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人教版高中化学选修4 4.1《原电池》同步练习(解析版)
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选修4第四章第一节原电池(解析版)
第I卷(选择题)
一、单选题
1.下列装置能构成原电池的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
A.装置中电极材料相同,不能形成原电池,A错误;
B.酒精为非电解质,该装置不能自发进行氧化还原反应,不能形成原电池,B错误;
C.该装置符合原电池的构成条件,能够成原电池,C正确;
D.该装置不能构成闭合回路,不能形成原电池,D错误;
答案选C。
2.如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法正确的是( )
A.其能量转化的形式主要是:化学能→电能→光能
B.导线中电子的流动方向是:铜片→导线→锌片
C.铜片上发生氧化反应,锌片上发生还原反应
D.电池工作一段时间后,溶液的PH会减小
【答案】A
【解析】
根据装置所示为铜锌原电池,锌比铜活泼,锌做负极,电极上发生氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜做正极,电极上发生还原反应,2H++2e-=H2↑,原电池中电子由负极流向正极,
A.该装置为原电池,原电池原理为化学能转化为电能,外电路中LED灯发光,原电池产生的电能转化为光能,则其能量转化的形式主要是:化学能→电能→光能,故A正确;
B.原电池外电路中,电子由负极流向正极,锌做负极,铜做正极,则导线中电子的流动方向是:锌片→导线→铜片,故B错误;
C.根据分析,铜片上发生还原反应,锌片上发生氧化反应,故C错误;
D.电池工作一段时间后,铜电极上发生还原反应,2H++2e-=H2↑,电解质溶液中的氢离子浓度减小,酸性减弱,溶液的pH会增大,故D错误;
答案选A。
3.关于锂电池的叙述正确的是( )
A.电能转化为化学能 B.电容量大,质量轻
C.不可循环充电使用 D.废旧锂电池是干垃圾
【答案】B
【解析】
A.电池是把化学能转化为电能的装置,故A错误;
B.单位质量的锂放电多,锂电池电容量大,质量轻,故B正确;
C.锂离子电池,可循环充电使用,故C错误;
D.废旧锂电池是有害垃圾,故D错误;
答案选B。
4.已知X、Y、Z都是金属,若把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出;若X、Y和盐酸形成原电池,Y为电池的负极。则X、Y、Z的金属活动性顺序为( )
A.Y>X>Z B.X>Z>Y C.X>Y>Z D.Y>Z>X
【答案】A
【解析】
把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,说明金属X可以把金属Z从其盐中置换出来,所以活泼性X>Z,X和Y组成原电池时,Y为电池的负极,所以活泼性Y>X,X、Y、Z三种金属的活动性顺序为Y>X>Z,故答案选A。
5.用导线把锌片与铁片连接好,然后平行插入稀硫酸中(如图所示),下列说法正确的是( )
A.铜是负极 B.铜片上无气泡产生 C.锌是负极 D.铜片的质量逐渐减少
【答案】C
【解析】
用导线把锌片与铁片连接好,然后平行插入稀硫酸中(如图所示),铁片反应,铜片不反应,因此铁片为负极,发生氧化反应,质量减少,铜片为正极,氢离子在此极发生还原反应,产生气泡,故C正确。
综上所述,答案为C。
分析原电池负极时,一般来说活泼性强的为负极,活泼性弱的为正极,但也要与电解质溶液有关,常用是否与电解质反应来分析,与电解质反应的一极为负极,不反应的为正极,两者都反应,则活泼性强的为负极。
6.某金属能与盐酸反应放出氢气,该金属与锌组成的原电池中,锌为原电池的负极,则金属可能是( )
A.铝 B.铜 C.铁 D.镁
【答案】C
【解析】
因金属活泼性为Mg>Al>Fe>Cu,该金属与锌组成原电池时,锌为负极,则该金属为Fe或Cu,但Cu与盐酸不反应,只有Fe符合,故选C。
7.如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,反应一段时间后,观察到的现象是( )
A.两圈仍保持平衡
B.有气泡产生,两圈摇摆不定
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
【答案】D
【解析】
铁圈和银圈连接浸入硫酸铜溶液中,该装置构成了原电池,较活泼的金属铁作负极,较不活泼的金属银作正极,负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液,导致铁质量减少,正极上铜离子得电子生成铜单质,导致银圈质量增加,所以一段时间后,铁圈质量小于银圈质量,银圈向下倾斜;
故选:D。
8.已知空气-锌电池的电极反应为:锌片:Zn+2OH+-2e-=ZnO+H2O;石墨:O2+2H2O+4e-=4OH-,则锌片是( )
A.正极,被还原 B.负极,被氧化 C.负极,被还原 D.正极,被氧化
【答案】B
【解析】
在空气-锌电池中锌片发生的反应为:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,则锌的化合价升高,发生氧化反应,原电池中负极发生氧化反应,所以在空气—锌电池中锌为负极被氧化,答案选B。
9.下列实验的前后,铜的质量一定发生变化的是( )
A.铜丝在空气中灼烧后立即插入乙醇
B.铜片放入酸化的硝酸钠溶液
C.铜和铁的混合物放入稀盐酸
D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池放电
【答案】B
【解析】
A.铜丝在空气中灼烧会转变成氧化铜,灼热的氧化铜插入乙醇中会被乙醇重新还原成铜单质,铜的质量保持不变,故A不符合题意;
B.酸化的硝酸钠等同于存在硝酸,硝酸具有强氧化性,能与铜反应使其溶解,铜的质量减小,故B符合题意;
C.铜不与盐酸发生反应,铜和铁的混合物放入盐酸中,铜的质量不变,故C不符合题意;
D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池,锌作负极、铜作正极,正极不发生反应,质量保持不变,故D不符合题意;
故选:B。
10.已知:电流效率=电路中通过的电子数÷消耗负极材料失去电子总数。现有三个电池装置如图所示:
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的电池反应均为:Cu+Fe3+=Cu2++Fe2+
B.Ⅲ中烧杯里的Cl-从右池经过盐桥移向左池
C.5min后,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ中都只含两种溶质
D.Ⅱ、Ⅲ的电流效率均高于Ⅰ的电流效率
【答案】D
【解析】
I、II和III的电池反应均为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,Cu电极发生失去电子的氧化反应,为负极,石墨电极为正极,负极反应式为Cu-2e-=Cu2+,正极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+,I电池为单液电池,金属铜和铁离子直接接触,会发生自放电现象,能量损失较大;II电池为采用离子交换膜的双液电池,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,II的电流效率高于I的电流效率;III电池为采用盐桥的双液电池,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,III的电流效率高于Ⅰ的电流效率,
A. Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ电池反应相同,总反应均为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,A项错误;
B. Ⅲ电池为采用盐桥的双液电池,电池工作时,盐桥中的阴阳离子分别发生定向移动,阳离子进入左池,阴离子进入右池,烧杯里的Cl−不移动,B项错误;
C. 根据电池总反应:2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+可知,5min后Ⅰ、Ⅱ中都至少含氯化铜和氯化亚铁2种溶质,Ⅲ电池采用盐桥,盐桥中盐的离子通过定向移动进入左右池,导致Ⅲ中含有两种以上溶质,如盐桥中盐为KCl时,5min后III中至少含氯化铜、氯化亚铁、氯化钾3种溶质,C项错误;
D. 三种电池的工作原理相似,都是将化学能转化为电能的装置,但II电池采用离子交换膜、Ⅲ电池采用盐桥,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,所以Ⅰ的电流效率低于Ⅱ、III的电流效率,D项正确;
答案选D。
11.iPhone手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注,目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li+MnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是( )
A.MnO2是负极,电极反应式为MnO2+e-=MnO
B.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
C.电池内部产生的MnO向锂电极移动
D.钠比锂更活泼,相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多
【答案】C
【解析】
由锂电池的总反应为Li+MnO2═LiMnO2可知Li失去电子,Li作负极,正极上MnO2得到电子。
A.MnO2是正极,正极上MnO2得到电子,正极反应为MnO2+e-=MnO2-,故A错误;
B.电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极,故B错误;
C.电池内部产生的MnO2-向负极即锂电极移动,故C正确;
D.钠和锂为同主族元素,相同物质的量的Na和Li失电子数相同,Li的相对原子质量较小,则相同质量的钠作电极比锂失电子数少,提供的电能少,故D错误。
答案选C。
12.以下是某同学设计的四种锂-空气电池的工作原理示意图,固体电解质膜只允许通过,其中不正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
金属锂是活泼金属,与水接触时会发生反应,所以锂电极不能与水基电解质直接接触,观察对比会发现,只有A项中金属锂电极与水基电解质直接接触,答案选A。
13.锌–空气燃料电池可用作城市电动车的动力电源。其工作原理如图所示。已知电池的总反应为,下列说法正确的是( )
A.锌做正极 B.石墨上发生还原反应
C.该装置将电能转化为化学能 D.电子从石墨电极经导线流向锌电极
【答案】B
【解析】
根据电池的总反应式和工作原理图可知:Zn发生失去电子的氧化反应、Zn为负极,O2发生得到电子的还原反应,通入O2的石墨电极为正极,电池工作时,电子由负极Zn经过导线流向正极石墨,据此分析解答。
A.由电池的总反应可知,Zn化合价升高,发生失去电子的氧化反应,所以Zn为负极,故A错误;
B.通入空气的石墨电极上,发生得到电子的还原反应生成,故B正确;
C.原电池是将化学能直接转化为电能的装置,故C错误;
D.电池工作时,电子由负极经过导线流向正极,即电子由负极Zn经过导线流向正极石墨,故D错误;
答案选B。
14.下列关于原电池的叙述中,正确的是( )
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池的负极得电子,发生还原反应
C.原电池工作时,其正极不断产生电子并经外电路流向负极
D.原电池的电极一定要由两种不同的金属组成
【答案】A
【解析】
A.原电池通过化学反应产生电流,从而将化学能转变为电能,A正确;
B.原电池的负极失去电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,B不正确;
C.原电池工作时,电子由负极经外电路流入正极,C不正确;
D.原电池的电极可以由两种不同的金属或金属与非金属组成,D不正确;
故选A。
15.用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有琼脂-的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为:
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
【答案】D
【解析】
用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有琼脂-的U型管)构成一个原电池,则铜为负极,银为正极,①原电池外电路电流是正极流向负极即银电极流向铜电极,故①错误;②正极反应为:,故②正确;③实验过程中取出盐桥,必能形成闭合的回路,因此原电池不继续工作,故③错误;④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同都是铜和硝酸银反应生成硝酸铜和银,故④正确;因此②④正确;故D正确。
综上所述,答案为D。
16.中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池,其工作原理示意图如图:
下列说法正确的是( )
A.电极I为负极,电极反应为
B.聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过
C.如果电极Ⅱ为活性镁铝合金,则负极区会逸出大量气体
D.当负极质量减少5.4g时,正极消耗336L气体
【答案】C
【解析】
A.由电子流向及电极材料可知电极I为正极,海水显碱性,则电极反应为,故A错误;
B.该原电池中阳离子从右向左移向正极,由题意知铝要便于回收,所以聚丙烯半透膜不允许阳离子通过,故B错误;
C.如果电极Ⅱ为活性镁铝合金,镁铝形成很多微小的原电池,镁失去电子,铝上氢离子得到电子生成氢气,因此在负极区会逸出大量气体,故C正确;
D.未说明是否在标准状况下,无法计算正极消耗气体的体积,故D错误。
综上所述,答案为C。
17.如图所示,电流表指针发生偏转,同时A极质量减少,B极上有气泡产生,C为电解质溶液,下列说法错误的是( )
A.C中阳离子向A极移动
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C.B极为原电池的正极
D.A极发生氧化反应
【答案】A
【解析】
电流表指针发生偏转,说明形成原电池反应,化学能转化为电能;同时A极质量减少,则A为原电池负极,B极上有气泡产生,B为原电池正极,C为电解质溶液;
A. 在原电池中阳离子移向正极,故阳离子应该移向B电极,A错误;
B. A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸,锌作负极,铜作正极,符合题干反应现象,B正确;
C. B极上有气泡产生,则B为原电池正极,C正确;
D. A电极是原电池的负极,失去电子,发生氧化反应,D正确;
故合理选项是A。
18.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极有气体产生,c极无变化
d极溶解,c极有气体产生
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. B. C. D.
