第2节　化学反应与能量转化 第2课时　化学反应与电能--2026鲁科版高中化学必修第二册章节练

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2026鲁科版高中化学必修第二册
第2课时　化学反应与电能
基础过关练
题组一　原电池的构成条件
1.(2025湖南株洲期中)下列装置能构成原电池的是(　　)
　　
　　
2.(2024福建厦门月考)理论上不能设计为原电池的化学反应是(　　)
A.2FeCl3+Fe 3FeCl2
B.HNO3+NaOH NaNO3+H2O
C.2H2+O2 2H2O
D.CH4+2O2 CO2+2H2O
3.(2025湖南宁乡第一中学月考)某兴趣小组为了改进原电池装置,将甲、乙两电极插入溶液X中,装置如图所示,几分钟后,观察到U形管中液柱出现如图变化。下列最合适的组合是(　　)
选项 甲电极 乙电极 液体X
A Fe Cu 硫酸铜溶液
B Zn Zn 稀硫酸
C Cu Fe 乙醇
D Zn 石墨 稀盐酸
4.(2025新疆乌鲁木齐开学考)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)请补全有关实验现象并回答相关问题。
编号 实验装置 实验现象
1 锌棒逐渐溶解,表面有气泡产生;铜棒表面无现象
2 两锌棒逐渐溶解,表面均有气泡产生;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若将实验3装置中稀硫酸换成乙醇,电流计指针不发生偏转,从而可得出原电池的形成条件是　　　　　　　。
(2)分别写出实验3中锌棒和铜棒上发生的电极反应。
锌棒:　　　　　　　　　　;
铜棒:　　　　　　　　　　　。
(3)实验3反应过程中若有0.4 mol电子发生转移,则Zn电极质量减少　　　　g。
题组二　原电池的工作原理
5.(2025云南玉溪期中)原电池的应用促进了人类社会的发展,某小组设计的利用原电池使LED灯发光的装置如图所示,下列叙述正确的是　(　　)
A.装置中只存在化学能→电能的转化
B.铁片为负极,发生氧化反应Fe-3e- Fe3+
C.若用乙醇代替稀硫酸,LED灯仍能发光
D.电流从铜片经导线流向铁片,又经稀硫酸流回铜片
6.(不定项)(2025山东枣庄期中)某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下:
实验编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏向
1 Mg、Al 稀盐酸 Al
2 Al、Cu 稀盐酸 Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 石墨
4 Mg、Al 氢氧化 钠溶液 Mg
下列说法正确的是 (　　)
A.实验1中Mg电极反应式为2H++2e- H2↑
B.实验1和实验2中Al电极的作用相同
C.实验3中铝电极反应式为Al -3e- Al3+
D.实验4中总反应式为2Al+2OH-+6H2O 3H2↑+2[Al(OH)4]-
7.(2025福建三明第一中学期中)Fe和Mg与H2SO4反应的实验记录如下:
实验 Ⅰ Ⅱ
现象 Fe表面产生大量无色气泡 Fe表面产生少量气泡后迅速停止
实验 Ⅲ Ⅳ
现象 Mg表面迅速产生大量气泡 Fe表面有大量气泡,Mg表面有少量气泡
关于上述实验说法不合理的是(　　)
A.Ⅰ中产生气泡的原因是Fe+2H+ Fe2++H2↑
B.取出Ⅱ中的铁棒放入CuSO4溶液,立即析出亮红色固体
C.取出Ⅲ中的镁棒放入CuSO4溶液立即析出亮红色固体
D.Ⅳ中现象说明Mg的金属性比Fe强
8.(2024北京西城期中)Ⅰ.为了探究原电池的工作原理,某研究性学习小组进行了如下实验。
(1)按如图甲、乙所示装置进行实验,甲中两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸。
①以下叙述中正确的是　　　　(填字母)。
A.甲中锌片是原电池的负极,乙中铜片是原电池的正极
B.两装置中铜片表面均有气泡产生
C.乙的外电路中电流方向Cu→Zn
D.如果将乙装置中锌片换成铁片,则电路中的电流方向不变
②在乙装置中,如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液,可观察到正极　　　　(填实验现象),其对应的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.以下是常见的化学反应。
a.镁与盐酸反应
b.氢氧化钠与盐酸反应
c.盐酸与碳酸氢钠反应
d.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
