2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律第2節(jié)第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用-化學(xué)電池練習(xí)含解析魯科版必修第二冊(cè)

PAGEPAGE11第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用——化學(xué)電池夯實(shí)基礎(chǔ)輕松達(dá)標(biāo)1.(2024湖北鄂州高二期末)下列設(shè)備工作時(shí),將化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為熱能的是()ABCD硅太陽(yáng)能電池鋰離子電池太陽(yáng)能集熱器燃?xì)庠畲鸢窪解析硅太陽(yáng)能電池,是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,故A不符合題意;鋰離子電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,故B不符合題意;太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能,故C不符合題意;燃?xì)庠钍腔瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,故D符合題意。2.在如圖所示的裝置中,a是金屬活動(dòng)性依次中氫前面的金屬(K、Ca、Na除外),b為碳棒,關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是()A.碳棒上有氣體放出,溶液中H+濃度減小B.a是正極,b是負(fù)極C.導(dǎo)線中有電子流淌,電子從a極經(jīng)導(dǎo)線到b極D.a極上發(fā)生了氧化反應(yīng)答案B解析a是金屬活動(dòng)性依次中氫前面的金屬(K、Ca、Na除外),b為碳棒,該裝置構(gòu)成原電池,a為負(fù)極、b為正極,碳棒上氫離子得電子生成氫氣,溶液中氫離子濃度減小,故A項(xiàng)正確;通過(guò)以上分析知,a是負(fù)極、b是正極,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;該裝置構(gòu)成原電池,電子從負(fù)極a沿導(dǎo)線流向正極b,故C項(xiàng)正確;a電極上金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng),故D項(xiàng)正確。3.某一般鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.鋅筒是原電池的正極B.石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C.銨根離子流向石墨電極D.電子經(jīng)石墨沿電解質(zhì)溶液流向鋅筒答案C解析鋅錳干電池中,鋅筒做負(fù)極,石墨做正極,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;鋅錳干電池中,正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;原電池中陽(yáng)離子定向移動(dòng)到正極,故銨根離子流向石墨電極,選項(xiàng)C正確;電子經(jīng)導(dǎo)線由負(fù)極鋅筒流向正極石墨電極,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.某原電池總反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu,則該反應(yīng)的原電池組成正確的是()選項(xiàng)ABCD正極ZnCuAgCu負(fù)極CuZnCuFe電解質(zhì)溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2答案B解析該原電池發(fā)生的反應(yīng)為Zn+Cu2+Zn2++Cu,鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以做負(fù)極,銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以應(yīng)為正極上的反應(yīng),正極材料是活潑性比Zn弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?離子導(dǎo)體是含有發(fā)生還原反應(yīng)離子的電解質(zhì)溶液,即溶液中必定含有銅離子。5.(2024北京海淀首都師大附中高一月考)將鋅片和銅片按圖示方式插入檸檬中,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列針對(duì)該裝置的說(shuō)法正確的是()A.將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能B.電子由銅片流出經(jīng)導(dǎo)線到鋅C.一段時(shí)間后,鋅片質(zhì)量減輕D.銅片一側(cè)檸檬變藍(lán)色,產(chǎn)生Cu2+答案C解析該裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,是原電池,A項(xiàng)錯(cuò)誤;該原電池中Zn為負(fù)極,Cu為正極,電子由負(fù)極流向正極,因此電子由鋅片流出經(jīng)導(dǎo)線到銅片,B項(xiàng)錯(cuò)誤;該原電池中Zn為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),鋅片漸漸溶解,質(zhì)量減輕,C項(xiàng)正確;該原電池中Cu為正極,電解質(zhì)中的H+在正極得電子生成H2,D項(xiàng)錯(cuò)誤。6.由W、X、Y、Z四種金屬按下列裝置進(jìn)行試驗(yàn)。下列說(shuō)法不正確的是()裝置現(xiàn)象金屬W不斷溶解Y的質(zhì)量增加W上有氣體產(chǎn)生A.裝置甲中W作原電池負(fù)極B.裝置乙中Y電極上的反應(yīng)式為Cu2++2e-CuC.裝置丙中溶液的c(H+)不變D.四種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱依次為Z>W>X>Y答案C解析裝置甲中W不斷溶解,說(shuō)明W做原電池負(fù)極,金屬的活動(dòng)性W>X,A項(xiàng)正確;裝置乙中Y電極為正極,其電極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,金屬的活動(dòng)性X>Y,B項(xiàng)正確;裝置丙中溶液中有氫氣產(chǎn)生,故c(H+)減小,金屬的活動(dòng)性Z>W,C項(xiàng)錯(cuò)誤;四種金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱依次為Z>W>X>Y,D項(xiàng)正確。7.(2024遼寧沈陽(yáng)城郊高一檢測(cè))關(guān)于如圖所示的原電池裝置,下列敘述錯(cuò)誤的是()A.a為原電池的正極B.電子由b極流出,經(jīng)導(dǎo)線流向a極C.溶液中陽(yáng)離子向a極移動(dòng)D.b極發(fā)生還原反應(yīng)答案D解析依據(jù)圖中電流方向可知,a是正極,b是負(fù)極,A正確;b是負(fù)極,電子由負(fù)極流出,經(jīng)導(dǎo)線流向a極,B正確;a是正極,溶液中陽(yáng)離子移向正極,故C正確;b是負(fù)極,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),故D錯(cuò)誤。8.(2024廣東廣州高校附屬東江中學(xué)高一期末)如圖所示,杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球,調(diào)整杠桿并使兩個(gè)金屬球在水中保持平衡,然后當(dāng)心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液,一段時(shí)間后,下列有關(guān)杠桿的偏向推斷正確的是(試驗(yàn)中,不考慮兩球的浮力改變)()A.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí),均為A端高B端低B.杠桿為導(dǎo)體或絕緣體時(shí),均為A端低B端高C.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端低B端高;杠桿為絕緣體時(shí),A端高B端低D.當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端高B端低;杠桿為絕緣體時(shí),A端低B端高答案C解析當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),構(gòu)成原電池:空心鐵球?yàn)樨?fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+,空心銅球?yàn)檎龢O,電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,故空心鐵球質(zhì)量減輕,空心銅球質(zhì)量增重,即A端低B端高;當(dāng)杠桿為絕緣體時(shí),鐵球表面發(fā)生反應(yīng)Fe+Cu2+Fe2++Cu,,鐵球質(zhì)量變大,銅球質(zhì)量不變,即A端高B端低。綜上所述,C正確。9.現(xiàn)有如下兩個(gè)反應(yīng):①KOH+HNO3KNO3+H2O②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。(1)依據(jù)兩反應(yīng)的本質(zhì)推斷能否設(shè)計(jì)成原電池:①,②。

