第一课时 化学能转化为电能
学习目标 1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。2.从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。3.体会研制新型电池的重要性。
一、原电池工作原理
(一)知识梳理
1.原电池
(1)概念:将 转变为 的装置称为原电池。
(2)原电池中的化学反应。还原剂在负极发生 反应, 电子,氧化剂在正极发生 反应, 电子。
2.原电池的构成条件
(二)互动探究
实验 步骤 实验操作 实验 现象 结论
1 将锌片和铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象 锌片逐渐溶解,表面产生大量气泡;铜片无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气,铜与稀硫酸不反应
2 将锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象 锌片逐渐溶解,表面产生大量气泡;铜片无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气,铜与稀硫酸不反应
3 用导线连接锌片和铜片,观察现象 锌片逐渐溶解,铜片表面产生大量气泡 锌与稀硫酸发生反应,铜片表面产生氢气
4 用导线在锌片和铜片之间串联一个灵敏电流计,观察现象 锌片逐渐溶解,铜片表面产生大量气泡,灵敏电流计的指针发生偏转 锌与稀硫酸发生反应,铜片表面产生氢气;电路中有电流产生
【问题讨论】
1.若将实验3中铜片换成石墨棒,能否产生电流 电极反应有无变化
2.若将实验4中稀硫酸换成CuSO4溶液,能否产生电流 电极反应和总反应有何不同
【探究归纳】
1.原电池的工作原理(以Zn—H2SO4—Cu原电池为例)
2.原电池中的三个方向
(1)电子方向:从负极流出沿导线流入正极。
(2)电流方向:从正极沿导线流向负极。
(3)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
3.原电池正、负极的判断
1.某小组为研究原电池原理,设计如图装置。下列叙述正确的是 ( )
A.a和b不连接时,铁片上会有H2产生
B.a和b用导线连接时,铁片上发生的反应为Cu2++2e-Cu
C.a和b用导线连接时,电子由a流向b
D.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
2.如图所示电流表的指针发生偏转,同时A极的质量减小,B极上有气泡产生,C为电解质溶液,下列说法错误的是 ( )
A.B极为原电池的正极
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu和稀盐酸
C.C中阳离子向A极移动
D.A极发生氧化反应
3.将纯锌片和纯铜片按图所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.两烧杯中溶液的pH均增大
D.甲中产生气泡的速率比乙中小
二、原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率
氧化还原反应在形成原电池时反应速率增大。例如Zn与稀H2SO4反应时,滴加少量CuSO4溶液,Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池,加快Zn与稀硫酸反应的速率。
2.比较金属的活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如,有两种金属a、b,用导线连接插入稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生,则a为负极,b为正极,金属活动性a>b。
3.金属腐蚀的防护
在轮船外壳上镶嵌锌块,锌块和铁在海水中形成原电池,锌作负极失去电子,保护铁不被腐蚀。
4.设计原电池
设计思路 实例
以发生的氧化还原反应为基础 Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2
把氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应 氧化反应(负极反应):Cu-2e-Cu2+ 还原反应(正极反应):2Fe3++2e-2Fe2+
根据原电池原理确定电极材料和电解质溶液 负极:Cu 正极:石墨 电解质溶液:FeCl3溶液
画出原电池的装置简图
5.钢铁的电化学腐蚀
(1)实验探究
实验内容 在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水,放置一段时间
实验现象 液滴周围逐渐呈现 ,并慢慢形成红色的锈斑
实验结论 钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀
钢铁的电化 学腐蚀原理 图示
形成 条件 钢铁表面形成的电解质溶液中溶有 ,通常溶液呈 或 性
电极 材料 负极是 ,正极是
电极 反应 负极反应式: , 正极反应式:
总反 应式
溶液 中的 反应
(2)电化学腐蚀概念
不纯金属与电解质溶液接触,发生 反应,比较活泼的金属 被氧化,这种腐蚀叫作电化学腐蚀。
1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验 装置
部分实 验现象 a极质量减小,b极质量增大 b极有气泡产生,c极无变化 d极溶解,c极有气泡产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
2.下列做法,能使Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑的反应速率增大的是 ( )
A.增大硫酸溶液的体积
B.改用浓硫酸代替稀硫酸
C.用锌粒代替锌粉
D.滴加少量CuCl2溶液
3.已知化学反应:
a.AgNO3+NaClAgCl↓+NaNO3
b.2AgNO3+Cu2Ag+Cu(NO3)2
请回答下列问题:
(1)上述两个化学反应中有一个不可用于设计原电池,它是 (填字母),其原因是
;
另一个可用于设计原电池,该原电池中,负极反应式是 ,
正极反应式是 ,
电池总反应的离子方程式是
。
(2)如果利用化学反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,设计原电池,请在如图方框中标明电极材料和电解质溶液的名称(图中“I”表示电流)。
1.下列各个装置中能组成原电池的是 ( )
2.某兴趣小组以形状、大小均相同的铜片和锌片为电极研究水果电池,装置如图所示,实验所得数据如表所示:
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
电池工作时,下列说法不正确的是 ( )
A.化学能转化为电能
B.负极的电极反应为Zn-2e-Zn2+
C.电子从锌片经水果流向铜片
D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响