(2)反应d的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)从以上反应中选择一个反应设计成原电池。
①将下图原电池装置补充完整。
②证实化学能转化为电能的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　。
③正极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能力提升练
题组一　原电池原理的应用
1.(2025天津重点校联考)有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如下,由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
a极质量减小,b极质量增加 b附近有气体产生,c附近无变化 d极溶解,c极有气体产生 导线中电流从a极流向d极
A.d>a>b>c　　B.b>c>d>a
C.a>b>c>d　　D.a>b>d>c
2.(2024山东淄博月考)用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.Y电极为正极
B.电池工作时,电子由X电极经外电路流向Y电极
C.电池工作时,H+通过质子交换膜从左往右迁移
D.该电池负极的电极反应式为CH3CH2OH+3H2O-12e- 2CO2+12H+
3.(2025江西景德镇期中)一种NO-空气燃料电池的工作原理如图所示(质子交换膜只允许H+通过),该电池工作时,下列说法正确的是(　　)
A.电子由左侧电极经过负载移向右侧电极,再经过溶液移回左侧电极
B.消耗2.24 L O2时,质子交换膜左边质量变化3.6 g
C.多孔石墨棒充当催化剂,加快气体吸附速度
D.放电过程中,若产生1.5 mol HNO3,消耗的氧气的物质的量为1.125 mol
题组二　原电池的设计
4.(2025宁夏石嘴山期中)根据化学能转化为电能的相关知识,回答下列问题:
Ⅰ.请利用反应Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+设计一个化学电池。
(1)该电池的负极材料是　　　　　,正极材料是　　　　　,电解质溶液是　　　　　。
(2)正极上出现的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)若构成的是单液原电池,当电路中有1 mol电子通过时,电解质溶液的质量变化为　　　　(填“增加”或“减少”)　　　　　g。
Ⅱ.电化学法处理SO2是目前研究的热点。利用过氧化氢吸收SO2可消除SO2污染,质子交换膜只允许H+通过,设计装置如图所示。
(4)正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)若11.2 L(标准状况)SO2参与反应,则迁移H+的物质的量为　　　　　。
5.(2025广东揭阳期中)某学习小组为探究影响原电池电流大小的因素,利用Zn为负极,稀硫酸为电解质溶液,选取不同的正极材料,设计了如表实验。
实验 编号 硫酸浓度/ (mol·L-1) 硫酸体 积/mL 正极 材料 电极间 距离/cm 电流/A
1 1.00 100 Cu 1.0 I1
2 2.00 100 Cu 1.0 I2
3 2.00 100 Cu 2.0 I3
4 2.00 100 Fe 1.0 I4
已知:实验所用电极浸没在稀硫酸中的表面积相同,稀硫酸在反应前后体积保持不变。
(1)请写出实验1中Zn电极的反应式:　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验1和实验2的目的是探究　　　　　　对电流强度的影响;实验　　和实验4可探究不同电极材料对电流强度的影响。
(3)甲同学在进行实验4时发现电解质溶液变为浅绿色,推测是电池内部发生了副反应所致,请用离子方程式表示该副反应:　　　　　　　　　　。
(4)I2>I3证明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(5)请写出一个可能影响原电池电流大小的因素:　　　　　　　　　　　　　　　(表中因素除外)。
6.(2024福建厦门外国语学校期中)某实验小组探究铝片做电极材料时的原电池反应,设计下表中装置进行实验并记录。
【实验1】
装置 实验现象
上面装置电流计指针向右偏转,灯泡亮;下面装置电流计指针向右偏转,镁片、铝片表面产生无色气泡
(1)该实验中,镁片是原电池的　　　　极。
【实验2】将实验1中的电解质溶液换为NaOH溶液进行实验。