(2)假如不能,說(shuō)明其緣由:。

(3)假如可以,則寫(xiě)出作原電池的正極材料名稱(chēng):,電極反應(yīng)式:負(fù)極;正極。

(4)在銅鋅原電池中,以稀硫酸為電解質(zhì)溶液,若工作一段時(shí)間后,鋅片的質(zhì)量削減了32.5g,則銅片表面析出了氫氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),導(dǎo)線中通過(guò)mol電子。

答案(1)不能能(2)①反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng),沒(méi)有電子轉(zhuǎn)移(3)石墨或銅片(合理即可)Zn-2e-Zn2+2H++2e-H2↑(4)11.2L1解析(1)①反應(yīng)中各元素化合價(jià)不變,不屬于氧化還原反應(yīng),屬于復(fù)分解反應(yīng),所以不能設(shè)計(jì)成原電池;②反應(yīng)中鋅元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià),氫元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?價(jià),且該反應(yīng)是放熱反應(yīng),能自發(fā)進(jìn)行,所以能設(shè)計(jì)成原電池。(2)①反應(yīng)是非氧化還原反應(yīng),沒(méi)有電子轉(zhuǎn)移,所以不能設(shè)計(jì)成原電池。(3)反應(yīng)②可知,Zn做負(fù)極,不如鋅活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬做正極,如碳棒或銅片,負(fù)極上鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng),正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),所以電極反應(yīng)式分別為負(fù)極:Zn-2e-Zn2+,正極:2H++2e-H2↑。(4)鋅失電子的物質(zhì)的量=×2=1mol,依據(jù)電子守恒可得生成氫氣的體積=×22.4L·mol-1=11.2L;依據(jù)Zn-2e-Zn2+得轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=×2=1mol。提升實(shí)力跨越等級(jí)1.化學(xué)能可與熱能、電能等相互轉(zhuǎn)化。下列表述不正確的是()A.化學(xué)反應(yīng)中能量改變的主要緣由是化學(xué)鍵的斷裂與形成B.能量改變是化學(xué)反應(yīng)的基本特征之一C.圖Ⅰ所示的裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹹.圖Ⅱ所示的反應(yīng)為放熱反應(yīng)答案C解析化學(xué)反應(yīng)中能量改變的主要緣由是化學(xué)鍵的斷裂與形成,因?yàn)閿嗔雅f鍵要汲取能量,形成新鍵要放出能量,A項(xiàng)正確;能量改變是化學(xué)反應(yīng)的基本特征之一,B項(xiàng)正確;圖Ⅰ所示的裝置沒(méi)有構(gòu)成閉合回路,不是原電池,不能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?C項(xiàng)錯(cuò)誤;圖Ⅱ所示的反應(yīng)中,反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,故其為放熱反應(yīng),D項(xiàng)正確。2.(雙選)(2024湖南常德淮陽(yáng)中學(xué)高一期中)鎂—空氣電池的工作原理如圖所示,電池反應(yīng)方程式為:2Mg+O2+2H2O2Mg(OH)2。有關(guān)該電池的說(shuō)法正確的是()A.通入氧氣的電極為正極B.電池工作時(shí),溶液中的Na+由負(fù)極移向正極C.負(fù)極的電極反應(yīng)為Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2D.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移0.04mol電子時(shí),參與反應(yīng)的O2體積為224mL答案AC解析氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng),所以通入氧氣的電極為正極,故A正確;原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng),所以溶液中的OH-由正極移向負(fù)極,Na+不能通過(guò)陰離子交換膜,故B錯(cuò)誤;負(fù)極鎂失電子變成鎂離子,正極移過(guò)來(lái)的氫氧根離子結(jié)合Mg2+生成氫氧化鎂,所以電極反應(yīng)為:Mg-2e-+2OH-Mg(OH)2,故C正確;未注明是否為標(biāo)準(zhǔn)狀況,無(wú)法確定氧氣的體積,故D錯(cuò)誤。