3.钢铁的电化学腐蚀原理如图所示,下列有关说法错误的是 ( )
A.钢铁里的铁和碳与食盐水形成无数微小的原电池
B.铁电极发生氧化反应
C.负极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-
D.放置一段时间后,铁片上有铁锈出现
4.如图所示装置中,A、B为金属电极,C为电解质溶液,观察到A极逐渐变细,B极上有气泡产生,电流计指针发生偏转,由此可以判断下列各组中的A、B、C物质成立的是 ( )
A.A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸
B.A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液
C.A是Al、B是Mg、C为稀硫酸
D.A是Ag、B是Zn、C为盐酸
5.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示:
(1)原电池的负极反应式是 ,
正极反应式是 。
(2)电流的方向是 。
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是 (设溶液体积不变)。
第一课时 化学能转化为电能
一、
1.(1)化学能 电能 (2)氧化 失去 还原 得到 2.活泼性不同 电解质 闭合回路
问题讨论
1.仍可产生电流,更换后石墨作正极,电极反应与电池总反应均不变。
2.也能形成原电池,产生电流。Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;铜作正极,溶液中Cu2+在正极上得电子,电极反应式为Cu2++2e-Cu,总反应式:Zn+Cu2+Zn2++Cu。
对点训练
1.D [A项,a和b不连接时,铁和Cu2+发生置换反应而析出铜,没有氢气生成,错误;B项,a和b用导线连接时构成原电池,铁是负极,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,错误;C项,Fe比铜活泼,形成原电池时Fe为负极,则电子由b流向a,错误;D项,无论a和b是否连接,铁片均会溶解,都生成亚铁离子,溶液由蓝色变成浅绿色,D正确。]
2.C [原电池中,负极金属失去电子,发生氧化反应,溶解,质量减小,故A极为负极,B极为正极,A、D项正确;A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时,可以构成原电池,且现象符合题意,B项正确;电解质溶液中阳离子移向正极(B极),C项错误。]
3.C [由题图可知,甲中形成闭合回路,符合构成原电池的条件,铜的活泼性比锌的弱,故铜作正极,发生的电极反应为2H++2e-H2↑;乙中未形成闭合回路,不能构成原电池,只在锌片上发生反应:Zn+2H+Zn2++H2↑,由于两烧杯中都消耗H+,故两烧杯中溶液的pH都增大。由于原电池的形成,故甲中产生气泡的速率比乙中大。]
二、
5.(1)红色 O2 中性 弱碱 Fe C 2Fe-4e-2Fe2+ 2H2O+O2+4e-4OH- 2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O (2)原电池 失去电子
对点训练
1.C [装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,由b极有气泡产生可知金属活动性顺序中b极金属位于氢的前面,c极金属位于氢的后面。装置三和四均形成原电池,根据电极质量变化及电流方向易知d极金属比c极金属活泼,d极金属比a极金属活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c,C正确。]
2.D [A错误,增大硫酸溶液的体积不能增大氢离子浓度,反应速率不变。B错误,浓硫酸与锌反应生成二氧化硫,不生成氢气。C错误,用锌粒代替锌粉,固体表面积减小,反应速率减小。D正确,滴加少量CuCl2溶液,锌置换出铜,铜和锌形成原电池,铜作正极,锌作负极,失电子,溶解加快,反应速率增大。]
3.(1)a a是复分解反应,不是氧化还原反应 Cu-2e-Cu2+
2Ag++2e-2Ag Cu+2Ag+Cu2++2Ag
(2)①Ag(不如铜活泼的金属或石墨) ②Cu ③氯化铁溶液(或硫酸铁溶液等)
解析 (1)能够发生氧化还原反应才能设计成原电池。a是复分解反应,不是氧化还原反应。b是氧化还原反应,可设计成原电池,该原电池中,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上银离子得电子发生还原反应,负极反应式是Cu-2e-Cu2+;正极反应式是2Ag++2e-2Ag;电池总反应的离子方程式是Cu+2Ag+Cu2++2Ag。(2)根据电池反应式知,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上铁离子得电子发生还原反应,所以负极材料应该是铜,正极材料应该是不如铜活泼的金属或导电的非金属等(如银或石墨等),电解质溶液应该是氯化铁或硫酸铁溶液等。
课堂达标训练
1.B [A项,两个电极材料相同,不能构成原电池。B项,锌的活泼性大于铜,硫酸铜为电解质溶液,锌能够与硫酸铜反应,符合原电池的构成条件,能组成原电池。C项,乙醇不是电解质溶液且不能进行氧化还原反应,不能构成原电池。D项,没有形成闭合回路,不能构成原电池。]
2.C [电池工作时将化学能转化为电能,A项正确;由题图分析可知,Zn为负极,失去电子,发生氧化反应,则负极的电极反应为Zn-2e-Zn2+,B项正确;电子从负极(锌片)经导线流向正极(铜片),不是经水果流向铜片,C项错误;分析表中数据可知,水果种类不同、电极间距离不同,电流的大小不同,所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响,D项正确。]
3.C [钢铁里的铁和碳与食盐水形成无数微小的原电池,发生了电化学腐蚀,A正确;铁作负极,发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,B正确、C错误;碳作正极,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁,氢氧化铁失水生成氧化铁,因此放置一段时间后,铁片上有铁锈出现,D正确。]
4.A [A极逐渐变细,B极上有气泡产生,说明A极为负极,B极为正极,金属活动性:A>B,C、D项不符合题意;B极上有气泡产生,则电解质溶液中有H+得到电子生成H2,即电解质溶液为酸溶液,A项符合题意,B项不符合题意。]
5.(1)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
(2)由Cu极经导线流向Zn极
(3)4.875 9.03×1022 0.75 mol·L-1
解析 (1)原电极的负极反应式为Zn-2e-Zn2+,正极反应式是2H++2e-H2↑。(2)电流的方向是由Cu极经导线流向Zn极。(3)产生1.68 L(标准状况)气体即0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4,所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)==0.75 mol·L-1。(共67张PPT)