(2)该小组同学认为,此时原电池的总反应为2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,据此推测应该出现的实验现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
实际观察到的现象如表:
装置 实验现象
ⅰ.电流计指针迅速向右偏转,镁片表面无气泡,铝片表面有气泡; ⅱ.电流计指针逐渐归零,经零刻度后继续向左偏转。镁片表面开始时无明显现象,一段时间后有少量气泡逸出,铝片表面持续有气泡逸出
(3)ⅰ中铝片表面放电的物质有溶解在溶液中的O2,则O2放电时电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。
(4)ⅱ中“电流计指针逐渐归零”的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。
【实验3和实验4】
为了排除镁片的干扰,同学们重新设计装置并进行实验3和实验4,获得的实验现象如下:
实验 装置 实验现象
实验3 电流计指针向左偏转。铝片表面有气泡逸出,铜片没有明显现象;约10分钟后,铜片表面有少量气泡产生,铝片表面气泡略有减少
实验4 电流计指针向左偏转。铝片表面有气泡逸出,铜片没有明显现象;约3分钟后,铜片表面有少量气泡产生,铝片表面气泡略有减少
(5)根据实验3和实验4可获得的正确推论是　　　　(填字母)。
A.上述两装置中,开始时铜片表面得电子的物质是O2
B.铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关
C.铜片表面产生的气泡为H2
D.由“铝片表面气泡略有减少”能推测H+在铜片表面得电子
(6)由实验1~实验4可推知,铝片做电极材料时的原电池反应与　　　　　　　　　　　等因素有关。
答案与分层梯度式解析
第2课时　化学反应与电能
基础过关练
1.B　题图中两金属棒都是铁棒,不能构成原电池,A错误;装置中有两个活泼性不同的电极、有电解质溶液、形成了闭合回路,同时能自发进行氧化还原反应:Fe+CuCl2 FeCl2+Cu,即符合原电池的构成原理和条件,B正确;无水乙醇不是电解质,不导电,不能构成原电池,C错误;装置未形成闭合回路,不能构成原电池,D错误。
2.B　氯化铁和铁的反应是自发的氧化还原反应,可以设计成原电池,A不符合题意;硝酸和氢氧化钠反应无元素化合价变化,不是氧化还原反应,不能设计成原电池,B符合题意;氢气和氧气的反应是自发的氧化还原反应,可以设计成原电池,C不符合题意;甲烷和氧气的反应是自发的氧化还原反应,可以设计成原电池,D不符合题意。
3.D　由题图可知,乙电极有气体产生,压强增大。铁、铜、硫酸铜溶液构成原电池,乙做正极,铜离子得电子生成铜,不会引起U形管液面变化,A错误;未构成原电池,但甲、乙电极都能与稀硫酸反应,产生氢气,U形管液面都会发生变化,B错误;液体X为乙醇,乙醇不是电解质,不能导电,与电极Cu或Fe都不反应,C错误;构成原电池,石墨做正极,氢离子得电子生成氢气,石墨电极上有氢气产生,压强增大,U形管液面左低右高,D正确。
4.答案　(1)有气泡产生　偏转　①有活泼性不同的两个电极　②形成闭合回路　③有能传导电荷的电解质作为离子导体
(2)Zn-2e- Zn2+　2H++2e- H2↑
(3)13
解析　(1)实验1和实验2均没有构成原电池,实验3中构成原电池,锌是负极,失电子,锌棒逐渐溶解,铜是正极,溶液中的氢离子得电子,产生氢气,铜棒表面的现象是有气泡产生,且电流计指针发生偏转。①实验2和3相比,可得出原电池的形成条件是有活泼性不同的两个电极;②实验1和3相比,实验3中构成闭合回路,可得出原电池的形成条件是形成闭合回路;③若将实验3装置中稀硫酸换成乙醇,电流计指针不发生偏转,由乙醇不是电解质,硫酸是电解质,可得出原电池形成的条件是有能传导电荷的电解质作为离子导体。
(2)锌是负极,发生失去电子的氧化反应,电极反应为Zn-2e- Zn2+;铜是正极,溶液中的氢离子放电,电极反应为2H++2e- H2↑。
(3)实验3中锌是负极,铜是正极,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锌,Zn电极质量减少0.2 mol×65 g/mol=13 g。
5.D　铁片、铜片、稀硫酸构成原电池,铁为原电池负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,铜为原电池正极,电极反应式为2H++2e- H2↑。该装置为原电池,化学能转化成电能,LED灯发光,电能又转化成光能,A错误;铁为原电池负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,B错误;乙醇不是电解质,若用乙醇代替稀硫酸,不能形成原电池,LED灯不能发光,C错误;铁为负极,铜为正极,电流从铜片经导线流向铁片,又经稀硫酸流回铜片,D正确。