3.如圖是四種燃料電池的工作原理示意圖,其中正極反應(yīng)生成水的是()答案C解析固體氧化物燃料電池中正極通入空氣,負(fù)極通入氫氣,正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-2,正極沒(méi)有水生成,故A不符合題意;堿性氫氧燃料電池中正極通入氧氣,負(fù)極通入氫氣,正極的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-,正極沒(méi)有水生成,故B不符合題意;質(zhì)子交換膜燃料電池中正極通入空氣,負(fù)極通入氫氣,正極的電極反應(yīng)式為O2+4H++4e-2H2O,正極生成了水,故C符合題意;熔融鹽燃料電池中正極通入氧氣和二氧化碳,負(fù)極通入一氧化碳和氫氣,正極的電極反應(yīng)式為O2+2CO2+4e-2C,正極沒(méi)有水生成,故D不符合題意。4.有位科學(xué)家說(shuō):“甲烷是21世紀(jì)的新燃料。”甲烷作為燃料的用途之一就是用于制作燃料電池。有科技工作者制造了一種甲烷燃料電池,一個(gè)電極通入空氣,另一個(gè)電極通入甲烷,離子導(dǎo)體是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體,它在高溫下能傳導(dǎo)O2-。以下推斷錯(cuò)誤的是()A.電池正極發(fā)生的反應(yīng):O2+4e-2O2-B.電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng):CH4+4O2--8e-CO2+2H2OC.固體離子導(dǎo)體中O2-的移動(dòng)方向:由正極流向負(fù)極D.向外電路釋放電子的電極為正極(即電子由正極流向負(fù)極)答案D解析題給燃料電池中,正極上氧氣得電子生成氧離子,電極反應(yīng)式為O2+4e-2,故A項(xiàng)正確;負(fù)極上甲烷失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化碳和水,電極反應(yīng)式為CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O,故B項(xiàng)正確;放電時(shí),電解質(zhì)中陰離子向負(fù)極移動(dòng)、陽(yáng)離子向正極移動(dòng),所以氧離子向負(fù)極移動(dòng),故C項(xiàng)正確;向外電路釋放電子的電極是負(fù)極,電子從負(fù)極流向正極,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.探討人員研制出一種可作為魚(yú)雷和潛艇的儲(chǔ)備電源的新型電池——鋰水電池(結(jié)構(gòu)如圖),運(yùn)用時(shí)加入水即可放電。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法不正確的是()A.鋰為負(fù)板,鋼片為正極B.工作時(shí)OH-向鋼片電極移動(dòng)C.工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i-e-Li+D.放電時(shí)電子的流向:鋰電極→導(dǎo)線→鋼片答案B解析電池以金屬鋰和鋼片為電極材料,LiOH為電解質(zhì),鋰做負(fù)極,鋼片做正極,鋼片上發(fā)生還原反應(yīng),A項(xiàng)正確;原電池中,陰離子移向原電池的負(fù)極,即放電時(shí)OH-向負(fù)極鋰電極移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;鋰水電池中,鋰是負(fù)極,發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)Li-e-Li+,C項(xiàng)正確;放電時(shí)電子流向?yàn)樨?fù)極—導(dǎo)線—正極,即鋰電極→導(dǎo)線→鋼片,D項(xiàng)正確。6.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行試驗(yàn)。裝置現(xiàn)象金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問(wèn)題:(1)裝置甲中做正極的是(填“A”或“B”)。