第三单元 化学能与电能的转化
专题 化学反应与能量变化
第一课时 化学能转化为电能
6
1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。2.从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。3.体会研制新型电池的重要性。
学习目标
一、原电池工作原理
二、原电池原理的应用
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、原电池工作原理
对点训练
(一)知识梳理
1.原电池
(1)概念:将 转变为 的装置称为原电池。
(2)原电池中的化学反应。还原剂在负极发生 反应, 电子,氧化剂在正极发生 反应, 电子。
化学能
电能
氧化
失去
还原
得到
2.原电池的构成条件
活泼性不同
电解质
闭合回路
(二)互动探究
【问题讨论】
1.若将实验3中铜片换成石墨棒,能否产生电流 电极反应有无变化
提示 仍可产生电流,更换后石墨作正极,电极反应与电池总反应均不变。
2.若将实验4中稀硫酸换成CuSO4溶液,能否产生电流 电极反应和总反应有何不同
提示 也能形成原电池,产生电流。Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;铜作正极,溶液中Cu2+在正极上得电子,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,总反应式:Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
【探究归纳】
1.原电池的工作原理(以Zn—H2SO4—Cu原电池为例)
2.原电池中的三个方向
(1)电子方向:从负极流出沿导线流入正极。
(2)电流方向:从正极沿导线流向负极。
(3)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。
3.原电池正、负极的判断
1.某小组为研究原电池原理,设计如图装置。下列叙述正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有H2产生
B.a和b用导线连接时,铁片上发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.a和b用导线连接时,电子由a流向b
D.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D
解析 A项,a和b不连接时,铁和Cu2+发生置换反应而析出铜,没有氢气生成,错误;B项,a和b用导线连接时构成原电池,铁是负极,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-===Fe2+,错误;C项,Fe比铜活泼,形成原电池时Fe为负极,则电子由b流向a,错误;D项,无论a和b是否连接,铁片均会溶解,都生成亚铁离子,溶液由蓝色变成浅绿色,D正确。
2.如图所示电流表的指针发生偏转,同时A极的质量减小,B极上有气泡产生,C为电解质溶液,下列说法错误的是( )
A.B极为原电池的正极
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu和稀盐酸
C.C中阳离子向A极移动
D.A极发生氧化反应
解析 原电池中,负极金属失去电子,发生氧化反应,溶解,质量减小,故A极为负极,B极为正极,A、D项正确;A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时,可以构成原电池,且现象符合题意,B项正确;电解质溶液中阳离子移向正极(B极),C项错误。
C
3.将纯锌片和纯铜片按图所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.两烧杯中溶液的pH均增大
D.甲中产生气泡的速率比乙中小
C
解析 由题图可知,甲中形成闭合回路,符合构成原电池的条件,铜的活泼性比锌的弱,故铜作正极,发生的电极反应为2H++2e-===H2↑;乙中未形成闭合回路,不能构成原电池,只在锌片上发生反应:Zn+2H+===Zn2++H2↑,由于两烧杯中都消耗H+,故两烧杯中溶液的pH都增大。由于原电池的形成,故甲中产生气泡的速率比乙中大。
二、原电池原理的应用
对点训练
1.加快氧化还原反应的速率
氧化还原反应在形成原电池时反应速率增大。例如Zn与稀H2SO4反应时,滴加少量CuSO4溶液,Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池,加快Zn与稀硫酸反应的速率。
2.比较金属的活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如,有两种金属a、b,用导线连接插入稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生,则a为负极,b为正极,金属活动性a>b。
3.金属腐蚀的防护
在轮船外壳上镶嵌锌块,锌块和铁在海水中形成原电池,锌作负极失去电子,保护铁不被腐蚀。
4.设计原电池
设计思路 实例
以发生的氧化还原反应为基础 Cu+2FeCl3===2FeCl2+CuCl2
把氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应 氧化反应(负极反应):Cu-2e-===Cu2+
还原反应(正极反应):2Fe3++2e-===2Fe2+
根据原电池原理确定电极材料和电解质溶液 负极:Cu
正极:石墨
电解质溶液:FeCl3溶液
画出原电池的装置简图
5.钢铁的电化学腐蚀
(1)实验探究
实验内容 在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水,放置一段时间
实验现象 液滴周围逐渐呈现 ,并慢慢形成红色的锈斑
实验结论 钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀
红色
钢铁的电化 学腐蚀原理 图示
形成条件 钢铁表面形成的电解质溶液中溶有 ,通常溶液呈 或 性
电极材料 负极是 ,正极是
电极反应 负极反应式: ,
正极反应式:
总反应式
钢铁的电化 学腐蚀原理 溶液中 的反应
O2
中性
弱碱
Fe
C
2Fe-4e-===2Fe2+
2H2O+O2+4e-===4OH-
2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
(2)电化学腐蚀概念
不纯金属与电解质溶液接触,发生 反应,比较活泼的金属 被氧化,这种腐蚀叫作电化学腐蚀。
原电池
失去电子
1.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c
C
