化学必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第2节 化学反应与能量转化第2课时课堂检测

第2章　化学键　化学反应规律

第2节　化学反应与能量转化

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.(2020江西湘东中学高一下期中)下列装置中能构成原电池的是 (　　)

题组二　原电池的工作原理

2.(2021河南南阳高二上期中)下列关于原电池的叙述正确的是 (　　)

A.原电池放电时,外电路中电流的方向是从正极到负极

B.原电池是将化学能全部转化为电能的装置

C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原

D.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属

3.(2021广西桂林高二期末)某原电池装置的总反应为Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2。下列说法正确的是              (　　)

A.电池工作时正极上发生氧化反应

B.装置工作时,溶液中的Cl-向负极移动

C.可改用Fe做电极材料

D.装置工作时每转移1 mol电子,将消耗64 g Cu

4.(2020宁夏青铜峡高级中学高一期中)如图是Zn、Cu和稀硫酸形成的原电池,下列是某兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记下的结论。其中正确的一组是              (深度解析)

①Zn为正极,Cu为负极　②H+向负极移动　③电子由Zn经外电路流向Cu　④Cu极上有H2产生　⑤若有1 mol电子流经导线,则产生的H2为0.5 mol　⑥正极的电极反应式为Zn-2e- Zn2+

A.①②③ B.④⑤⑥

C.③④⑤ D.②③④

5.(2020河南新乡高一月考)一学生用如图装置研究原电池原理,下列说法错误的是              (　　)

A.(2)图中电子由Zn沿外电路流向Cu

B.(3)图中Zn片增重质量与Cu棒减轻的质量之比为65∶64

C.(1)图中铜棒上没有气体产生

D.(2)图与(3)图中正极生成物质量之比为1∶32时,Zn片减轻的质量相等

6.某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是 (　　)

A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出

B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e- Cu

C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色

D.a和b用导线连接时,Fe片上发生还原反应,溶液中S向铜电极移动

7.

 (2021河南省实验中学高一下期中)如图为某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。

请根据原电池原理回答问题:

(1)若电极a为Zn,电极b为Cu。电解质溶液为稀硫酸,该装置工作时,S向　　　　极(填“a”或“b”)移动,经过一段时间后,若导线中转移了0.4 mol电子,则产生的气体在标准状况下的体积为　　　　。如果反应太剧烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,该同学在烧杯中分别加入等体积的下列液体,你认为可行的是　　　　(填字母)。 

A.蒸馏水　　　B.NaCl溶液　　　C.Na2CO3溶液

D.CuSO4溶液 E.KNO3溶液

(2)若电极a为Mg,电极b为Al,电解质溶液为氢氧化钠溶液,该原电池工作时,电子从　　　　极(填“a”或“b”)流出。一段时间后,若反应转移3NA个电子,则理论上的电解质溶液质量变化是　　　　g。 

能力提升练

题组一　原电池原理的应用

1.(2020山西运城高一开学考试,)有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:

①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极;

②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电流由D→导线→C;

③A、C用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡;

④B、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。

据此判断四种金属的活动性顺序为 (　　)

A.A>B>C>D B.A>C>D>B

C.C>A>B>D D.B>D>C>A

2.(2020辽宁大连高一期中,)X、Y、Z、M代表四种金属,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,Z极上有H2放出;若把活泼金属投入Y2+和Z2+共存的溶液中,Y先析出;又知M2+的氧化性强于Y2+。则这四种金属的活动性最弱和最强的分别为              (　　)

A.M;X B.X;M C.M;Y D.X;Y

3.(2020河北邯郸高一期中,)如图所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相同的空心铜球和空心铁球,调节杠杆使其在水中保持平衡,然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液,一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化)              (深度解析)

A.当杠杆为导体和绝缘体时,均为A端高、B端低

B.当杠杆为导体和绝缘体时,均为A端低、B端高

C.当杠杆为绝缘体时,A端低、B端高;当杠杆为导体时,A端高、B端低

D.当杠杆为绝缘体时,A端高、B端低;当杠杆为导体时,A端低、B端高

4.(2021吉林公主岭高二期末,)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,其电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,总反应式为Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2。下列说法中不正确的是              (　　)

A.原电池放电时,负极上发生反应的物质是Zn

B.正极发生的反应是Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-

C.工作时,负极区溶液c(OH-)减小

D.溶液中OH-向正极移动,K+、H+向负极移动

题组二　原电池的设计

5.()常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,下列说法正确的是              (　　)

