质量相同，D正确。
答案：B
9．解析：NO是无色气体，NO2是红棕色气体，Fe和稀硝酸反应生成无色的NO，但NO易被空气中的氧气氧化生成红棕色的二氧化氮，所以Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式为2NO＋O2===2NO2，A正确；常温下Fe和浓硝酸发生氧化还原反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止铁被进一步氧化，该现象为钝化，B错误；常温下Fe遇浓硝酸迅速发生钝化，浓硝酸的氧化性强于稀硝酸，C错误；根据Ⅲ中现象，说明构成了原电池，在Fe、Cu之间连接电流计，通过电流计指针的偏转方向可以判断原电池的正、负极，进而判断Fe是否被氧化，D正确。
答案：AD
10．解析：金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，Z极上有氢气放出，所以X是负极，Z是正极，则金属的活动性X>Z；若把活泼金属投入Y2＋和Z2＋共存的溶液中，Y先析出，说明Y2＋氧化性强于Z2＋，所以金属的活动性Z>Y；M2＋的氧化性强于Y2＋，所以金属的活动性Y>M。综上可知，四种金属的活动性由强到弱的顺序为X>Z>Y>M，故选A。
答案：A
11．解析：0～t1时，Al为负极，被氧化生成氧化铝，Cu为正极，硝酸根离子放电生成二氧化氮；随着反应进行，铝表面的氧化膜阻碍反应进行，t1后，铜为负极，Al为正极。0～t1时，铜为正极，铝为负极，A错误；0～t1时，正极反应式为2H＋＋NO＋e－===NO2↑＋H2O，B错误；随着反应进行，铝表面形成的氧化膜阻止了Al进一步反应，因此t1时电流方向发生了变化，C正确；t1后，铜为负极，电子从铜经导线流向铝，D错误。
答案：C
12．解析：根据电池总反应式知，Zn失电子发生氧化反应，故Zn作负极，Ag2O作正极，故A正确；负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故B正确；负极发生反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，消耗OH－，负极区溶液中c(OH－)减小，正极上发生反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，正极区溶液中c(OH－)增大，故C正确；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，K＋、H＋向正极移动，故D错误。
答案：D
13．解析：镁的金属活动性强于铁，则在该电池中金属镁失电子，作负极。根据电子流向可知，a极为正极，材料为不锈钢丝，A错误；a电极为正极，氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；电子的流向：b极→a极，电流方向与电子相反，C错误；镁的化合价由0价变为＋2价，每消耗1 mol Mg，失去2 mol电子，则导线中共流过2NA个电子，D错误。
答案：B
14．解析：(1)实验3中构成原电池，锌棒作负极，铜棒作正极，溶液中的氢离子放电，则铜棒表面的现象是有气体生成，电流计指针发生偏转。①实验3和2相比，电极不同，因此可得出原电池的形成条件是有活动性不同的两个电极。②实验1和3相比，实验3中构成闭合回路，由此可得出原电池的形成条件是形成闭合回路。③若将3装置中稀硫酸换成乙醇，电流计指针将不发生偏转，由于乙醇是非电解质，硫酸是电解质，因此可得出原电池的形成条件是有电解质溶液。(2)锌棒作负极，发生失去电子的氧化反应，则Zn棒上发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。铜棒作正极，溶液中的氢离子放电，则Cu棒上发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)实验3中锌棒作负极，铜棒作正极，则电流是从Cu棒流出的，反应过程中若有0.4 mol电子发生转移，根据Zn－2e－===Zn2＋可知消耗0.2 mol Zn，则Zn电极质量减少0.2 mol×65 g·mol－1＝13 g。
答案：(1)有气体生成　发生偏转　①有活动性不同的两个电极　②形成闭合回路　③有电解质溶液
(2)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑　(3)Cu　13
15．解析：(1)根据电池总反应式可知负极为Pb，电极反应式为Pb＋SO－2e－===PbSO4，因此反应一段时间后负极的质量增加。(2)通入甲烷的一极为负极，发生的电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；标准状况下，2.24 L甲烷的物质的量是0.1 mol，0.1 mol CH4参加反应转移0.8 mol电子。(3)常温下，铝在浓硝酸中发生钝化，故a组铜作负极；铝与氢氧化钠溶液反应，铜不与氢氧化钠溶液反应，故b组铝为负极，电极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－。
答案：(1)Pb＋SO－2e－===PbSO4　增加
(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　0.8
(3)Cu　Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－