解析 装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,由b极有气泡产生可知金属活动性顺序中b极金属位于氢的前面,c极金属位于氢的后面。装置三和四均形成原电池,根据电极质量变化及电流方向易知d极金属比c极金属活泼,d极金属比a极金属活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c,C正确。
2.下列做法,能使Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑的反应速率增大的是( )
A.增大硫酸溶液的体积 B.改用浓硫酸代替稀硫酸
C.用锌粒代替锌粉 D.滴加少量CuCl2溶液
解析 A错误,增大硫酸溶液的体积不能增大氢离子浓度,反应速率不变。B错误,浓硫酸与锌反应生成二氧化硫,不生成氢气。C错误,用锌粒代替锌粉,固体表面积减小,反应速率减小。D正确,滴加少量CuCl2溶液,锌置换出铜,铜和锌形成原电池,铜作正极,锌作负极,失电子,溶解加快,反应速率增大。
D
3.已知化学反应:
a.AgNO3+NaCl===AgCl↓+NaNO3
b.2AgNO3+Cu===2Ag+Cu(NO3)2
请回答下列问题:
(1)上述两个化学反应中有一个不可用于设计原电池,它是 (填字母),其原因是 ; 另一个可用于设计原电池,该原电池中,负极反应式是 ,
正极反应式是 , 电池总反应的离子方程式是
。
a
a是复分解反应,不是氧化还原反应
Cu-2e-===Cu2+
2Ag++2e-===2Ag
Cu+2Ag+===Cu2++2Ag
解析 (1)能够发生氧化还原反应才能设计成原电池。a是复分解反应,不是氧化还原反应。b是氧化还原反应,可设计成原电池,该原电池中,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上银离子得电子发生还原反应,负极反应式是Cu-2e-===Cu2+;正极反应式是2Ag++2e-===2Ag;电池总反应的离子方程式是Cu+2Ag+===Cu2++2Ag。
(2)如果利用化学反应Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+,设计原电池,请在如图方框中标明电极材料和电解质溶液的名称(图中“I”表示电流)。
答案 (2)①Ag(不如铜活泼的金属或石墨) ②Cu
③氯化铁溶液(或硫酸铁溶液等)
解析 (2)根据电池反应式知,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上铁离子得电子发生还原反应,所以负极材料应该是铜,正极材料应该是不如铜活泼的金属或导电的非金属等(如银或石墨等),电解质溶液应该是氯化铁或硫酸铁溶液等。
课堂达标训练
1.下列各个装置中能组成原电池的是( )
解析 A项,两个电极材料相同,不能构成原电池。B项,锌的活泼性大于铜,硫酸铜为电解质溶液,锌能够与硫酸铜反应,符合原电池的构成条件,能组成原电池。C项,乙醇不是电解质溶液且不能进行氧化还原反应,不能构成原电池。D项,没有形成闭合回路,不能构成原电池。
B
2.某兴趣小组以形状、大小均相同的铜片和锌片为电极研究水果电池,装置如图所示,实验所得数据如表所示:
C
实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA
1 番茄 1 98.7
2 番茄 2 72.5
3 苹果 2 27.2
电池工作时,下列说法不正确的是( )
A.化学能转化为电能
B.负极的电极反应为Zn-2e-===Zn2+
C.电子从锌片经水果流向铜片
D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响
解析 电池工作时将化学能转化为电能,A项正确;由题图分析可知,Zn为负极,失去电子,发生氧化反应,则负极的电极反应为Zn-2e-===Zn2+,B项正确;电子从负极(锌片)经导线流向正极(铜片),不是经水果流向铜片,C项错误;分析表中数据可知,水果种类不同、电极间距离不同,电流的大小不同,所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响,D项正确。
3.钢铁的电化学腐蚀原理如图所示,下列有关说法错误的是( )
A.钢铁里的铁和碳与食盐水形成无数微小的原电池
B.铁电极发生氧化反应
C.负极的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-
D.放置一段时间后,铁片上有铁锈出现
解析 钢铁里的铁和碳与食盐水形成无数微小的原电池,发生了电化学腐蚀,A正确;铁作负极,发生氧化反应:Fe-2e-===Fe2+,B正确、C错误;碳作正极,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,总反应为2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2,氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁,氢氧化铁失水生成氧化铁,因此放置一段时间后,铁片上有铁锈出现,D正确。
C
4.如图所示装置中,A、B为金属电极,C为电解质溶液,观察到A极逐渐变细,B极上有气泡产生,电流计指针发生偏转,由此可以判断下列各组中的A、B、C物质成立的是( )
A.A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸
B.A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液
C.A是Al、B是Mg、C为稀硫酸
D.A是Ag、B是Zn、C为盐酸
解析 A极逐渐变细,B极上有气泡产生,说明A极为负极,B极为正极,金属活动性:A>B,C、D项不符合题意;B极上有气泡产生,则电解质溶液中有H+得到电子生成H2,即电解质溶液为酸溶液,A项符合题意,B项不符合题意。
A
5.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示:
(1)原电池的负极反应式是 ,
正极反应式是 。
(2)电流的方向是 。
(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗 g锌,有 个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是 (设溶液体积不变)。
Zn-2e-===Zn2+
2H++2e-===H2↑
由Cu极经导线流向Zn极
4.875
9.03×1022
0.75 mol·L-1
解析 (1)原电极的负极反应式为Zn-2e-===Zn2+,正极反应式是2H++2e-===H2↑。(2)电流的方向是由Cu极经导线流向Zn极。(3)产生1.68 L(标准状况)气体即0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4,所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022, c(H2SO4)==0.75 mol·L-1。