A.0~t1时,原电池的负极是铜片

B.0~t1时,正极的电极反应式是2H++2e- H2↑

C.t1时刻,电流方向发生变化的原因是Al在浓硝酸中发生钝化,铝表面形成的氧化膜阻止了Al进一步反应

D.t1时刻后,电子从铝经过导线流向铜

6.(2020河南新乡高一期中,)某原电池,两电极一为碳棒,一为铁片,若电流表的指针发生偏转,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,烧杯中的溶液为稀硫酸

B.a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,烧杯中的溶液为稀硫酸

D.b为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

7.(2020河南郑州高一期中,)从理论上讲,任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。某同学利用反应“Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+”设计了一个化学电池,如图所示,已知在外电路中,电流从a极流向b极。请回答下列问题:

(1)b极是电池的　　　　极,材料是　　　　,写出该电极的电极反应式:　　　　　　　　　　　　。 

(2)a可以为　　　　(填字母)。 

A.铜　 B.银　 C.铁　 D.石墨

(3)c是　　　　(填字母)。 

A.CuSO4溶液　　　B.AgNO3溶液　　　C.酒精溶液

(4)若该反应过程中有0.2 mol电子发生转移,则生成的Ag为　　　　g。 

答案全解全析

第2章　化学键　化学反应规律

第2节　化学反应与能量转化

第2课时　化学反应与电能

基础过关练

1.C　A装置没有形成闭合回路,A项错误;B装置中两电极都是锌,活泼性相同,B项错误;C装置存在两个活泼性不同的电极、可自发进行氧化还原反应、存在电解质溶液、形成了闭合回路,可构成原电池,C项正确;酒精为非电解质,该装置不能构成原电池,D项错误。

2.A　原电池中电子从负极沿外电路流向正极,电流由正极流向负极,故A正确;原电池将化学能主要转化为电能,也产生热能,故B错误;原电池的正极上发生得电子的还原反应,负极上发生失电子的氧化反应,故C错误;构成原电池的正、负极可能都是可导电的非金属,故D错误。

3.B　电池工作时正极发生还原反应,A项错误;装置工作时,阴离子向负极移动,B项正确;若Fe做电极材料,负极发生反应为Fe-2e-Fe2+,C项错误;由总反应可推知负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,转移1 mol电子,消耗0.5 mol Cu,其质量为32 g,D项错误。

4.C　Zn、Cu和稀硫酸形成的原电池中,Zn比Cu活泼,因此Zn作负极,失去电子,发生氧化反应,Cu作正极,电解质溶液中的H+在正极上得到电子发生还原反应;原电池装置中电子由Zn经外电路流向Cu,正极的电极反应式为2H++2e- H2↑,因此有1 mol电子流经导线时,生成的H2为0.5 mol。正确的为③④⑤,故选C。

归纳提升

　　原电池反应的实质是将一个能够自发进行的氧化还原反应“拆分”在两个不同的电极上进行,同时让这两个电极构成一个闭合回路。其中氧化还原反应中的氧化剂在正极上发生得电子的反应,还原剂在负极上发生失电子的反应。负极活性物质所失去的电子经外电路的导线流入正极,使正极上的活性物质发生得电子的反应,而在内电路中,则是通过电解质电离产生的离子导电。其中,阳离子由负极移向正极,阴离子由正极移向负极。

5.B　(2)图是原电池,活泼金属锌是负极,铜是正极,所以电子由Zn沿外电路流向Cu,A正确;(3)图是原电池,锌作负极,失电子生成锌离子,铜作正极,溶液中铜离子得到电子生成铜,锌电极质量减小,铜电极质量增加,B错误;(1)图中锌和稀硫酸发生反应,铜和稀硫酸不反应,(1)图中铜棒上没有气体产生,C正确;(2)图与(3)图中负极反应式均为Zn-2e- Zn2+,(2)图中正极反应式为2H++2e- H2↑,(3)图中正极反应式为Cu2++2e- Cu,正极生成物质量之比为1∶32时,两个原电池中转移电子数相同,所以参与反应的锌的质量相同,D正确。

6.D　a和b不连接时,不能构成原电池,铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜;a和b用导线连接时,构成原电池,铁是负极,铜是正极,结合选项分析判断。a和b不连接时,由于金属活动性Fe>Cu,所以在铁片上会发生反应:Fe+Cu2+ Fe2++Cu,在铁片上有金属铜析出,A项正确;a和b用导线连接时,形成了原电池,Cu作原电池的正极,在铜片上发生的反应为Cu2++2e- Cu,B项正确;无论a和b是否连接,Fe都会失去电子变为Fe2+,而Cu2+会得到电子变为Cu,所以铁片均会溶解,溶液由蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a和b用导线连接后,铁作负极,铜作正极,铁片上发生氧化反应,溶液中硫酸根离子向铁电极移动,D项错误。

