第一节 化学反应与能量变化
课时2 化学反应与电能
(一)基础巩固
1.(2023·广东广州,改编)近年来,我国科学技术迅猛发展。下列设备工作时,将化学能转化为电能的是 ( )
A.微波炉 B.硅太阳能电池
C.电动车电池充电 D.锂离子电池
解析:微波炉工作时,将电能转化为内能,故A项错误;硅太阳能电池工作时,将太阳能转化为电能,故B项错误;电动车电池充电时,将电能转化为化学能,故C项错误;锂离子电池工作时,将化学能转化为电能,故D项正确。
答案:D
2.(2024·广东佛山南海区石门中学月考)下列各组材料组成如图所示装置,能构成原电池且M作正极的是 ( )
选项 M N P
A Zn Cu 稀硫酸
B Ag Zn 蔗糖溶液
C Ag Fe FeCl3溶液
D Al Mg NaOH溶液
解析:Zn、Cu和稀硫酸构成的原电池中Zn是负极,Cu是正极,即M作负极,A项不符合题意;蔗糖是非电解质,不能构成原电池,B项不符合题意;Ag、Fe和FeCl3溶液构成的原电池中Fe是负极,Ag是正极,即M作正极,C项符合题意;Al与NaOH溶液能发生反应,Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池中Mg是正极,Al是负极,即M作负极,D项不符合题意。
答案:C
3.下面是四个化学反应,理论上不可用于设计原电池的化学反应是 ( )
A.2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
B.2H2+O22H2O
C.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
D.CH4+2O2CO2+2H2O
答案:C
4.汽车的启动电源常用铅酸蓄电池,其放电时的原电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O,根据此反应判断,下列叙述中正确的是 ( )
A.Pb是正极
B.PbO2得电子,被氧化
C.负极反应是Pb+S-2e-PbSO4
D.电池放电时,溶液的酸性增强
解析:从铅酸蓄电池的放电反应可以看出,放电过程中Pb失去电子变为Pb2+,发生氧化反应,因而Pb是负极;PbO2得到电子发生还原反应,被还原;反应过程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性减弱,故C项正确。
答案:C
5.(2024·广东广州高一期末)如图所示为Mg-空气电池装置,下列有关说法正确的是 ( )
A.该电池可将化学能转化为电能
B.电池工作时,空气在碳材料电极上发生氧化反应
C.外电路中电子流向:碳材料电极→导线→镁电极
D.负极反应为:Mg-2e-Mg2+
解析:Mg的金属活动性强,作原电池负极,电极反应为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,通入空气的碳材料作原电池正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,据此解答。该装置为原电池,可将化学能转化为电能,A项正确;原电池中正极得到电子发生还原反应,B项错误;原电池工作时,外电路电子由负极流向正极,则外电路电子由Mg电极经导线流向碳材料电极,C项错误;根据分析可知,负极电极反应为Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,D项错误。
答案:A
6.(2024·广东深圳高一期中)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,电池装置如图所示,其电极分别为Ag2O、Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2,已知Zn(OH)2难溶于水。下列说法中正确的是 ( )
A.负极上发生的反应是Zn-2e-Zn2+
B.工作时,Ag2O电极发生还原反应
C.工作时,电子由Zn电极经过电解质溶液流向Ag2O电极
D.原电池放电时,电解质溶液的碱性不变
解析:根据电池总反应知,Zn失电子发生氧化反应而作负极,负极发生反应Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,Ag2O作正极,正极发生反应Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-,放电时,电解质溶液中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,据此分析解答。负极上Zn电极失电子发生氧化反应,电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,A项错误;工作时,Ag2O电极得到电子发生还原反应,B项正确;工作时,电子经过外电路由Zn电极流向Ag2O电极,电子不能进入电解质溶液,C项错误;根据总反应Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2可知,原电池放电时消耗水,电解质溶液的碱性增强,D项错误。
答案:B
(二)拓展提高
7.小颖用如图所示装置研究原电池原理,下列说法中错误的是 ( )
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
A.若将图Ⅰ装置的Zn、Cu直接接触,Cu片上能看到气泡产生
B.图Ⅱ装置中S向Cu片移动