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.下列关于原电池说法正确的是( )
A.原电池的负极材料一定比正极活泼
B.中和反应可设计成原电池
C.原电池工作时,阳离子移向正极
D.原电池两极都必须是金属材料
C
解析 A.原电池的负极材料失去电子,正极材料得到电子,一般来说负极材料比正极材料活泼,但Mg—Al—NaOH原电池,正极材料比负极材料活泼,故A错误;B.中和反应不是氧化还原反应,因此不能设计成原电池,故B错误;C.原电池工作时,阳离子移向正极,故C正确;D.原电池两极可以是活泼性不同的金属材料,也可以负极是金属材料,正极是能导电的非金属材料,也可以两个电极都是能导电的非金属材料,故D错误。
2.下列叙述正确的是( )
A.反应AlCl3+4NaOH===NaAlO2+3NaCl+2H2O可以设计成原电池
B.Zn和稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C.把Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,观察到Cu片上产生大量气泡,说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D.Zn Cu原电池工作过程中,溶液中H+向负极做定向移动
B
解析 选项A属于非氧化还原反应,不能用于设计原电池,错误;选项B中锌与置换出来的铜在电解质溶液中构成原电池,加快产生H2的速率,正确;选项C中Cu与稀H2SO4不反应,Fe在稀H2SO4中不发生钝化,Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,Fe为负极,发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+;Cu为正极,电极反应为2H++ 2e-===H2↑,Cu片上产生气泡,错误;选项D中H+应向原电池的正极做定向移动,错误。
3.某化学兴趣小组利用反应:Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2,设计了如图所示的原电池装置,下列说法正确的是( )
A.Zn为负极,发生还原反应
B.b电极反应式为2Fe3++2e-===2Fe2+
C.电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极
D.电池的正极材料可以选用石墨、铂电极、也可以用铜电极
D
解析 根据Cl-的移动方向可知,b电极为负极,a电极为正极,根据电池反应式可知,Zn发生失电子的氧化反应,即b电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,A、B错误;电子流动方向是b电极→导线→a电极,C错误;正极材料的活泼性应比负极材料弱,D正确。
4.某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后,在读书卡片上记下了如下6条记录,其中合理的是( )
卡片NO.28 Date:2024.2.12
实验后的记录:
①Zn为正极,Cu为负极
②H+向负极移动
③电子流动方向为Zn→导线→Cu
④Cu极有H2产生
⑤若有1 mol电子流过导线,则产生0.5 mol H2
⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+
A.①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.②③④
B
解析 在铜锌原电池中,锌为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;Cu为正极,得到电子,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-===H2↑,所以H+向正极移动,电子由锌流出,经过导线流向铜,每流过1 mol电子,生成0.5 mol H2,正确答案为③④⑤。
5.如图所示的装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,并测得电解质溶液的质量减小,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是( )
C
选项 M N P
A Zn Cu 稀硫酸
B Cu Fe 稀盐酸
C Ag Zn 硝酸银溶液
D Zn Fe 硫酸亚铁溶液
解析 观察到电流计指针偏转,说明该装置是原电池。M棒变粗,N棒变细,说明M电极作正极,N电极作负极,N极材料比M极材料活泼。溶液中的金属阳离子在正极放电析出金属,测得电解质溶液的质量减小,说明转移相同电子时,析出的金属质量大于溶解的金属质量,结合选项分析判断。M极材料(Zn)比N极材料(Cu)活泼,A错误;溶液中的氢离子放电,M极上质量不增加,B错误;N极材料(Zn)比M极材料(Ag)活泼,且M极上有银析出,由得失电子守恒可知每溶解1 mol Zn析出2 mol Ag,所以电解质溶液的质量减小,符合题意,C正确;M极材料(Zn)比N极材料(Fe)活泼,D错误。
6.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-===Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生电化学腐蚀
C
解析 A项,铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池,铁作负极,铁失去电子生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,错误;B项,铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外,还可转化为热能等,错误;C项,Fe与活性炭能构成原电池,铁腐蚀的速率变快,正确;D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生电化学腐蚀,错误。
7.由Fe和Pt构成的原电池装置如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该装置中Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.该装置中Fe为负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+
C.溶液中Na+向Fe极移动
D.该原电池装置的最终产物是Fe(OH)2
解析 A.该装置中Pt为正极,氧气发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-=== 4OH-,故A项正确;B.该装置中Fe为负极,电极反应为Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2,故B项错误;C.Fe是负极,Pt是正极,因此溶液中Na+向Pt极移动,故C项错误;D.氢氧化亚铁易被氧化,因此该原电池装置的最终产物是Fe(OH)3,故D项错误。