6.CD　实验1中电流计指针偏向Al,Mg为负极,Mg电极反应式为Mg-2e- Mg2+,故A错误;实验1中电流计指针偏向Al,Al为正极,实验2中电流计指针偏向Cu,Cu为正极,Al为负极,实验1、2中Al电极的作用不同,故B错误;在实验3中电流计指针偏向石墨,石墨为正极,铝为负极,铝失电子发生氧化反应:Al-3e- Al3+ ,故C正确;实验4中电流计指针偏向Mg,Mg为正极,铝为负极,电池总反应为2Al+2OH-+6H2O 3H2↑+2[Al(OH)4]-,故D正确。
7.B　铁和稀硫酸反应生成H2,因此铁表面产生大量无色气泡,离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑,A正确;常温下,铁遇浓硫酸钝化,在铁表面产生一层致密的氧化膜,阻碍反应的进行,因此取出Ⅱ中的铁棒放入硫酸铜溶液中,不会立即析出亮红色固体,B错误;根据实验现象,镁表面迅速产生大量的气泡,说明常温下镁遇浓硫酸没有钝化,取出Ⅲ中的镁棒放入CuSO4溶液,立即析出亮红色固体Cu,C正确;根据原电池的工作原理,正极上产生大量气泡,因此铁为正极,镁为负极,活泼金属做负极,Ⅳ中现象说明Mg的金属性比Fe强,D正确。
8.答案　Ⅰ.(1)①CD　②有红色物质析出　Cu2++2e- Cu
Ⅱ.(2)Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl 2NH3↑+BaCl2+10H2O
(3)①
②电流表指针偏转,石墨电极上有气泡冒出
③2H++2e- H2↑
解析　Ⅰ.(1)①甲中未形成闭合回路,没有形成原电池,A错误;甲装置未形成原电池,铜不与稀硫酸反应,甲装置铜片表面无气泡产生,B错误;乙装置中Zn为负极,Cu为正极,外电路中电流从Cu流向Zn,C正确;将乙装置中的锌片换成铁片,Fe为负极,Cu为正极,则电路中的电流方向不变,D正确。②乙装置中,稀硫酸换成硫酸铜溶液,正极上发生反应Cu2++2e- Cu,观察到有红色物质析出。Ⅱ.(2)Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应放出氨气,反应的化学方程式为Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl 2NH3↑+BaCl2+10H2O。(3)①所给4个反应中,只有镁与盐酸反应为可自发进行的氧化还原反应,可设计成原电池,其中Mg失电子生成Mg2+,做负极,石墨做正极,装置如图:。②该原电池工作时,Mg失电子生成Mg2+,做负极,石墨做正极,电路中电子由负极Mg经过导线流向正极石墨,则电流表指针发生偏转,在正极H+得电子生成H2,石墨电极上有气泡冒出。③正极的电极反应式为2H++2e- H2↑。
能力提升练
1.A　(1)中a极质量减小,b极质量增加,则表明a极金属失电子做负极,溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在电极上,则金属活动性:a>b;(2)中b附近有气体产生,c附近无变化,则表明b金属能与H+发生反应,而c金属不能,则金属活动性:b>c;(3)中d极溶解,c极有气体产生,则d极为负极,c极为正极,则金属活动性:d>c;(4)中导线中电流从a极流向d极,则d极为负极,a极为正极,则金属活动性:d>a。综合以上分析,金属活动性:d>a>b>c,故选A。
名师点津
　　一般来说,原电池中负极金属活动性大于正极金属。负极的判断方法有:电极质量减小或溶解,电子流出,电流流入,发生氧化反应,阴离子移向的一极。
2.D　由题图可知,乙醇酸性燃料电池中,乙醇发生失电子的氧化反应生成醋酸,则乙醇所在铂电极为负极,O2所在的铂电极为正极,发生得电子的还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+ 2H2O。由上述分析可知,Y电极是正极,A正确;该原电池中左侧Pt电极(X电极)为负极,右侧Pt电极(Y电极)为正极,放电时电子由负极经外电路流向正极,即电子由呼气的铂电极(X电极)经外电路流向O2所在的铂电极(Y电极),B正确;该原电池中H+通过质子交换膜从左往右迁移,C正确;乙醇发生失电子的氧化反应生成醋酸,负极的电极反应式为CH3CH2OH-4e-+H2O 4H++CH3COOH,D错误。
名师点津
　　燃料电池通氧气或空气的一极为正极。