7.答案　(1)a　4.48 L　AB　(2)b　24

解析　(1)若电极a为Zn,电极b为Cu,电解质溶液为稀硫酸,则电极a是负极,电极b是正极,该装置工作时,S向a极移动;b电极上的电极反应式是2H++2e-H2↑,导线中转移了0.4 mol电子,则产生的气体在标准状况下的体积为0.4 mol÷2×22.4 L/mol=4.48 L;如果反应太剧烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,加入的物质应该降低氢离子的浓度,又不能消耗氢离子,则符合题意的有AB。 (2)若电极a为Mg,电极b为Al,电解质溶液为氢氧化钠溶液,铝与氢氧化钠溶液反应生成Na[Al(OH)4]和氢气,铝元素的化合价升高,铝电极作负极,则该原电池工作时,电子从b极流出,负极电极反应式是Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,正极电极反应式是2H2O+2e-H2↑+2OH-,一段时间后,若反应转移3NA个电子,负极溶解27 g铝,正极析出3 g氢气,则理论上的电解质溶液质量变化是27 g-3 g=24 g。

能力提升练

1.B　①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极,则金属活动性A>B;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电流由D→导线→C,则C是负极、D是正极,金属活动性C>D;③A、C用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡,则C上H+得电子发生还原反应,C是正极、A是负极,金属活动性A>C;④B、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应,则D是负极、B是正极,金属活动性D>B;通过以上分析知,金属活动性顺序为A>C>D>B,故选B。

2.A　金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,Z极上有氢气放出,所以X是负极,Z是正极,则金属活动性X>Z;若把活泼金属投入Y2+和Z2+共存的溶液中,Y先析出,说明Y2+氧化性强于Z2+,所以金属活动性Z>Y;M2+的氧化性强于Y2+,所以金属活动性Y>M,综上可知四种金属的活动性由强到弱的顺序为X>Z>Y>M,故选A。

3.D　当杠杆为导体时,向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液,构成原电池,Fe为负极,发生反应Fe-2e- Fe2+,Cu为正极,发生反应Cu2++2e- Cu,则A端低、B端高;当杠杆为绝缘体时,只发生Fe与硫酸铜溶液的反应,在Fe的表面附着Cu,质量变大,则A端高、B端低,故选D。

规律方法

　　两种活泼性不同的金属同时浸入同一电解质溶液中,有可能构成原电池,但也可能只发生相应的氧化还原反应。如本题中当铁球和铜球用导线相连后同时滴入浓硫酸铜溶液时,就能构成原电池,这时在铜球上发生还原反应,有铜析出,质量增加,而铁球上则发生氧化反应,铁球溶解,质量减小;若两种金属球用绝缘体相连,则不能构成原电池,所以只是铁球与硫酸铜溶液直接发生氧化还原反应,铁球溶解,铜在铁球上析出。

4.D　根据总反应式Ag2O+Zn+H2O2Ag+Zn(OH)2可知,放电时Zn元素化合价由0价变为+2价,负极上Zn失电子发生氧化反应,故A正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,电极反应式为Ag2O+2e-+H2O2Ag+2OH-,故B正确;电解质溶液为KOH溶液,负极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,在负极区, OH-被消耗浓度减小,故C正确;放电时,溶液中的OH-向负极移动,K+、H+向正极移动,故D错误。

5.C　0~t1时,Al为负极,被氧化生成氧化铝,Cu为正极,硝酸根离子放电生成二氧化氮;随着反应进行,铝表面的氧化膜阻碍反应进行,t1后,铜为负极,Al为正极。0~t1时,铜为正极,铝为负极,A错误;0~t1时,正极反应式为2H++N+e- NO2↑+H2O,B错误;随着反应进行,铝表面形成的氧化膜阻止了Al进一步反应,因此t1时电流方向发生了变化,C正确;t1后,铜为负极,电子从铜经导线流向铝,D错误。

6.C　a极上有大量气泡生成,说明a是正极,应该是碳棒,负极b是铁片,烧杯中的溶液可以为稀硫酸,不可以为硫酸铜溶液,否则正极上会析出金属铜,A、B、D错误,C正确。

7.答案　(1)负　Cu　Cu-2e- Cu2+

(2)BD

(3)B

(4)21.6

解析　由题干信息可知,原电池中,电流从a极流向b极,则a为正极,得到电子,发生还原反应,b为负极,失去电子,发生氧化反应。(1)根据上述分析知,b是电池的负极,失去电子,反应Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+中Cu失去电子,故Cu作负极,发生的电极反应为Cu-2e- Cu2+。(2)a是电池的正极,电极材料可以是比铜不活泼的Ag,也可以是石墨。(3)电解质溶液c是含有Ag+的溶液。(4)转移0.2 mol电子生成Ag的质量为108 g/mol×0.2 mol=21.6 g。