A
8.铜锌原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C
解析 题中所述铜锌原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加,溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。
9.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
(1)A中反应的离子方程式为
。
(2)B中锡极为 极,电极反应式为
,锡极附近溶液的酸性
(填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为 极,电极反应式为 。
(3)C中被腐蚀的金属是 ,总反应的化学方程式为
。
(4)A、B、C中铁被腐蚀由快到慢的顺序是 。
Fe+2H+===Fe2++H2↑
正
2H++2e-===H2↑
减弱
负
Fe-2e-===Fe2+
Zn
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
B>A>C
解析 A中不能形成原电池,铁与稀硫酸发生置换反应。B中能形成原电池,铁比锡活泼,锡为正极,铁为负极,铁被腐蚀的速率加快。C能形成原电池,锌比铁活泼,锌为负极,不断被腐蚀,铁为正极,被保护。
①若电解质溶液为稀硫酸,则正极为 (填“Mg”
或“ Al”),电极反应式为 。
负极是 ,电极反应式为
。
②若电解质溶液为NaOH溶液,则正极为 (填“Mg”或“ Al”)。
10.(1)如图所示,将Mg、Al和电解质溶液组成一种原电池。试回答下列问题:
Al
2H++2e-===H2↑
Mg
Mg-2e-===Mg2+
Mg
解析 (1)电解质溶液为稀硫酸时,镁、铝都能与稀硫酸反应,但由于镁的金属活动性比铝强,所以镁为原电池的负极,电极反应式为Mg-2e-===Mg2+,铝为正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑。当电解质溶液为NaOH溶液时,由于铝能与NaOH溶液反应,而镁不与NaOH溶液反应,所以镁为原电池的正极。
(2)若将铝片与铜片用导线连接后,插入稀硝酸的烧杯中,负极为 ,若将铝片与铜片用导线连接后,插入浓硝酸的烧杯中。下列叙述正确的是 (填字母序号)。
A.Al比Cu活泼,Al为负极,Cu极上析出NO2
B.Cu为负极,Al为正极,Al极上析出Cu
C.Cu为负极,电极反应为Cu-2e-===Cu2+
D.Al为正极,电极反应为2H++2e-===H2↑
Al
C
解析 (2)Al和Cu都与稀硝酸反应,但Al的金属活动性比Cu强,所以负极为Al。Al在浓硝酸中发生钝化,Cu在浓硝酸中发生反应,被氧化,即在浓硝酸中活动性Cu>Al,Cu是原电池的负极,电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,Al是原电池的正极,电极反应式为2H++N+e-===NO2↑+H2O。
B级 素养培优练
11.按图1所示装置进行实验,若图2中x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.①③ B.②④ C.①③⑤ D.②④⑤
C
解析 N不参加反应,因此c(N)不变,②不符合图像变化;负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,正极反应式为Ag++e-===Ag,则a棒的质量逐渐减少,b棒的质量逐渐增加,c(Ag+)逐渐减小,①③符合图像变化,④不符合图像变化;由电极反应式可知,每溶解56 g铁转移2 mol电子,有216 g银从溶液中析出,故随着反应的进行,溶液的质量减小,⑤符合图像变化。
12.Ⅰ.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,请回答下列问题:
(1)下列说法正确的是 (填字母序号)。
A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B.乙中铜片上没有明显变化
C.甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D.两烧杯中溶液的pH均增大
(2)在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲 乙(填“>” “<”或“=”)。
BD
>
解析 (1)甲符合原电池构成条件,所以属于原电池,乙不能构成闭合回路,所以不能构成原电池,A项错误;乙不能构成原电池,H+在锌片上得电子发生还原反应,所以乙中铜片上没有明显变化,B项正确;甲中铜片作正极,正极上H+得电子生成H2,所以铜片质量不变,乙中锌和H+发生置换反应,所以质量减少,C项错误;两烧杯中锌和H+发生置换反应导致溶液中H+浓度减小,所以溶液的pH均增大,D项正确。
(2)作原电池负极的金属加速被腐蚀,所以在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲>乙。
(3)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时,通过导线的电子数目为 。
(4)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时,将锌、铜片取出,再将烧杯中的溶液稀释至1 L,测得溶液中c(H+)=0.1 mol·L-1(设反应前后溶液体积不变)。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。
Ⅱ.如图丙是利用反应c设计的原电池装置。
(5)反应c的离子方程式是 。
(6)该装置将氧化反应和还原反应分开进行,还原反应在
(填“铁”或“石墨”)上发生。
6.02×1022
1 mol·L-1
Fe+2Fe3+===3Fe2+
石墨
解析 (3)甲中,铜电极上H+得电子生成H2,电极反应式为2H++2e-===H2↑,根据电极反应式知,通过电子的物质的量=×2=0.1 mol,即通过导线的电子数目为6.02×1022。(4)稀释后H+的物质的量为1 L×0.1 mol·L-1=0.1 mol,生成氢气时消耗氢离子的物质的量为×2=0.1 mol,所以原溶液中H+的物质的量为0.2 mol,原溶液中H+的浓度为=2 mol·L-1,则原溶液中稀硫酸的浓度为1 mol·L-1。(5)根据图丙,铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,反应的离子方程式是Fe+2Fe3+=== 3Fe2+。(6)该装置将氧化反应和还原反应分开进行,铁电极发生氧化反应:Fe-2e-===Fe2+,石墨电极上发生还原反应:Fe3++e-===Fe2+,所以还原反应在石墨上发生。专题6 作业5 化学能转化为电能
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~8题,每题4分)