3.D　NO-空气燃料电池,左侧通入的NO转化为硝酸,发生氧化反应,则左侧电极为原电池的负极,右侧电极为原电池的正极,电子不能进入溶液中,A错误;未说明2.24 L O2所处的温度和压强,无法计算物质的量,B错误;多孔石墨棒为惰性电极,不参与反应,不是催化剂,C错误;放电过程中,1 mol NO完全转化为HNO3,转移3 mol电子,1 mol氧气参加反应转移4 mol电子,则存在关系式4HNO3~3O2,若产生1.5 mol HNO3,消耗的氧气的物质的量为1.125 mol,D正确。
易错提醒
　　气体只给体积,未给所处状况或其他限定条件,则无法计算。
4.答案　(1)铜　银或石墨　AgNO3溶液　(2)有银白色物质生成　(3)减少　76　(4)H2O2+2H++2e- 2H2O　(5)1 mol
解析　(1)在反应Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+中,Cu失去电子,在负极上发生氧化反应:Cu-2e- Cu2+,正极上Ag+得到电子生成银单质,所以该电池的负极材料为Cu,发生氧化反应,正极材料为活泼性不如铜的金属银或石墨,电解质溶液需要提供Ag+,故可用AgNO3溶液。(2)正极上,Ag+得到电子生成银单质,正极上出现的现象为有银白色物质生成。(3)负极电极反应为Cu-2e- Cu2+,正极电极反应为Ag++e- Ag,若转移1 mol电子,根据负极和正极电极反应,电解质溶液中进入0.5 mol Cu2+(质量为32 g),析出1 mol Ag(质量为108 g),电解质溶液的质量减少了108 g -32 g=76 g 。(4)石墨2做正极,正极电极反应式为H2O2+2H++2e- 2H2O。(5)石墨1做负极,电极反应式为SO2+2H2O-2e- S+4H+,石墨2做正极,电极反应式为H2O2+2H++2e- 2H2O,由电极反应式可知1 mol SO2反应时转移2 mol电子,则电路中迁移2 mol氢离子,若11.2 L(即0.5 mol)SO2参与反应时,迁移1 mol氢离子。
5.答案　(1)Zn-2e- Zn2+　(2)电解质溶液浓度　2　(3)Fe+2H+ Fe2++H2↑　(4)电极间的距离越大,产生的电流越小(或电极间距离越小,产生的电流越大)　(5)电极的表面积大小、溶液温度等
解析　(1)锌做负极失电子生成锌离子,故负极的电极反应式为Zn-2e- Zn2+。(2)实验1和2的电极材料相同、电极间距离相等,只有电解质溶液的浓度不同,该对照装置研究的是电解质溶液浓度对电流强弱的影响;要探究不同电极材料对电流强度的影响,除了正极材料不同,其他条件要相同,故实验2和实验4可探究不同电极材料对电流强度的影响。(3)铁电极直接接触电解质溶液,故铁和硫酸溶液可以直接反应,离子方程式为Fe+2H+ Fe2++H2↑。(4)实验2和3的电极间距离不同,且I2>I3,说明电极间距离越大,产生的电流越小,或电极间距离越小,产生的电流越大。(5)除题给影响电流强度的因素,还有电极的表面积以及电解质溶液的温度等也可能影响电流强度。
6.答案　(1)负　(2)电流计指针向左偏转,Al电极将不断溶解,Mg电极上产生大量的气泡　(3)O2+2H2O+4e- 4OH-　(4)Mg放电后生成Mg(OH)2,附着在镁片表面,使Mg的放电反应难以发生,导致指针归零　(5)ABC　(6)另一电极材料、电解质溶液的酸碱性、电解质溶液中溶解的O2
解析　(1)Mg、Al均能与盐酸反应,Mg更活泼,做负极。(2)将电解质溶液换成NaOH溶液,Mg不与NaOH溶液反应,而Al能与NaOH溶液反应,此时原电池的总反应为2Al+2NaOH+6H2O 2Na[Al(OH)4]+3H2↑,据此推测应该出现的实验现象为电流计指针向左偏转,Al电极将不断溶解,Mg电极上产生大量的气泡。(3)ⅰ中铝片表面放电的物质有溶解在溶液中的O2,氧气放电的电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-。(4)金属镁失电子得到的镁离子在碱性环境下生成难溶的氢氧化镁,附着在金属镁表面,阻止反应进行,导致指针归零。(5)根据实验3和实验4的实验现象可知,开始时铜片表面得电子的物质是O2,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,故A正确;铜片表面开始产生气泡的时间长短与溶液中溶解氧的多少有关,溶解的氧气越多,则铜片表面开始产生气泡的时间越长,故B正确;铜片表面产生的少量气泡为H2O得到电子生成的H2,即铜片表面产生的气泡为H2,故C正确;NaOH溶液中H+的量极少,正极得电子的物质应该是H2O,由“铝片表面气泡略有减少”能推测H2O在铜片表面得电子生成氢气,故D错误。(6)铝片做电极材料时的原电池反应受多种因素的影响,与另一电极材料、电解质溶液的酸碱性、电解质溶液中溶解的O2等有关。
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