2021学年专题6 化学反应与能量变化第三单元 化学能与电能的转化第1课时当堂检测题

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[核心素养发展目标] 1.设计实验认识构成原电池的条件。2.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正负极。3.认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用。
一、原电池工作原理
1．实验探究
2.原电池的概念
原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。
3．原电池的工作原理
(1)分析下图并填空
原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
(2)能量转化：化学能转变为电能。
(3)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(4)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
4．原电池的构成条件
(1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池( )
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转( )
(3)在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌( )
(4)原电池中阳离子向正极移动( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
1．下列装置中能够组成原电池的是________(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由：________________________________________________________________________。
答案 ③⑤ ①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中为非电解质溶液，不能导电，⑥中电解质溶液(内电路)未形成闭合回路
2．利用原电池原理可比较金属的活泼性，原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。结合相关知识解答下列问题。
由A、B、C三种金属按表中装置进行实验：
(1)在甲中，金属片______(填“A”或“B”)发生氧化反应。
(2)在乙中，金属片________(填“B”或“C”)作负极。
(3)如果把B、C用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，有一电极产生气泡。则金属片________(填“B”或“C”)上有气泡产生。
(4)上述三种金属的活动性顺序是____________。
答案 (1)A (2)B (3)C (4)A＞B＞C

二、原电池工作原理的应用
1．比较金属活动性
原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。
2．改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
3．解释生活中的现象
如潮湿的空气里钢铁容易生锈，生活中的暖贴等。
(1)为保护船体不被腐蚀，可以在船体外壳焊一些铜块( )
(2)一般作原电池正极的金属较活泼( )
(3)钢铁在潮湿的空气里发生的腐蚀是电化学腐蚀( )
(4)生活中用到的暖贴，就是以钢铁电化学腐蚀的原理制成的( )
(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
1．某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( )
答案 C
解析 将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆开两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋；
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或能导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。
2．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验
(1)装置甲中负极的电极反应式是________________________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是________________________________________________。
(3)四种金属活动性由强到弱的顺序是____________________________________________。
答案 (1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)D>A>B>C