【答案】D
【解析】
装置一:a极质量减小,则a为负极,失电子被氧化;b极质量增大,则得电子析出,故金属活动性:。
装置二:金属b、c未用导线连接,不能形成闭合回路,不是原电池,b极有气体产生,c极无变化,故金属活动性:。
装置三:d极溶解,则d为负极;c极有氢气产生,则c为正极,故金属活动性:。
装置四:电流从a极流向d极,则d为负极、a为正极,故金属活动性:。综上,金属活动性:,故选D。
19.一定量的盐酸和过量的铁粉反应时,为了增大反应速率,且不影响生成氢气的总量,可向盐酸中加入适量的( )
A.NaOH(s) B.NaCl(s) C.CuSO4 (s) D.H2O
【答案】C
【解析】
加快反应速率应使盐酸溶液的浓度增大或设计成原电池,因铁粉过量,如不影响生成氢气的总量,则所加入物质不能改变酸溶液所能电离出的H+离子总物质的量。
A.NaOH固体能与盐酸反应,使盐酸溶液的浓度降低,反应速率减小,减小生成氢气的总量,故A错误;
B.氯化钠固体不影响氯化氢的浓度,反应速率不变,不影响生成氢气的总量,故B错误;
C.CuSO4溶液与铁反应生成Cu,从而形成原电池加快反应速率,且不影响生成氢气的总量,故C正确;
D.加入H2O使盐酸溶液的浓度降低,反应速率减小,且不影响生成氢气的总量,故D错误;
故答案为C。
20.锂-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.金属锂做负极,发生氧化反应
B.通过有机电解质向水溶液处移动
C.正极的电极反应:
D.电池总反应:
【答案】C
【解析】
A. 锂-空气电池中,锂为负极,发生氧化反应,A项正确;
B. 负极的电极反应为,生成的向正极移动,B项正确;
C. 通入空气的一极为正极,正极的电极反应为,C项错误;
D. 由正、负极的电极反应可得电池总反应:,D项正确;
故选C。
第II卷(非选择题)
二、填空题
21.如图所示装置:
(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象为________。两极反应式为:正极________;负极________。该装置将________能转化为________能,原电池中的H+向______(Mg、Al)极移动。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为________,带_______(正、负)电;总反应方程式为________。
【答案】镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转 2H++2e-=H2↑ Mg-2e-=Mg2+ 化学 电 Al Al 负 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
【解析】
Mg比Al活泼,二者都可与酸反应,如电解池溶液为酸,则Mg为负极,发生氧化反应,Al为正极,发生还原反应;如电解质溶液为氢氧化钠溶液,因Mg与碱不反应,而Al反应,则Al为负极,以此可解答该题。
(1)该装置为原电池装置,将化学能转变为电能,镁比铝活泼,当电解池溶液为稀硫酸时,镁作原电池负极,发生氧化反应,镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转,电极反应为Mg-2e-=Mg2+,铝作正极,发生还原反应,电极反应为2H++2e-=H2↑;原电池中阳离子向正极移动,则H+向Al极移动;
(2)铝能与NaOH溶液反应,而镁不反应,所以铝作负极,带负电,镁作正极,电池总反应和铝与NaOH溶液的反应相同,为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
22.2019年诺贝尔化学奖授予研发锂离子电池的三位科学家。磷酸亚铁锂()常用于生产锂离子电池,请回答下列问题:
(1)中Li元素的化合价为______。
(2)某锂离子电池放电时,以阳离子的形式脱离电极后,剩余的本身会转变为一种电中性化合物,该化合物的化学式为____,放电过程中;发生了______(填“氧化”或“还原”)反应。
【答案】+1 氧化
【解析】
(1)中铁为+2价,P为+5价,O为-2价,根据化合物中元素化合价代数和为0分析得, Li元素的化合价为+1,故答案为:+1;
(2)根据题干信息知,本身会转变为一种电中性化合物,则该化合物的化学式为,此时亚铁离子变为铁离子,则放电过程中;发生了氧化反应,故答案为:;氧化。
三、简答题
23.现有如下两个反应:
A.
B.