C.若将图Ⅱ装置中的Zn片改为Mg片,Cu片上产生气泡的速率增大
D.图Ⅱ与图Ⅲ装置中正极生成物的质量比为 1∶32时,Zn片减小的质量相等
解析:Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池,Cu片上可看到有气泡产生,A项正确;S带负电荷,应该向负极(Zn片)移动,B项错误;由于Mg的失电子能力强于Zn,所以将Zn片改为Mg片后,电子转移速率增大,生成H2的速率也增大,C项正确;假设图Ⅱ装置中正极产生2 g H2,则转移2 mol电子,消耗负极65 g Zn,而图Ⅲ装置中正极析出64 g Cu,也转移2 mol电子,消耗负极65 g Zn,故Zn片减小的质量相等,D项正确。
答案:B
8.(2023·广东惠州)中国科学院科学家设计出一套利用SO2和太阳能综合制氢方案,其基本工作原理如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.该电化学装置中,Pt电极作正极
B.BiVO4电极上的电极反应为S-2e-+2OH-S+H2O
C.Pt电极的电势高于BiVO4电极的电势
D.电子流向:Pt电极→外电路→BiVO4电极
解析:根据题图可知,BiVO4电极为负极,所以Pt电极发生还原反应作正极,故A项正确;BiVO4电极发生氧化反应,电极反应为S-2e-+2OH-S+H2O,故B项正确;Pt电极为正极,BiVO4电极为负极,所以Pt电极电势高于BiVO4电极,故C项正确;电子从BiVO4电极(负极)经导线流向Pt电极(正极),且不能进入溶液,故D项错误。
答案:D
9.把A、B、C、D四种金属按下表所示装置进行实验。
装置
现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题。
(1)装置甲中负极的电极反应是 。
(2)装置乙中正极的电极反应是 。
(3)装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。
解析:装置甲中,二价金属A不断溶解,说明该装置构成了原电池,且A失电子发生氧化反应而作负极,B作正极。装置乙中C的质量增加,说明C上铜离子得电子发生还原反应,则C作原电池正极,B作负极。装置丙中A上有气体产生,说明A上氢离子得电子发生还原反应,则A作原电池正极,D作负极,随着H+的消耗,溶液pH变大。作原电池负极的金属的活动性大于作正极的金属的活动性,所以金属活动性强弱顺序是:D>A>B>C。
答案: (1)A-2e-A2+
(2)Cu2++2e-Cu
(3)变大
(4)D>A>B>C
(三)挑战创新
10.(2022·广东广州,改编)电能在生产、生活中起着十分重要的作用。某学习小组的同学利用已经学习的氧化还原反应知识对电流的产生进行探究。
(1)【提出问题】可否让氧化还原反应中某些带电粒子的移动产生电流
【查阅资料】①导线中的电流是由于电子的定向移动产生的。②利用反应Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑。
通过图1特定装置使氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行,可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动,形成电流。
图1 图2
如图1所示,当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时,由于锌比铜活泼,与稀硫酸作用容易失去电子,被氧化成锌离子而进入溶液,锌片:Zn-2e-Zn2+(氧化反应);电子由锌片通过导线流向铜片,溶液中的氢离子从铜片获得电子,被还原成氢原子,氢原子结合成氢分子从铜片上放出,铜片: (还原反应)。
(2)【实验探究】利用铁与硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4FeSO4+Cu)产生电流。第一步:按图2组成实验装置,用导线将铜片与电流表正极接线柱相连接,用导线将铁片与电流表负极接线柱相连接;第二步:向烧杯中加入硫酸铜溶液;第三步:观察到电流表指针偏转, 片逐渐溶解,溶液由蓝色逐渐变为 色。
(3)【交流反思】两个金属片区域发生的反应分别
为: (氧化反应), (还原反应)。
解析: (1)铜片作正极,发生还原反应,氢离子得电子,生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑。
(2)由铁与硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4FeSO4+Cu)产生电流可知,铁作负极,观察到电流表指针偏转,铁片逐渐溶解,生成亚铁离子,溶液由蓝色逐渐变为浅绿色。
(3)在反应中,铁作负极,发生氧化反应,电极反应为Fe-2e-Fe2+;铜作正极,铜离子得电子,发生还原反应,电极反应为Cu2++2e-Cu。
答案: (1)2H++2e-H2↑
(2)铁 浅绿
(3)Fe-2e-Fe2+ Cu2++2e-Cu
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第六章 化学反应与能量
2
2门世2有
3厚
课堂建构
锌锰干电池、二次电池、燃料电池
化学
电池
较不活泼的金
正极
属或能导电的
还原
电子
电流
原
非金属
反应
流入
流出
电材
极料
电流
电流
流向
负极
活泼的金属
氧化
电子
电流
反应
流出
流入
应用
比较金属活动性强弱、设计原电池
