专题05 化学反应与电能【专项训练】-2020-2021学年高一化学下学期期中专项复习（人教版2019必修第二册）

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专题05 化学反应与电能
专项训练
1．下列我国科技创新的产品设备在工作时由化学能转化成电能的是( )




A．长征5号火箭使用的液氧煤油发动机
B．北斗导航卫星的太阳能电池板
C．位于江苏的海上风力电动机
D．由橙子制成的简易电池

【答案】D
【详解】
A．液氧煤油发动机将化学能转化为热能和机械能，而没有把化学能转化成电能，故A错误；
B．太阳能电池板将太阳能转化为电能，而没有把化学能转化成电能，故B错误；
C．风力发电机厂将风能转化为电能，而没有把化学能转化成电能，故C错误；
D．由橙子制成的简易电池将化学能转化为电能，故D正确；
答案选D。
2．下列关于原电池的叙述中正确的是( )
A．正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是把化学能转化成电能的装置
C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应
D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极就有0.1g氢气生成
【答案】B
【详解】
A．正极和负极必须是两种不同的金属或金属和非金属，A错误；
B．原电池是利用氧化还原反应把化学能转化成电能的装置，B正确；
C．原电池工作时，正极发生的是还原反应，负极上发生的是氧化反应，C错误；
D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，转移0.2mol电子，正极就有0.2g氢气生成，D错误；
故选B。
3．下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在外电路中，电子由负极经导线流向正极
B．在内电路中，电子由正极经电解质溶液流向负极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，一定不会伴随着热能变化
【答案】A
【详解】
A．外电路中电子由负极流向正极，A正确，
B．在内电路中,是阴、阳离子移动，B错误；
C．原电池工作时，正极上一般是溶液中的阳离子得电子，则正极表面可能有气泡产生，也可能生成金属单质，C错误；
D．原电池工作时，化学能转化为电能，同时可能会伴随着热能变化，D错误。
故选A。
4．下列有关电池的说法正确的是
A．手机上用的锂离子电池属于一次电池
B．铅蓄电池是可充电电池，电池的负极材料为PbO2
C．燃料电池是一种高效且对环境友好的新型电池
D．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
【答案】C
【详解】
A．手机上用的锂离子电池为可充电电池，为二次电池，A错误；
B．铅蓄电池可反复进行充电、放电，属于二次电池，由Pb、PbO2和H2SO4组成，负极为Pb，正极为PbO2，B错误；
C．一般而言，燃料电池的产物多为CO2、H2O等，属于对环境友好的新型电池，C正确；
D．铜锌原电池中Zn比Cu活泼，Zn为负极，Cu为正极，放电时电子沿外电路从负极Zn流向正极Cu，D错误；
故选C。
5．过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是　( )
A．加入适量NaCl溶液 B．加入适量的水
C．加入几滴硫酸铜溶液 D．再加入少量稀硫酸
【答案】C
【详解】
A．若加入NaCl溶液，会将稀硫酸稀释，c(H+)减小，反应速率减慢，故A错误；
B．加入适量的水，会将稀硫酸稀释，c(H+)减小，反应速率减慢，故B错误；
C．若加入几滴CuSO4溶液，则发生反应Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，析出的Cu与Fe、稀硫酸形成原电池，反应速率加快且不影响生成H2的总量，故C正确；
D．若再加入少量稀硫酸，因Fe过量，则生成H2的总量增大，故D错误。
故选C。
6．X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下反应：
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡；
②M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，电子从M极流出，经过外电路，流入N极；
③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑；
④水溶液中，X+Y2+=X2++Y。
则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A．Z＞X＞Y＞M＞N B．Z＞Y＞X＞M＞N
C．Z＞X＞Y＞N＞M D．X＞Y＞M＞N＞Z
【答案】A
【解析】
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡，说明M作为原电池的正极，活泼性MN；③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑，Z的化学性质非常活泼；④水溶液中，X+Y2+=X2++Y，X可以置换出Y的盐溶液中的Y，所以活泼性X>Y，所以五种金属活动性由强到弱的顺序为：Z>X>Y>M>N，答案选A。
7．“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是 ( )