(2)裝置乙溶液中C電極的反應(yīng)為;裝置乙中反應(yīng)一段時(shí)間后,測(cè)得C電極的質(zhì)量增加12.8g,則該電池反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為mol。

(3)裝置丙中金屬A上電極反應(yīng)屬于(填“氧化反應(yīng)”或“還原反應(yīng)”)。

(4)四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的依次是。

答案(1)B(2)Cu2++2e-Cu0.4(3)還原反應(yīng)(4)D>A>B>C解析(1)甲裝置中,金屬A不斷溶解,說(shuō)明A是負(fù)極,B是正極。(2)乙裝置中,C的質(zhì)量不斷增加,說(shuō)明C電極是正極,溶液中的銅離子放電生成銅,電極反應(yīng)式是Cu2++2e-Cu,反應(yīng)一段時(shí)間后,測(cè)得C電極的質(zhì)量增加12.8g,即生成銅的物質(zhì)的量為12.8g÷64g·mol-1=0.2mol,則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol×2=0.4mol。(3)丙裝置中A電極上有氣體生成,所以A電極是正極,溶液中的氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣。(4)甲中A是負(fù)極,B是正極;乙中C是正極,B是負(fù)極;丙中A是正極,D是負(fù)極,所以四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱的依次是D>A>B>C。7.(2024安徽淮北一中高一線上月考)鋰錳電池的體積小、性能優(yōu)良,是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示,其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機(jī)溶劑中,Li+通過(guò)電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中發(fā)生反應(yīng)生成LiMnO2。回答下列問(wèn)題:(1)外電路的電流方向是由極流向極(填字母)。

(2)電池正極反應(yīng)為。

(3)是否可用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑?(填“是”或“否”),緣由是。

(4)MnO2可與KOH及KClO3在高溫下反應(yīng)生成K2MnO4,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。K2MnO4在酸性溶液中發(fā)生歧化反應(yīng),生成KMnO4和MnO2的物質(zhì)的量之比為。

答案(1)ba(2)MnO2+Li++e-LiMnO2(3)否電極Li是活潑金屬,能與水反應(yīng)(4)3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O2∶1解析(1)鋰是活潑的金屬,作為原電池的負(fù)極,因此外電路的電流方向是由正極b流向負(fù)極a。(2)在電池正極b上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng),則電極反應(yīng)為MnO2+Li++e-LiMnO2。(3)由于負(fù)極材料Li是活潑的金屬,能夠與水發(fā)生反應(yīng),所以不行用水代替電池中的混合有機(jī)溶劑。(4)依據(jù)題意結(jié)合原子守恒、電子守恒可得方程式:3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O;K2MnO4在酸性溶液中發(fā)生歧化反應(yīng)生成KMnO4和MnO2,依據(jù)得失電子守恒可知,每轉(zhuǎn)移2mol的電子,產(chǎn)生1molMnO2,同時(shí)生成2molKMnO4,所以生成的KMnO4和MnO2的物質(zhì)的量之比為2∶1。貼近生活拓展創(chuàng)新★(1)為了驗(yàn)證Fe2+與Cu2+氧化性的強(qiáng)弱,下列裝置能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康牡氖?寫(xiě)出能達(dá)到目的的裝置中正極的電極反應(yīng)式為。若起先時(shí)原電池中兩個(gè)電極的質(zhì)量相等,當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)0.05mol電子時(shí),兩個(gè)電極的質(zhì)量差為。

(2)將CH4與O2的反應(yīng)設(shè)計(jì)成燃料電池,其利用率更高,裝置如圖所示(A、B為多孔碳棒)。①試驗(yàn)測(cè)得OH-向B電極移動(dòng),則(填“A”或“B”)處電極入口通甲烷,其電極反應(yīng)式為。

②當(dāng)消耗甲烷的體積為33.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)時(shí),假設(shè)電池的能量轉(zhuǎn)化率為80%,則導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為。

(3)高鐵電池是一種新型可充電電池,與一般高能電池相比,該電池能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)式為3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,原電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為;放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mo