1.下列关于原电池说法正确的是 ( )
原电池的负极材料一定比正极活泼
中和反应可设计成原电池
原电池工作时,阳离子移向正极
原电池两极都必须是金属材料
2.下列叙述正确的是 ( )
反应AlCl3+4NaOHNaAlO2+3NaCl+2H2O可以设计成原电池
Zn和稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
把Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,观察到Cu片上产生大量气泡,说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化
Zn-Cu原电池工作过程中,溶液中H+向负极做定向移动
3.某化学兴趣小组利用反应:Zn+2FeCl3ZnCl2+2FeCl2,设计了如图所示的原电池装置,下列说法正确的是 ( )
Zn为负极,发生还原反应
b电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+
电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极
电池的正极材料可以选用石墨、铂电极、也可以用铜电极
4.某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后,在读书卡片上记下了如下6条记录,其中合理的是 ( )
(
卡片NO.28 Date
:
2024.2.12
实验后的记录
:
①
Zn为正极
,
Cu为负极
②
H
+
向负极移动
③
电子流动方向为Zn→导线→Cu
④
Cu极有H
2
产生
⑤
若有1 mol电子流过导线
,
则产生0.5 mol H
2
⑥
正极的电极反应式为Zn-2e
-
Zn
2+
)
①②③ ③④⑤
④⑤⑥ ②③④
5.如图所示的装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,并测得电解质溶液的质量减小,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是 ( )
选项 M N P
Zn Cu 稀硫酸
Cu Fe 稀盐酸
Ag Zn 硝酸银溶液
Zn Fe 硫酸亚铁溶液
6.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 ( )
铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
活性炭的存在会加速铁的腐蚀
以水代替NaCl溶液,铁不能发生电化学腐蚀
7.由Fe和Pt构成的原电池装置如图所示,下列叙述正确的是 ( )
该装置中Pt为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
该装置中Fe为负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+
溶液中Na+向Fe极移动
该原电池装置的最终产物是Fe(OH)2
8.铜锌原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是 ( )
铜电极上发生氧化反应
电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小
电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
9.(12分)A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
(1)(2分)A中反应的离子方程式为
。
(2)(5分)B中锡极为 极,电极反应式为
,
锡极附近溶液的酸性 (填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为 极,电极反应式为 。
(3)(3分)C中被腐蚀的金属是 (1分),总反应的化学方程式为
(2分)。
(4)(2分)A、B、C中铁被腐蚀由快到慢的顺序是 。
10.(10分)(1)(7分)如图所示,将Mg、Al和电解质溶液组成一种原电池。试回答下列问题:
①若电解质溶液为稀硫酸,则正极为 (1分)(填“Mg”或“ Al”),电极反应式为 (2分)。
负极是 (1分),电极反应式为
(2分)。
②(1分)若电解质溶液为NaOH溶液,则正极为 (填“Mg”或“ Al”)。
(2)(3分)若将铝片与铜片用导线连接后,插入稀硝酸的烧杯中,负极为 (1分),若将铝片与铜片用导线连接后,插入浓硝酸的烧杯中。下列叙述正确的是 (2分)(填字母序号)。
A.Al比Cu活泼,Al为负极,Cu极上析出NO2
B.Cu为负极,Al为正极,Al极上析出Cu
C.Cu为负极,电极反应为Cu-2e-Cu2+
D.Al为正极,电极反应为2H++2e-H2↑
B级 素养培优练
11.(4分)按图1所示装置进行实验,若图2中x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示 ( )
①c(Ag+) ②c(N) ③a棒的质量
④b棒的质量 ⑤溶液的质量
①③ ②④
①③⑤ ②④⑤
12.(12分)Ⅰ.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,请回答下列问题:
(1)(2分)下列说法正确的是 (填字母序号)。
A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B.乙中铜片上没有明显变化
C.甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D.两烧杯中溶液的pH均增大
(2)(2分)在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲 乙(填“>” “<”或“=”)。
(3)(2分)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时,通过导线的电子数目为 。
(4)(2分)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时,将锌、铜片取出,再将烧杯中的溶液稀释至1 L,测得溶液中c(H+)=0.1 mol·L-1(设反应前后溶液体积不变)。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。
Ⅱ.如图丙是利用反应c设计的原电池装置。
(5)(2分)反应c的离子方程式是
。
(6)(2分)该装置将氧化反应和还原反应分开进行,还原反应在 (填“铁”或“石墨”)上发生。
作业5 化学能转化为电能
1.C [A.原电池的负极材料失去电子,正极材料得到电子,一般来说负极材料比正极材料活泼,但Mg—Al—NaOH原电池,正极材料比负极材料活泼,故A错误;B.中和反应不是氧化还原反应,因此不能设计成原电池,故B错误;C.原电池工作时,阳离子移向正极,故C正确;D.原电池两极可以是活泼性不同的金属材料,也可以负极是金属材料,正极是能导电的非金属材料,也可以两个电极都是能导电的非金属材料,故D错误。]