A．镁片作为正极
B．食盐水作为电解质溶液
C．电池工作时镁片逐渐被消耗
D．电池工作时实现了化学能向电能的转化
【答案】A
【详解】
A．从电池反应看，Mg由0价升高到+2价，则镁片失电子，作负极，A错误；
B．食盐水中含有Na+和Cl-，具有导电性，可作为电解质溶液，B正确；
C．电池工作时，镁片不断失电子生成Mg2+进入溶液，所以镁片逐渐被消耗，C正确；
D．电池工作时，通过发生化学反应产生电流，从而实现化学能向电能的转化，D正确；
故选A。
8．利用反应6NO2+8NH3=7N2+12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．A电极上发生氧化反应，B为正极
C．电极A极反应式为2NH3-6e-=N2+6H+
D．当有2.24 LNO2(标准状况) 被处理时，转移电子为0.4 mol
【答案】C
【分析】
根据总反应可知NO2被还原，NH3被氧化，所以通入NO2的B极为正极，通入NH3的A极为负极。
【详解】
A．原电池中电流由正极经外电路流向负极，B为正极，A为负极，即电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极，故A正确；
B．根据分析可知A电极上NH3失电子发生氧化反应为负极，B电极上NO2得电子被还原为正极，故B正确；
C．电解质溶液呈碱性，所以电极方程式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，故C错误；
D．2.24 LNO2(标准状况)的物质的量为0.1mol，该反应中NO2中氮元素由+4价变为0价，所以转移的电子为0.4mol，故D正确；
综上所述答案为C。
9．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解液为硫酸，工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，下面结论正确的是（ ）
A．Pb为正极，被氧化 B．溶液的pH不断减小
C．SO42－只向PbO2处移动 D．电解液密度不断减小
【答案】D
【解析】
A. Pb为负极，被氧化，A不正确；
B. 硫酸参与电池反应，溶液的pH不断增大，B不正确；
C. 两个电极的产物均为PbSO4，故SO42－向两个电极移动，C不正确；
D. 电解液为硫酸，硫酸的浓度越小则密度越小，电池放电时，硫酸的浓度逐渐减小，故其密度不断减小，D正确。故选D。
10．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。

下列说法不正确的是( )
A．甲：向Cu电极方向移动
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH−
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：电池放电过程中，硫酸浓度不断减少
【答案】A
【详解】
A．甲中Zn为负极，原电池工作时向Zn电极方向移动，故A错误；
B．乙为纽扣电池，正极为Ag2O得电子发生还原反应，反应式为Ag2O+2e-+H2O═2Ag+2OH-，故B正确；
C．丙为锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被溶解，导致锌筒变薄，故C正确；
D．丁为铅蓄电池，放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，使用一段时间后，硫酸溶液的浓度降低，故D正确；
故答案为A。
11．甲醇、氧气和强碱溶液作电解质的手机电池中存在反应，有关说法正确的是( )
A．放电时，负极电极反应式：
B．放电时，参与反应的电极为正极
C．标准状况下，通入11.2L完全反应有1电子转移
D．充电时，电解质溶液的酸性逐渐增强
【答案】A
【分析】
燃料电池放电时，负极上燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，正极上氧化剂得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，充电时，阳极、阴极反应式与正极、负极反应式正好相反，据此分析解答。
【详解】
A．放电时，负极上甲醇失电子发生氧化反应，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为，A正确；
B．正极上得电子发生还原反应，根据知，放电时，氧气参与反应的电极为正极，B错误；
C．放电时，正极上的电极反应式为，通入0.25即标准状况下5.6L氧气并完全反应后，有1电子转移，C错误；
D．充电时，生成氢氧根离子，电解质溶液的碱性增强，D错误。
答案选A。
12．锌锰碱性干电池是依据原电池原理制成的化学电源。电池中负极与电解质溶液接触直接反应会降低电池的能量转化效率，称为自放电现象。

下列关于原电池和干电池的说法不正确的是
A．两者正极材料不同
B．MnO2的放电产物可能是KMnO4
C．两者负极反应式均为Zn失电子
D．原电池中Zn与稀H2SO4存在自放电现象
【答案】B
【详解】
A．左图为干电池，干电池的正极材料是碳棒，右图为原电池，正极材料是铜单质，两者正极材料不同，故A说法正确；
B．干电池中MnO2应作氧化剂，Mn的化合价降低，故B说法错误；
C．所给装置中Zn为负极，Zn失去电子，故C说法正确；
D．根据自放电现象的定义，Zn与稀硫酸能够发生反应，即原电池中Zn与稀硫酸存在自放电现象，故D说法正确；
故选B。
13．Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)