(1)根据两反应本质判断,___________________________(填“A”或“B”)反应能设计成原电池。
(2)如果不能设计成原电池,原因是______________________________________________________。
(3)如果可以设计成原电池,则负极反应为_______________________________________,正极反应为_______________________________________。
(4)根据(3)中的电极反应,设计一个化学电池(给出若干导线,电极材料和电解质溶液自选)________。
要求:①标出电子流动方向;②注明负极电极材料;③写出电解质溶液。
(5)若该电池外电路中有个电子转移,则电解质溶液质量增加了________________g。
【答案】B A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移 28
【解析】
(1)原电池反应必须是自发进行的氧化还原反应,A反应中各元素化合价不变,所以不是氧化还原反应,不能设计成原电池;B反应中中Fe的化合价由+3变为+2。单质铁中Fe的化合价由0变为+2,所以有电子转移,能设计成原电池,故本题答案为:B;
(2)根据(1)知,A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移,所以A反应不能设计成原电池,故本题答案为:A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移;
(3)负极发生氧化反应,电极反应为;正极发生还原反应,电极反应为,故本题答案为:;;
(4)可以用活泼的金属Fe做负极,石墨做正极,电解质溶液为氯化铁溶液,电子从负极流向正极,要形成闭合回路,原电池设计图可表示为,故本题答案为:;
(5)由电极反应可知,若导线上转移电子,则电解质溶液增重,所以外电路中有个电子转移时,即转移电子,电解质溶液增重,故本题答案为:28。
24.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应。
Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
(1)请指出正极材料、负极材料、电解质(写化学式):
正极:__,负极:__,电解质:__。
(2)写出电极反应式:正极:__,负极:__。
(3)溶液中Ag+向__极移动,电子从__极流向_极。(填“正”或“负”)
【答案】Ag或石墨等 Cu AgNO3 2Ag++2e-=2Ag Cu-2e-=Cu2+ 正 负 正
【解析】
利用电池反应设计原电池时,从反应中价态变化的元素入手,含有价态升高元素的反应物为负极材料,正极材料的失电子能力应比负极材料弱;原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,电子由负极沿导线流入正极。
(1)反应Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2中,Cu失电子,作负极,AgNO3溶液为电解质溶液,正极材料的失电子能力应弱于负极材料。从而得出:正极为Ag或石墨等,负极为Cu,电解质为AgNO3。答案为:Ag或石墨等;Cu;AgNO3;
(2)正极:溶液中的Ag+得电子生成Ag,电极反应式为2Ag++2e-=2Ag,负极:Cu失电子生成Cu2+,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+。答案为:2Ag++2e-=2Ag;Cu-2e-=Cu2+;
(3)溶液中Ag+为阳离子,向正极移动,负极材料失电子,所以电子从负极沿导线流向正极。答案为:正;负;正。
25.化学能在一定条件下能够转化为电能、热能、光能等其他形式的能量状态。请按照要求解决相关问题。
(1)根据构成原电池的本质判断,下列反应可以设计成原电池的是_________ (填序号)。
A.2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2
B. Na2CO3+2HCl= 2NaCl + H2O +CO2↑
C.2H2O2H2↑+O2↑
D.Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
(2)为了探究化学反应中的能量变化,某同学设计了如下两个实验。
分析有关实验现象,下列说法正确的是____________(填序号)。
A.图I中气泡产生在锌棒表面,II中产生在铜棒表面
B.图I和图II的气泡均产生在锌棒表面
C.两图中生成气体的速率几乎一样快
D.图II中产生气体的速度比I快
E.温度计显示的均为室温
F.图II中温度计的示数高于图I的示数
G.图I中温度计的示数高于图II的示数
H.图I和图II中温度计的示数相等,且均高于室温
(3)铅蓄电池是最常见的二次电池。放电时的化学方程式为:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4 (s) +2H2O(l)。负极反应式为_________,一段时间后,负极增重48克,转移电子__________mol。
(4)下图是甲烷燃料电池工作原理示意图,回答下列问题:
①电池的负极反应式为:_____________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】AD ADG Pb+-2e-=PbSO4 1 CH4-8e-+10OH-=+7H2O 减小
【解析】
(1) 原电池的构成原理是自发进行的氧化还原反应在理论上可以设计成原电池,
A.2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2为自发进行的氧化还原反应,A符合题意;
B. Na2CO3+2HCl= 2NaCl + H2O +CO2↑不是自发进行的氧化还原反应,B不符合题意;
C.2H2O2H2↑+O2↑不是自发进行的氧化还原反应,C不符合题意;
D.Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2为自发进行的氧化还原反应,D符合题意;
所以可以设计成原电池的是AD;
(2)图I中锌与稀硫酸反应生成氢气,不能形成原电池;图1I中锌与稀硫酸反应生成氢气,能形成原电池,锌为负极,铜为正极;
A. 图I中不能形成原电池,气泡产生在锌棒表面,II中形成原电池,锌为负极,铜为正极,气泡产生在铜棒表面,A正确;
B. 图I中不能形成原电池,气泡产生在锌棒表面,II中形成原电池,锌为负极,铜为正极,气泡产生在铜棒表面,B错误;
C. 图II中形成原电池,能加快反应速率,图II中产生气体的速度比I快,C错误;
D. 图II中形成原电池,能加快反应速率,图II中产生气体的速度比I快,D正确;
E. 温度计显示的均为溶液中的温度,E错误;
F. 图I中将化学能转化为热能,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,所以图I中温度计的示数高于图II的示数,F错误;
G. 图I中将化学能转化为热能,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,所以图I中温度计的示数高于图II的示数,G正确;
H. 图I中将化学能转化为热能,温度高于室温,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,温度基本保持不变,所以图I和图II中温度计的示数不等,H错误;