2.B [选项A属于非氧化还原反应,不能用于设计原电池,错误;选项B中锌与置换出来的铜在电解质溶液中构成原电池,加快产生H2的速率,正确;选项C中Cu与稀H2SO4不反应,Fe在稀H2SO4中不发生钝化,Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,Fe为负极,发生的电极反应为Fe-2e-Fe2+;Cu为正极,电极反应为2H++2e-H2↑,Cu片上产生气泡,错误;选项D中H+应向原电池的正极做定向移动,错误。]
3.D [根据Cl-的移动方向可知,b电极为负极,a电极为正极,根据电池反应式可知,Zn发生失电子的氧化反应,即b电极反应式为Zn-2e-Zn2+,A、B错误;电子流动方向是b电极→导线→a电极,C错误;正极材料的活泼性应比负极材料弱,D正确。]
4.B [在铜锌原电池中,锌为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,得到电子,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,所以H+向正极移动,电子由锌流出,经过导线流向铜,每流过1 mol电子,生成0.5 mol H2,正确答案为③④⑤。]
5.C [观察到电流计指针偏转,说明该装置是原电池。M棒变粗,N棒变细,说明M电极作正极,N电极作负极,N极材料比M极材料活泼。溶液中的金属阳离子在正极放电析出金属,测得电解质溶液的质量减小,说明转移相同电子时,析出的金属质量大于溶解的金属质量,结合选项分析判断。M极材料(Zn)比N极材料(Cu)活泼,A错误;溶液中的氢离子放电,M极上质量不增加,B错误;N极材料(Zn)比M极材料(Ag)活泼,且M极上有银析出,由得失电子守恒可知每溶解1 mol Zn析出2 mol Ag,所以电解质溶液的质量减小,符合题意,C正确;M极材料(Zn)比N极材料(Fe)活泼,D错误。]
6.C [A项,铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池,铁作负极,铁失去电子生成Fe2+,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,错误;B项,铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外,还可转化为热能等,错误;C项,Fe与活性炭能构成原电池,铁腐蚀的速率变快,正确;D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生电化学腐蚀,错误。]
7.A [A.该装置中Pt为正极,氧气发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故A项正确;B.该装置中Fe为负极,电极反应为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2,故B项错误;C.Fe是负极,Pt是正极,因此溶液中Na+向Pt极移动,故C项错误;D.氢氧化亚铁易被氧化,因此该原电池装置的最终产物是Fe(OH)3,故D项错误。]
8.C [题中所述铜锌原电池中,Zn为负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;Cu为正极,电极反应式为Cu2++2e-Cu,发生还原反应。Zn2+通过阳离子交换膜向正极移动;乙池溶液中消耗的Cu2+与由甲池迁移过来的Zn2+的物质的量相同,则乙池溶液质量增加,溶液中的阴离子无法通过阳离子交换膜。]
9.(1)Fe+2H+Fe2++H2↑
(2)正 2H++2e-H2↑ 减弱 负 Fe-2e-Fe2+
(3)Zn Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
(4)B>A>C
解析 A中不能形成原电池,铁与稀硫酸发生置换反应。B中能形成原电池,铁比锡活泼,锡为正极,铁为负极,铁被腐蚀的速率加快。C能形成原电池,锌比铁活泼,锌为负极,不断被腐蚀,铁为正极,被保护。
10.(1)①Al 2H++2e-H2↑ Mg Mg-2e-Mg2+
②Mg (2)Al C
解析 (1)电解质溶液为稀硫酸时,镁、铝都能与稀硫酸反应,但由于镁的金属活动性比铝强,所以镁为原电池的负极,电极反应式为Mg-2e-Mg2+,铝为正极,电极反应式为2H++2e-H2↑。当电解质溶液为NaOH溶液时,由于铝能与NaOH溶液反应,而镁不与NaOH溶液反应,所以镁为原电池的正极。 (2)Al和Cu都与稀硝酸反应,但Al的金属活动性比Cu强,所以负极为Al。Al在浓硝酸中发生钝化,Cu在浓硝酸中发生反应,被氧化,即在浓硝酸中活动性Cu>Al,Cu是原电池的负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Al是原电池的正极,电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O。
11.C [N不参加反应,因此c(N)不变,②不符合图像变化;负极反应式为Fe-2e-Fe2+,正极反应式为Ag++e-Ag,则a棒的质量逐渐减少,b棒的质量逐渐增加,c(Ag+)逐渐减小,①③符合图像变化,④不符合图像变化;由电极反应式可知,每溶解56 g铁转移2 mol电子,有216 g银从溶液中析出,故随着反应的进行,溶液的质量减小,⑤符合图像变化。]
12.(1)BD (2)> (3)6.02×1022 (4)1 mol·L-1
(5)Fe+2Fe3+3Fe2+ (6)石墨
解析 (1)甲符合原电池构成条件,所以属于原电池,乙不能构成闭合回路,所以不能构成原电池,A项错误;乙不能构成原电池,H+在锌片上得电子发生还原反应,所以乙中铜片上没有明显变化,B项正确;甲中铜片作正极,正极上H+得电子生成H2,所以铜片质量不变,乙中锌和H+发生置换反应,所以质量减少,C项错误;两烧杯中锌和H+发生置换反应导致溶液中H+浓度减小,所以溶液的pH均增大,D项正确。(2)作原电池负极的金属加速被腐蚀,所以在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速率:甲>乙。(3)甲中,铜电极上H+得电子生成H2,电极反应式为2H++2e-H2↑,根据电极反应式知,通过电子的物质的量=×2=0.1 mol,即通过导线的电子数目为6.02×1022。(4)稀释后H+的物质的量为1 L×0.1 mol·L-1=0.1 mol,生成氢气时消耗氢离子的物质的量为×2=0.1 mol,所以原溶液中H+的物质的量为0.2 mol,原溶液中H+的浓度为=2 mol·L-1,则原溶液中稀硫酸的浓度为1 mol·L-1。(5)根据图丙,铁和氯化铁反应生成氯化亚铁,反应的离子方程式是Fe+2Fe3+3Fe2+。(6)该装置将氧化反应和还原反应分开进行,铁电极发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,石墨电极上发生还原反应:Fe3++e-Fe2+,所以还原反应在石墨上发生。