A．Mg电极是该电池的正极 B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的碱性增强 D．溶液中Cl－向正极移动
【答案】C
【分析】
镁、过氧化氢和海水形成原电池，镁做负极发生氧化反应，过氧化氢在正极上发生还原反应，过氧化氢做氧化剂被还原为OH-，溶液pH增大，原电池中阴离子移向负极。
【详解】
A．组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，不是正极，故A错误；
B．双氧水作为氧化剂，在石墨上被还原变为氢氧根离子，发生还原反应，故B错误；
C．双氧水作为氧化剂，在石墨上被还原变为氢氧根离子，电极反应为，H2O2+2e-=2OH-，故溶液pH值增大，故C正确；
D．溶液中Cl－移动方向与同外电路电子移动方向一致，应向负极方向移动，故D错误；
答案选C。
14．研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨，原理如下图所示：

下列说法正确的是
A．图中能量转化方式只有 2 种
B．b 极发生的电极反应为：N2+6H＋+6e－= 2NH3
C．H＋向 a 极区移动
D．a 极上每产生 22.4L O2 流过电极的电子数为 2NA
【答案】B
【详解】
A. 图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等，所以能量转化方式不只是2种，故A错误；
B. b极氮气转化为氨气，氮元素化合价降低被还原为原电池的正极，b 极发生的电极反应为：N2+6H＋+6e－= 2NH3，故B正确；
C. b极氮气转化为氨气，氮元素化合价降低被还原为原电池的正极，故H＋向 b极区移动，故C错误；
D. a极为负极，电极反应为，每产生标准状况下 22.4L O2 流过电极的电子数为4NA，但题干没说明标准状况，故D错误；
答案选B。
15．微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为：Zn+2OH--2e-= ZnO+H2O， Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，总反应式为：Ag2O+ Zn = 2Ag+ZnO。根据上述反应式，下列说法正确的是（ ）
A．在使用过程中，电池负极区溶液的碱性增强
B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
【答案】C
【分析】
该装置构成原电池，根据电极反应式知，锌作负极，氧化银作正极，负极上氢氧根离子参与反应，电子从负极沿导线流向正极，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。
【详解】
A．根据电极反应式知，锌作负极，氧化银作正极，负极上氢氧根离子参与反应导致氢氧根离子浓度减小，则溶液的pH减小，故A错误；
B．锌是负极，氧化银是正极，电子从锌沿导线流向氧化银，故B错误；
C．原电池中，失电子的电极是负极，得电子的电极是正极，所以锌是负极，氧化银是正极，故C正确；
D．负极锌失电子发生氧化反应，正极氧化银得电子发生还原反应，故D错误；
故选C。
16．四中某学习小组依据氧化还原反应原理：2Ag＋＋Cu=Cu2＋＋2Ag设计成的原电池如右图所示。

(1) 从能量转化角度分析，上述原电池将化学能转化为_________ ；
(2) 负极的电极材料为_____________；
(3) 正极发生的电极反应__________________________________；
(4) 假设反应初两电极质量相等，当反应进行到一段时间后(AgNO3溶液足量)，取出两电极洗净干燥后称量，测得两电极质量差为11.2 g，则该时间内原电池反应转移的电子数为_____________。(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
【答案】电能 Cu (或铜) Ag+ + e- = Ag 0.08NA
【解析】
（1）该装置为原电池，原电池将化学能转化为电能，
（2）铜的金属活泼性比银强，铜失电子生成铜离子，银离子得电子生成银，因此负极的电极材料为铜，
（3）正极上银离子得电子生成银，电极反应式为：Ag+ + e- = Ag，
（4）正极上的电极反应式为：Ag+ + e- = Ag，负极上的电极反应式为：Cu - 2e-=Cu2+，设转移电子物质的量为xmol，则正极上生成银的质量为xmol×108g/mol=108xg，负极上消耗铜的质量为1/2xmol×64g/mol=32xg，反应后测得两电极质量差为11.2g，则108xg +32xg =11.2g，解得x=0.08mol，该时间内原电池反应转移的电子数为0.08NA
17．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的______(填“正”或“负”)极。

(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为
A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2O
B极：O2＋4e－=2O2－
则A极是电池的______极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。
(3)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：
Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－
总反应为Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag
①Zn是_______极，Ag2O发生________反应。
②电子由_____极流向_____极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路通过1 mol电子时，负极消耗物质的质量是________g。
③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】b 负 负 流出 负 还原 Zn Ag2O 32.5 不变
【详解】
(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动， X是负极；Y是正极，氧气得电子，氧气应通入正极。
(2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，应该是电池的负极，电子从该极流出。
(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原发生还原反应。
②发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，当通过电路1 mol时，负极消耗Zn的质量是32.5 g。
③根据电极反应式，电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的量不变
18．根据化学能转化电能的相关知识，回答下列问题：
Ⅰ．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_______(填“氧化”或“还原”)反应，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 mol，则生成银_______g。
Ⅱ．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中，如图所示。