所以正确的是ADG;
(3)放电时铅失去电子生成PbSO4,所以负极反应式为Pb+-2e-=PbSO4;负极增重48克,增加的为,则的物质的量为,转移电子为0.5mol×2=1mol;
(4)甲烷燃料电池工作时,甲烷失去电子在负极发生氧化反应,氧气得到电子在正极发生还原反应;
①甲烷失去电子在负极发生氧化反应在碱性条件下生成和水,所以电池的负极反应式为:CH4-8e-+10OH-=+7H2O;
②电池工作一段时间后,OH-逐渐反应,浓度逐渐减少,则电解质溶液的pH减小。
第I卷(选择题)
一、单选题
1.下列装置能构成原电池的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
A.装置中电极材料相同,不能形成原电池,A错误;
B.酒精为非电解质,该装置不能自发进行氧化还原反应,不能形成原电池,B错误;
C.该装置符合原电池的构成条件,能够成原电池,C正确;
D.该装置不能构成闭合回路,不能形成原电池,D错误;
答案选C。
2.如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法正确的是( )
A.其能量转化的形式主要是:化学能→电能→光能
B.导线中电子的流动方向是:铜片→导线→锌片
C.铜片上发生氧化反应,锌片上发生还原反应
D.电池工作一段时间后,溶液的PH会减小
【答案】A
【解析】
根据装置所示为铜锌原电池,锌比铜活泼,锌做负极,电极上发生氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜做正极,电极上发生还原反应,2H++2e-=H2↑,原电池中电子由负极流向正极,
A.该装置为原电池,原电池原理为化学能转化为电能,外电路中LED灯发光,原电池产生的电能转化为光能,则其能量转化的形式主要是:化学能→电能→光能,故A正确;
B.原电池外电路中,电子由负极流向正极,锌做负极,铜做正极,则导线中电子的流动方向是:锌片→导线→铜片,故B错误;
C.根据分析,铜片上发生还原反应,锌片上发生氧化反应,故C错误;
D.电池工作一段时间后,铜电极上发生还原反应,2H++2e-=H2↑,电解质溶液中的氢离子浓度减小,酸性减弱,溶液的pH会增大,故D错误;
答案选A。
3.关于锂电池的叙述正确的是( )
A.电能转化为化学能 B.电容量大,质量轻
C.不可循环充电使用 D.废旧锂电池是干垃圾
【答案】B
【解析】
A.电池是把化学能转化为电能的装置,故A错误;
B.单位质量的锂放电多,锂电池电容量大,质量轻,故B正确;
C.锂离子电池,可循环充电使用,故C错误;
D.废旧锂电池是有害垃圾,故D错误;
答案选B。
4.已知X、Y、Z都是金属,若把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出;若X、Y和盐酸形成原电池,Y为电池的负极。则X、Y、Z的金属活动性顺序为( )
A.Y>X>Z B.X>Z>Y C.X>Y>Z D.Y>Z>X
【答案】A
【解析】
把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,说明金属X可以把金属Z从其盐中置换出来,所以活泼性X>Z,X和Y组成原电池时,Y为电池的负极,所以活泼性Y>X,X、Y、Z三种金属的活动性顺序为Y>X>Z,故答案选A。
5.用导线把锌片与铁片连接好,然后平行插入稀硫酸中(如图所示),下列说法正确的是( )
A.铜是负极 B.铜片上无气泡产生 C.锌是负极 D.铜片的质量逐渐减少
【答案】C
【解析】
用导线把锌片与铁片连接好,然后平行插入稀硫酸中(如图所示),铁片反应,铜片不反应,因此铁片为负极,发生氧化反应,质量减少,铜片为正极,氢离子在此极发生还原反应,产生气泡,故C正确。
综上所述,答案为C。
分析原电池负极时,一般来说活泼性强的为负极,活泼性弱的为正极,但也要与电解质溶液有关,常用是否与电解质反应来分析,与电解质反应的一极为负极,不反应的为正极,两者都反应,则活泼性强的为负极。
6.某金属能与盐酸反应放出氢气,该金属与锌组成的原电池中,锌为原电池的负极,则金属可能是( )
A.铝 B.铜 C.铁 D.镁
【答案】C
【解析】
因金属活泼性为Mg>Al>Fe>Cu,该金属与锌组成原电池时,锌为负极,则该金属为Fe或Cu,但Cu与盐酸不反应,只有Fe符合,故选C。
7.如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,反应一段时间后,观察到的现象是( )
A.两圈仍保持平衡
B.有气泡产生,两圈摇摆不定
C.铁圈向下倾斜
D.银圈向下倾斜
【答案】D
【解析】
铁圈和银圈连接浸入硫酸铜溶液中,该装置构成了原电池,较活泼的金属铁作负极,较不活泼的金属银作正极,负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液,导致铁质量减少,正极上铜离子得电子生成铜单质,导致银圈质量增加,所以一段时间后,铁圈质量小于银圈质量,银圈向下倾斜;
故选:D。
8.已知空气-锌电池的电极反应为:锌片:Zn+2OH+-2e-=ZnO+H2O;石墨:O2+2H2O+4e-=4OH-,则锌片是( )
A.正极,被还原 B.负极,被氧化 C.负极,被还原 D.正极,被氧化
【答案】B
【解析】
在空气-锌电池中锌片发生的反应为:Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O,则锌的化合价升高,发生氧化反应,原电池中负极发生氧化反应,所以在空气—锌电池中锌为负极被氧化,答案选B。
9.下列实验的前后,铜的质量一定发生变化的是( )
A.铜丝在空气中灼烧后立即插入乙醇
B.铜片放入酸化的硝酸钠溶液
C.铜和铁的混合物放入稀盐酸
D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池放电
【答案】B
【解析】
A.铜丝在空气中灼烧会转变成氧化铜,灼热的氧化铜插入乙醇中会被乙醇重新还原成铜单质,铜的质量保持不变,故A不符合题意;
B.酸化的硝酸钠等同于存在硝酸,硝酸具有强氧化性,能与铜反应使其溶解,铜的质量减小,故B符合题意;
C.铜不与盐酸发生反应,铜和铁的混合物放入盐酸中,铜的质量不变,故C不符合题意;
D.铜、锌、稀硫酸构成的原电池,锌作负极、铜作正极,正极不发生反应,质量保持不变,故D不符合题意;
故选:B。
10.已知:电流效率=电路中通过的电子数÷消耗负极材料失去电子总数。现有三个电池装置如图所示:
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的电池反应均为:Cu+Fe3+=Cu2++Fe2+
B.Ⅲ中烧杯里的Cl-从右池经过盐桥移向左池
C.5min后,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ中都只含两种溶质
D.Ⅱ、Ⅲ的电流效率均高于Ⅰ的电流效率
【答案】D
【解析】
I、II和III的电池反应均为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,Cu电极发生失去电子的氧化反应,为负极,石墨电极为正极,负极反应式为Cu-2e-=Cu2+,正极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+,I电池为单液电池,金属铜和铁离子直接接触,会发生自放电现象,能量损失较大;II电池为采用离子交换膜的双液电池,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,II的电流效率高于I的电流效率;III电池为采用盐桥的双液电池,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,III的电流效率高于Ⅰ的电流效率,
A. Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ电池反应相同,总反应均为2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+,A项错误;
B. Ⅲ电池为采用盐桥的双液电池,电池工作时,盐桥中的阴阳离子分别发生定向移动,阳离子进入左池,阴离子进入右池,烧杯里的Cl−不移动,B项错误;
C. 根据电池总反应:2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+可知,5min后Ⅰ、Ⅱ中都至少含氯化铜和氯化亚铁2种溶质,Ⅲ电池采用盐桥,盐桥中盐的离子通过定向移动进入左右池,导致Ⅲ中含有两种以上溶质,如盐桥中盐为KCl时,5min后III中至少含氯化铜、氯化亚铁、氯化钾3种溶质,C项错误;
D. 三种电池的工作原理相似,都是将化学能转化为电能的装置,但II电池采用离子交换膜、Ⅲ电池采用盐桥,使金属铜和铁离子之间不接触,减少能量损失,所以Ⅰ的电流效率低于Ⅱ、III的电流效率,D项正确;
答案选D。
11.iPhone手机使用的锂电池以质量轻、能量高而备受关注,目前已成功研制出多种锂电池。某种锂电池的总反应是Li+MnO2=LiMnO2。下列说法中正确的是( )
A.MnO2是负极,电极反应式为MnO2+e-=MnO
B.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
C.电池内部产生的MnO向锂电极移动
D.钠比锂更活泼,相同质量的钠作电极比锂提供的电能更多
【答案】C
【解析】
由锂电池的总反应为Li+MnO2═LiMnO2可知Li失去电子,Li作负极,正极上MnO2得到电子。
A.MnO2是正极,正极上MnO2得到电子,正极反应为MnO2+e-=MnO2-,故A错误;
B.电池工作时,电子由负极通过外电路流向正极,故B错误;
C.电池内部产生的MnO2-向负极即锂电极移动,故C正确;
D.钠和锂为同主族元素,相同物质的量的Na和Li失电子数相同,Li的相对原子质量较小,则相同质量的钠作电极比锂失电子数少,提供的电能少,故D错误。
答案选C。
12.以下是某同学设计的四种锂-空气电池的工作原理示意图,固体电解质膜只允许通过,其中不正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
金属锂是活泼金属,与水接触时会发生反应,所以锂电极不能与水基电解质直接接触,观察对比会发现,只有A项中金属锂电极与水基电解质直接接触,答案选A。
13.锌–空气燃料电池可用作城市电动车的动力电源。其工作原理如图所示。已知电池的总反应为,下列说法正确的是( )
A.锌做正极 B.石墨上发生还原反应
C.该装置将电能转化为化学能 D.电子从石墨电极经导线流向锌电极
【答案】B
【解析】
根据电池的总反应式和工作原理图可知:Zn发生失去电子的氧化反应、Zn为负极,O2发生得到电子的还原反应,通入O2的石墨电极为正极,电池工作时,电子由负极Zn经过导线流向正极石墨,据此分析解答。
A.由电池的总反应可知,Zn化合价升高,发生失去电子的氧化反应,所以Zn为负极,故A错误;
B.通入空气的石墨电极上,发生得到电子的还原反应生成,故B正确;
C.原电池是将化学能直接转化为电能的装置,故C错误;
D.电池工作时,电子由负极经过导线流向正极,即电子由负极Zn经过导线流向正极石墨,故D错误;
答案选B。
14.下列关于原电池的叙述中,正确的是( )
A.原电池能将化学能转变为电能
B.原电池的负极得电子,发生还原反应
C.原电池工作时,其正极不断产生电子并经外电路流向负极
D.原电池的电极一定要由两种不同的金属组成
【答案】A
【解析】
A.原电池通过化学反应产生电流,从而将化学能转变为电能,A正确;
B.原电池的负极失去电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,B不正确;
C.原电池工作时,电子由负极经外电路流入正极,C不正确;
D.原电池的电极可以由两种不同的金属或金属与非金属组成,D不正确;
故选A。
15.用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有琼脂-的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为:
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.①③ C.②③ D.②④
【答案】D
【解析】
用铜片、银片、溶液、溶液、导线和盐桥(装有琼脂-的U型管)构成一个原电池,则铜为负极,银为正极,①原电池外电路电流是正极流向负极即银电极流向铜电极,故①错误;②正极反应为:,故②正确;③实验过程中取出盐桥,必能形成闭合的回路,因此原电池不继续工作,故③错误;④将铜片浸入溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同都是铜和硝酸银反应生成硝酸铜和银,故④正确;因此②④正确;故D正确。
综上所述,答案为D。
16.中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池,其工作原理示意图如图:
下列说法正确的是( )
A.电极I为负极,电极反应为
B.聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过
C.如果电极Ⅱ为活性镁铝合金,则负极区会逸出大量气体
D.当负极质量减少5.4g时,正极消耗336L气体
【答案】C
【解析】
A.由电子流向及电极材料可知电极I为正极,海水显碱性,则电极反应为,故A错误;
B.该原电池中阳离子从右向左移向正极,由题意知铝要便于回收,所以聚丙烯半透膜不允许阳离子通过,故B错误;
C.如果电极Ⅱ为活性镁铝合金,镁铝形成很多微小的原电池,镁失去电子,铝上氢离子得到电子生成氢气,因此在负极区会逸出大量气体,故C正确;
D.未说明是否在标准状况下,无法计算正极消耗气体的体积,故D错误。
综上所述,答案为C。
17.如图所示,电流表指针发生偏转,同时A极质量减少,B极上有气泡产生,C为电解质溶液,下列说法错误的是( )
A.C中阳离子向A极移动
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C.B极为原电池的正极
D.A极发生氧化反应
【答案】A
【解析】
电流表指针发生偏转,说明形成原电池反应,化学能转化为电能;同时A极质量减少,则A为原电池负极,B极上有气泡产生,B为原电池正极,C为电解质溶液;
A. 在原电池中阳离子移向正极,故阳离子应该移向B电极,A错误;
B. A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸,锌作负极,铜作正极,符合题干反应现象,B正确;
C. B极上有气泡产生,则B为原电池正极,C正确;
D. A电极是原电池的负极,失去电子,发生氧化反应,D正确;
故合理选项是A。
18.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极有气体产生,c极无变化
d极溶解,c极有气体产生
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. B. C. D.