1.如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是( )
A．电子由铜通过导线流向锌
B．该装置是将电能转化为化学能的装置
C．锌电极发生氧化反应
D．电流由锌通过导线流向铜
答案 C
解析 A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
2．如图装置中，M棒变细，N棒变粗。由此判断下表所列M、N、R物质，其中合理的是( )
答案 C
解析 由于D中蔗糖溶液不是电解质溶液，故D不正确；M棒变细，N棒变粗，则M为负极，N为正极，M的金属活动性比N强，故B错误；N棒变粗则电解质溶液中有能得电子的金属阳离子，故A不正确。
3．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是( )
①Fe2＋转化为Fe3＋ ②O2被还原 ③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ⑤杂质碳被氧化
A．①② B．②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
答案 C
解析 本题考查钢铁的电化学腐蚀。在腐蚀过程中，负极Fe－2e－===Fe2＋，正极O2或H＋得电子，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。
4．下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是( )
A．①②③④ B．④②①③ C．③①②④ D．②①③④
答案 B
解析 ③中的锌作负极，腐蚀速率最快；④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢；因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③，故B正确。
5．在铜锌原电池中(如图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为______________________________。
锌片上观察到的现象为__________________________________________________________；
铜为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式_______________________________________________________________________________；
铜片上观察到的现象为___________________________________________________________，
原电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。
答案 负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 锌片溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 铜片变粗 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
解析 CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜片不断变粗，原电池总反应的离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
A组 基础对点练
题组一 化学能转化为电能
1．如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)( )
答案 D
解析 原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行的氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。
2．(2020·仲元中学高一检测)下列关于原电池的叙述中，不正确的是( )
A．原电池的负极发生的反应是氧化反应
B．原电池的正极上发生的反应是还原反应
C．原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极
D．原电池中电子流入的极一定是正极
答案 C
解析 原电池的负极失去电子被氧化，发生氧化反应，A正确；原电池正极上物质得电子，发生还原反应，B正确；在原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；原电池放电时，电子转移的方向是从负极沿导线流向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。
3．(2020·哈尔滨三中高一月考)下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．铜、锌组成的原电池中，电子从锌极经过导线流向铜极
B．把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
C．把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．将铜片和铁片用导线相连浸入硫酸铜溶液中，一段时间后，铁片质量减轻，铜片质量增加
答案 C
解析 铜、锌组成的原电池中，金属锌作负极，金属铜作正极，电子从锌极流向铜极，故A项正确；把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，形成铜—锌—稀硫酸原电池，金属铜作正极，该极上产生气体，故B项正确；把铜片插入FeCl3溶液中，Cu和FeCl3反应生成CuCl2和FeCl2，故C项错误；将铜片和铁片用导线相连浸入硫酸铜溶液中，形成原电池，铜片作正极，铁片作负极，铁片失电子，形成Fe2＋进入溶液，质量减轻，溶液中的Cu2＋在铜电极上得电子，生成单质铜，质量增加，故D项正确。
4．如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记，错误的是( )
A．①电子流动方向 B．②电流方向
C．③电极反应 D．④溶液中离子移动方向
答案 B
解析 锌为负极，铜为正极，电子由锌片流向铜片，A正确；电流与电子运动方向相反，则电流由铜片经导线流向锌片，B错误；锌失电子生成锌离子，H＋在铜片上得电子被还原生成H2，C正确；原电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，D正确。
题组二 原电池工作原理的应用
5．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：
则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A．Z>Y>X>W B．Z>X>Y>W
C．Z>Y>W>X D．Y>Z>X>W
答案 A
6．下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O
C．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑
D．CH4＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O
答案 C
解析 只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，故选C。
7．(2019·太原月考)为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )
答案 B
解析 A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，与Al反应不产生H2，不符合；D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。
题组三 钢铁的电化学腐蚀
8．(2019·贵阳期末)下图实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是( )
A．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋
B．红色首先在食盐水滴的中心出现
C．食盐水中有气泡逸出
D．红色物质为Fe2O3·xH2O
答案 D
解析 A项，负极上发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，食盐水滴周围液体少，氧气量多，所以红色首先在食盐水滴的周围出现，错误；C项，正极上发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以食盐水中没有气泡逸出，错误。
9．下列关于金属材料的锈蚀说法不一，其中没有科学道理的是( )
A．金属接触水和空气锈蚀加快
B．改变金属的内部结构形成合金能抵御金属锈蚀
C．金属表面刷油漆可以抵御金属锈蚀
D．不断擦去铝表面的锈能抵御铝的继续锈蚀
答案 D
解析 A项，金属接触水和空气锈蚀加快，正确；B项，铁中掺入铬和镍等金属改变内部结构，制成不锈钢可以防腐蚀，所以改变金属的内部结构能抵御金属锈蚀，正确；C项，金属防锈的措施之一是在金属表面刷油漆，正确；D项，不断擦去铝表面的锈，使得内部金属暴露出来，加快了铝的腐蚀而不是抵御铝的继续锈蚀，错误。
10．(2020·南阳一中高一期中)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________。
答案 (1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)正 2H＋＋2e－===H2↑ 减弱 负 Fe－2e－===Fe2＋
(3)Zn Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(4)BAC
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。
B组 综合强化练
1．将铁棒和锌棒用导线连接插入CuSO4溶液里，当电池中有0.2 ml电子通过时，负极质量的变化是( )
A．增加5.6 g B．减小0.1 g
C．减少6.5 g D．增加6.4 g
答案 C
解析 方法一 依据电极反应式计算，
负极：Zn － 2e－ === Zn2＋
65 g 2 ml
m(Zn) 0.2 ml
m(Zn)＝eq \f(65 g×0.2 ml,2 ml)＝6.5 g。
方法二 依据原电池总反应式计算，
m(Zn)＝eq \f(65 g×0.2 ml,2 ml)＝6.5 g。
2．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(SOeq \\al(2－,4))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
答案 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。
3.(2019·长沙高一下学期期中)如图所示，两电极一极为碳棒，一极为铁片，若电流计的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
答案 C
解析 Fe、C形成的原电池中，负极铁失去电子，变成Fe2＋，由于a极上有大量气泡生成，所以正极(C棒)的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸。
4．我国在太阳能光电催化－化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(已知质子交换膜只允许H＋通过)( )
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
答案 A
解析 该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区流向b极区，B项错误；a极上有电子流出，发生氧化反应，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
5．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(NOeq \\al(－,3)) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A．①③ B．②④
C．①③⑤ D．②④⑤
答案 C
解析 NOeq \\al(－,3)不参加反应，因此c(NOeq \\al(－,3))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 ml电子，有216 g银从溶液中析出，故随着反应的进行，溶液的质量减少，⑤符合图像变化；综上可知，C项正确。
6．(2020·武汉高一检测)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域
C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
答案 D
解析 铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项A错误；铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多，选项B错误；铁作负极，发生失电子的氧化反应，即Fe－2e－===Fe2＋，选项C错误；D项，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项D正确。
7．(2019·桂林高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是____________。
(2)正极上出现的现象是__________________________________________________________。
(3)若导线上转移电子1 ml，则生成银______ g。
答案 (1)Cu 氧化 AgNO3溶液
(2)碳棒上出现银白色物质
(3)108
解析 (1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移1 ml电子的时候，正极上会析出1 ml银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。
8．如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)______(填字母)。
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是_______________________________________________________。
(3)写出该池反应的总化学方程式：________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)D (2)加入CuSO4溶液后，构成Fe—Ag原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2＋在银圈上得电子，生成Cu沉积在其上，质量增加 (3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
解析 加入CuSO4溶液后，构成Fe—Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在其上使其质量增加。实验装置
实验现象
实验结论
锌片：逐渐溶解，有气泡产生
铜片：没有变化
锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应
锌片：逐渐溶解，有气泡产生
铜片：没有变化
锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应
锌片：逐渐溶解
铜片：有气泡产生
锌失去电子，变为锌离子进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气
锌片：逐渐溶解
铜片：有气泡产生
电流计：指针发生偏转
锌失去电子，变为锌离子，电子经过导线流向铜片，产生电流，氢离子在铜片上得到电子生成氢气，反应过程中产生了电能
装置
甲
乙
现象
A不断溶解，B上产生气泡
C的质量增加，B的质量减轻
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Fe
Zn
HCl
B
Zn
Cu
H2SO4
C
Ag
Zn
CuSO4
D
C
Zn
ZnCl2
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
M
N
R
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
铁
铜
硝酸银
D
铜
铁
蔗糖溶液