(1)写出甲中正极的电极反应式：_______。
(2)乙中负极为_______，总反应的离子方程式：_______。
(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料都是金属时，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，由此他们会得出不同的实验结论，依据该实验实验得出的下列结论中，正确的有_______。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析
【答案】Cu 氧化 AgNO3溶液 碳棒上出现银白色物质 108 2H++2e-=H2↑ Al 2Al+2OH-+2H2O=2+3H2↑ AD
【详解】
Ⅰ．(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，电解质溶液需要提供Ag+，故可用AgNO3溶液；
(2)正极上发生反应：Ag++e-=Ag，可看到碳棒上出现银白色物质。
(3)根据正极反应：Ag++e-=Ag，转移1mol电子，生成1molAg，即108gAg。
Ⅱ．(1)甲中镁比铝活泼，更容易和硫酸反应，所以镁作负极，失去电子，铝作正极，溶液中的H+得到电子，正极反应式为：2H++2e-=H2↑。
(2)乙中铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应，所以铝作负极，总反应离子方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2+3H2↑。
(3)镁的原子半径比铝大，且镁的核电荷数比铝小，所以镁比铝容易失去电子，所以镁比铝活泼，这是不争的事实，金属活动性顺序表依然是正确且有实用价值的。在乙中之所以铝作负极，是因为铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应而镁不能，所以利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质，同时该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析，故AD正确。
19．某研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的简易工作原理如图所示。

(1)b电极为__极，该电极的电极反应式为_____________；
(2)工作一段时间后，当64g甲醇完全反应时，转移电子数为___________；
(3)若用此电池来电解NaCl溶液（惰性电极），电解反应的离子方程式为____；
(4)电解一段时间后，将电解产生的黄绿色气体平均分成两份，其中一份通入50mL含有淀粉-KI溶液中，一段时间之后溶液变蓝，用0.5mol/L的Na2S2O3滴定I2（2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI），共消耗15mL Na2S2O3溶液。如果将SO2和另一份气体同时通入水中来消耗另一份气体，需要标况下SO2的体积是多少___（写出计算过程）？
【答案】正 O2+2H2O+4e-=4OH- 12mol 2Cl﹣+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH﹣ 84mL
【详解】
(1)电子由a向b移动，则b为正极；碱性条件下氧气得电子生成氢氧根离子，故电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-；
(2)64g甲醇为2mol，根据反应2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，则消耗氧气3mol，每个氧气转移4个电子，所以转移电子数12mol；
(3)电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，故离子方程式为2Cl﹣+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH﹣；
(4) 根据关系式：


可得n(Cl2)=3.75×10-3mol
由Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4
得n(SO2)=n(Cl2)=3.75×10-3mol
V(SO2)= n(SO2)Vm=3.75×10-3mol× 22.4L/mol=0.084L=84mL
20．燃料电池是利用燃料与氧气反应从而将化学能转化为电能的装置。
(1)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。

①A为生物燃料电池的________（填“正”或“负”）极。
②正极反应式为_____________。
③放电过程中，H＋由________极区向________极区迁移（填“正”或“负”）。
④在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上生成标准状况下二氧化碳的体积是________。
(2)一氧化碳无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因一氧化碳中毒而失去生命。一种一氧化碳分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。传感器中通过的电流越大，尾气中一氧化碳的含量越高。

请回答：
①a极电极反应式为______________；
②工作时，O2－由电极________向电极________移动（填“a”或“b”）；
③电子由电极________通过传感器流向电极________（填“a”或“b”）。
【答案】正 O2＋4H＋＋4e－=2H2O 负 正 22.4 L CO＋O2－－2e－=CO2
b a a b
【详解】
(1)由图可知A为燃料电池的正极，电极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O；B为燃料电池的负极，电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋；放电过程中，H＋由负极区向正极区移动；葡萄糖燃料电池的总反应为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O，即1 mol O2～1 mol CO2，每消耗1 mol O2，理论上生成标准状况下CO2气体22.4 L；
故答案为：正；O2＋4H＋＋4e－=2H2O；负；正；22.4 L；
(2)①由元素价态变化可知，a电极为负极，电极反应式为CO＋O2－－2e－=CO2；
②b电极为正极，电极反应式为O2＋4e－=2O2－，总反应为2CO＋O2=2CO2，O2－由电极b向电极a移动；
③工作时电子由负极向正极移动，电子由电极a通过传感器流向电极b；
故答案为：CO＋O2－－2e－=CO2；b；a；a；b。