【答案】D
【解析】
装置一:a极质量减小,则a为负极,失电子被氧化;b极质量增大,则得电子析出,故金属活动性:。
装置二:金属b、c未用导线连接,不能形成闭合回路,不是原电池,b极有气体产生,c极无变化,故金属活动性:。
装置三:d极溶解,则d为负极;c极有氢气产生,则c为正极,故金属活动性:。
装置四:电流从a极流向d极,则d为负极、a为正极,故金属活动性:。综上,金属活动性:,故选D。
19.一定量的盐酸和过量的铁粉反应时,为了增大反应速率,且不影响生成氢气的总量,可向盐酸中加入适量的( )
A.NaOH(s) B.NaCl(s) C.CuSO4 (s) D.H2O
【答案】C
【解析】
加快反应速率应使盐酸溶液的浓度增大或设计成原电池,因铁粉过量,如不影响生成氢气的总量,则所加入物质不能改变酸溶液所能电离出的H+离子总物质的量。
A.NaOH固体能与盐酸反应,使盐酸溶液的浓度降低,反应速率减小,减小生成氢气的总量,故A错误;
B.氯化钠固体不影响氯化氢的浓度,反应速率不变,不影响生成氢气的总量,故B错误;
C.CuSO4溶液与铁反应生成Cu,从而形成原电池加快反应速率,且不影响生成氢气的总量,故C正确;
D.加入H2O使盐酸溶液的浓度降低,反应速率减小,且不影响生成氢气的总量,故D错误;
故答案为C。
20.锂-空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.金属锂做负极,发生氧化反应
B.通过有机电解质向水溶液处移动
C.正极的电极反应:
D.电池总反应:
【答案】C
【解析】
A. 锂-空气电池中,锂为负极,发生氧化反应,A项正确;
B. 负极的电极反应为,生成的向正极移动,B项正确;
C. 通入空气的一极为正极,正极的电极反应为,C项错误;
D. 由正、负极的电极反应可得电池总反应:,D项正确;
故选C。
第II卷(非选择题)
二、填空题
21.如图所示装置:
(1)若烧杯中溶液为稀硫酸,则观察到的现象为________。两极反应式为:正极________;负极________。该装置将________能转化为________能,原电池中的H+向______(Mg、Al)极移动。
(2)若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液,则负极为________,带_______(正、负)电;总反应方程式为________。
【答案】镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转 2H++2e-=H2↑ Mg-2e-=Mg2+ 化学 电 Al Al 负 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
【解析】
Mg比Al活泼,二者都可与酸反应,如电解池溶液为酸,则Mg为负极,发生氧化反应,Al为正极,发生还原反应;如电解质溶液为氢氧化钠溶液,因Mg与碱不反应,而Al反应,则Al为负极,以此可解答该题。
(1)该装置为原电池装置,将化学能转变为电能,镁比铝活泼,当电解池溶液为稀硫酸时,镁作原电池负极,发生氧化反应,镁逐渐溶解,铝极上有气泡冒出,电流表指针发生偏转,电极反应为Mg-2e-=Mg2+,铝作正极,发生还原反应,电极反应为2H++2e-=H2↑;原电池中阳离子向正极移动,则H+向Al极移动;
(2)铝能与NaOH溶液反应,而镁不反应,所以铝作负极,带负电,镁作正极,电池总反应和铝与NaOH溶液的反应相同,为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑。
22.2019年诺贝尔化学奖授予研发锂离子电池的三位科学家。磷酸亚铁锂()常用于生产锂离子电池,请回答下列问题:
(1)中Li元素的化合价为______。
(2)某锂离子电池放电时,以阳离子的形式脱离电极后,剩余的本身会转变为一种电中性化合物,该化合物的化学式为____,放电过程中;发生了______(填“氧化”或“还原”)反应。
【答案】+1 氧化
【解析】
(1)中铁为+2价,P为+5价,O为-2价,根据化合物中元素化合价代数和为0分析得, Li元素的化合价为+1,故答案为:+1;
(2)根据题干信息知,本身会转变为一种电中性化合物,则该化合物的化学式为,此时亚铁离子变为铁离子,则放电过程中;发生了氧化反应,故答案为:;氧化。
三、简答题
23.现有如下两个反应:
A.
B.
(1)根据两反应本质判断,___________________________(填“A”或“B”)反应能设计成原电池。
(2)如果不能设计成原电池,原因是______________________________________________________。
(3)如果可以设计成原电池,则负极反应为_______________________________________,正极反应为_______________________________________。
(4)根据(3)中的电极反应,设计一个化学电池(给出若干导线,电极材料和电解质溶液自选)________。
要求:①标出电子流动方向;②注明负极电极材料;③写出电解质溶液。
(5)若该电池外电路中有个电子转移,则电解质溶液质量增加了________________g。
【答案】B A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移 28
【解析】
(1)原电池反应必须是自发进行的氧化还原反应,A反应中各元素化合价不变,所以不是氧化还原反应,不能设计成原电池;B反应中中Fe的化合价由+3变为+2。单质铁中Fe的化合价由0变为+2,所以有电子转移,能设计成原电池,故本题答案为:B;
(2)根据(1)知,A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移,所以A反应不能设计成原电池,故本题答案为:A反应是非氧化还原反应,没有电子的转移;
(3)负极发生氧化反应,电极反应为;正极发生还原反应,电极反应为,故本题答案为:;;
(4)可以用活泼的金属Fe做负极,石墨做正极,电解质溶液为氯化铁溶液,电子从负极流向正极,要形成闭合回路,原电池设计图可表示为,故本题答案为:;
(5)由电极反应可知,若导线上转移电子,则电解质溶液增重,所以外电路中有个电子转移时,即转移电子,电解质溶液增重,故本题答案为:28。
24.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应。
Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
(1)请指出正极材料、负极材料、电解质(写化学式):
正极:__,负极:__,电解质:__。
(2)写出电极反应式:正极:__,负极:__。
(3)溶液中Ag+向__极移动,电子从__极流向_极。(填“正”或“负”)
【答案】Ag或石墨等 Cu AgNO3 2Ag++2e-=2Ag Cu-2e-=Cu2+ 正 负 正
【解析】
利用电池反应设计原电池时,从反应中价态变化的元素入手,含有价态升高元素的反应物为负极材料,正极材料的失电子能力应比负极材料弱;原电池工作时,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,电子由负极沿导线流入正极。
(1)反应Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2中,Cu失电子,作负极,AgNO3溶液为电解质溶液,正极材料的失电子能力应弱于负极材料。从而得出:正极为Ag或石墨等,负极为Cu,电解质为AgNO3。答案为:Ag或石墨等;Cu;AgNO3;
(2)正极:溶液中的Ag+得电子生成Ag,电极反应式为2Ag++2e-=2Ag,负极:Cu失电子生成Cu2+,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+。答案为:2Ag++2e-=2Ag;Cu-2e-=Cu2+;
(3)溶液中Ag+为阳离子,向正极移动,负极材料失电子,所以电子从负极沿导线流向正极。答案为:正;负;正。
25.化学能在一定条件下能够转化为电能、热能、光能等其他形式的能量状态。请按照要求解决相关问题。
(1)根据构成原电池的本质判断,下列反应可以设计成原电池的是_________ (填序号)。
A.2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2
B. Na2CO3+2HCl= 2NaCl + H2O +CO2↑
C.2H2O2H2↑+O2↑
D.Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2
(2)为了探究化学反应中的能量变化,某同学设计了如下两个实验。
分析有关实验现象,下列说法正确的是____________(填序号)。
A.图I中气泡产生在锌棒表面,II中产生在铜棒表面
B.图I和图II的气泡均产生在锌棒表面
C.两图中生成气体的速率几乎一样快
D.图II中产生气体的速度比I快
E.温度计显示的均为室温
F.图II中温度计的示数高于图I的示数
G.图I中温度计的示数高于图II的示数
H.图I和图II中温度计的示数相等,且均高于室温
(3)铅蓄电池是最常见的二次电池。放电时的化学方程式为:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4 (s) +2H2O(l)。负极反应式为_________,一段时间后,负极增重48克,转移电子__________mol。
(4)下图是甲烷燃料电池工作原理示意图,回答下列问题:
①电池的负极反应式为:_____________。
②电池工作一段时间后电解质溶液的pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】AD ADG Pb+-2e-=PbSO4 1 CH4-8e-+10OH-=+7H2O 减小
【解析】
(1) 原电池的构成原理是自发进行的氧化还原反应在理论上可以设计成原电池,
A.2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2为自发进行的氧化还原反应,A符合题意;
B. Na2CO3+2HCl= 2NaCl + H2O +CO2↑不是自发进行的氧化还原反应,B不符合题意;
C.2H2O2H2↑+O2↑不是自发进行的氧化还原反应,C不符合题意;
D.Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2为自发进行的氧化还原反应,D符合题意;
所以可以设计成原电池的是AD;
(2)图I中锌与稀硫酸反应生成氢气,不能形成原电池;图1I中锌与稀硫酸反应生成氢气,能形成原电池,锌为负极,铜为正极;
A. 图I中不能形成原电池,气泡产生在锌棒表面,II中形成原电池,锌为负极,铜为正极,气泡产生在铜棒表面,A正确;
B. 图I中不能形成原电池,气泡产生在锌棒表面,II中形成原电池,锌为负极,铜为正极,气泡产生在铜棒表面,B错误;
C. 图II中形成原电池,能加快反应速率,图II中产生气体的速度比I快,C错误;
D. 图II中形成原电池,能加快反应速率,图II中产生气体的速度比I快,D正确;
E. 温度计显示的均为溶液中的温度,E错误;
F. 图I中将化学能转化为热能,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,所以图I中温度计的示数高于图II的示数,F错误;
G. 图I中将化学能转化为热能,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,所以图I中温度计的示数高于图II的示数,G正确;
H. 图I中将化学能转化为热能,温度高于室温,图II中形成原电池,将化学能转化为电能,温度基本保持不变,所以图I和图II中温度计的示数不等,H错误;
所以正确的是ADG;
(3)放电时铅失去电子生成PbSO4,所以负极反应式为Pb+-2e-=PbSO4;负极增重48克,增加的为,则的物质的量为,转移电子为0.5mol×2=1mol;
(4)甲烷燃料电池工作时,甲烷失去电子在负极发生氧化反应,氧气得到电子在正极发生还原反应;
①甲烷失去电子在负极发生氧化反应在碱性条件下生成和水,所以电池的负极反应式为:CH4-8e-+10OH-=+7H2O;
②电池工作一段时间后,OH-逐渐反应,浓度逐渐减少,则电解质溶液的pH减小。
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