高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第2课时练习

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第2课时练习，共6页。试卷主要包含了已知空气-锌电池的电极反应为，燃料电池是电池研究的热点之一等内容，欢迎下载使用。
合格考过关检验
1.下列设备工作时可以将化学能转化为电能的是( )。
A.手机电池B.硅太阳能电池
C.水力发电D.电烤箱
答案A
解析手机电池工作时可以将化学能转化为电能,A项正确;硅太阳能电池工作时可以将太阳能转化为电能,B项错误;水力发电是将水的机械能转化为电能,C项错误;电烤箱工作时可以将电能转化为热能等,D项错误。
2.下列四个化学反应不可用于设计原电池的是( )。
A.2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
B.2H2+O22H2O
C.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2+2NH3↑
D.CH4+2O2CO2+2H2O
答案C
解析只有自发的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。
3.向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是( )。
答案A
解析a中加入少量CuSO4溶液,Zn能置换出少量Cu,构成Zn-Cu-稀硫酸原电池,可加快反应速率,但a中有少量Zn与CuSO4反应置换出Cu,故产生的H2体积减小,A正确。
4.用如图所示装置进行实验,若下图中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(N) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.②B.②④
C.①③⑤D.②⑤
答案A
解析N不参加反应,因此c(N)不变;根据电池总反应Fe+2Ag+Fe2++2Ag可知,a棒的质量减小,b棒的质量增大,每溶解56g的铁转移2ml电子,有216g银从溶液中析出,c(Ag+)变小,随着反应的进行溶液的质量减小,但溶液质量不会变为0。综上,A项正确。
5.某研究性学习小组设计了能使LED灯发光的装置,如图所示。下列说法不正确的是( )。
A.锌片是负极,电子由锌片经导线流向铜片
B.氢离子在铜片表面被还原
C.锌电极质量减少65 g时,铜电极表面析出氢气的体积是22.4 L
D.装置中存在“化学能→电能→光能”的转化
答案C
解析锌片作负极,发生氧化反应,电子由锌片经导线流向正极铜片,A项正确;铜片作正极,发生还原反应,氢离子在铜片上得电子被还原,B项正确;没有指明是标准状况,不能进行相关计算,C项错误;该装置中化学能转化为电能而产生电流,电流通过LED灯时,LED灯发光,故装置中存在“化学能→电能→光能”的转化,D项正确。
6.已知空气-锌电池的电极反应为
锌片:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
石墨:O2+2H2O+4e-4OH-
根据此判断,锌片是( )。
A.负极,并被氧化
B.负极,并被还原
C.正极,并被氧化
D.正极,并被还原
答案A
解析由电极反应:Zn+2OH--2e-Zn(OH)2可知,Zn失去电子被氧化,作电源的负极。
7.燃料电池是电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )。
A.a极是负极,该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2+4OH--4e-2H2O
C.总反应的化学方程式为2H2+O22H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
答案B
解析a极为负极,电极反应式为2H2+4OH--4e-4H2O,即a极上发生氧化反应,A正确;b极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,B不正确;正、负极的电极反应式相加得总反应为2H2+O22H2O,C正确;氢氧燃料电池的能量高,且产物为水,对环境无污染,故是具有应用前景的绿色电源,D正确。
8.氯铝电池是一种新型的燃料电池,电解质溶液是KOH溶液。请回答下列问题。
(1)通入Cl2(g)的电极是 (填“正”或“负”)极;
(2)投入Al(s)的电极是 (填“正”或“负”)极;
(3)外电路电子从 (填“Al”或“Cl2”)极流向 (填“正”或“负”)极;
(4)每消耗8.1 g Al(s),电路中通过的电子数目为 NA(设NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案(1)正 (2)负 (3)Al 正 (4)0.9
解析判断原电池的正、负极首先要分析题中所给信息,此题所给信息是具体反应物,根据反应的化学方程式:2Al+3Cl22AlCl3,可知Cl2得电子在正极发生还原反应,Al失电子在负极发生氧化反应,所以通入Cl2(g)的电极是正极,投入Al(s)的电极是负极,外电路电子由负极(Al)流向正极。8.1gAl(s)的物质的量为=0.3ml,1mlAl反应转移3ml电子,0.3mlAl反应在电路中通过的电子数目为0.9NA。
等级考素养提升
1.(2022山东德州期中)火星大气中CO2占96%,钠?CO2电池在火星探测中具有广泛的应用前景。电池总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C,装置如图所示。设NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )。
A.该电池中的金属钠可用金属铁代替
B.图中有机溶剂可以用水代替
C.电子移动方向:A极用电器B极NaClO4的有机溶剂A极
D.若在标准状况下67.2 L CO2参与反应,电路中转移的电子数为4NA
答案D
解析金属铁性质与金属钠性质不相似,故该电池中的金属钠不可用金属铁代替,A项错误;钠能与水反应,故图中有机溶剂不可以用水代替,B项错误;放电时,钠被氧化,二氧化碳被还原,钠为负极,电子由负极经外电路流向正极,即电子移动方向:A极→用电器→B极,电子不能进入原电池内部,C项错误;电池的总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C,反应过程中每消耗3mlCO2转移4ml电子,若在标准状况下67.2LCO2参与反应,CO2的物质的量为=3ml,则电路中转移的电子数为4NA,D项正确。
2.科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。关于此循环体系,下列说法中错误的是( )。
A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能
B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应
C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑
D.化学家必须解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂
答案C
解析原电池都是将化学能转化为电能的装置,故A正确。氢氧燃料电池的负极通入H2,发生氧化反应;正极通入O2,发生还原反应,故B正确。题述循环过程中H2O分解为H2和O2的条件是光、催化剂,故C错误。推广氢能的关键是寻找合适的催化剂,利用太阳能分解水,故D正确。
3.根据下列实验事实:①X+Y2+X2++Y;②Z+2H2OZ(OH)2+H2↑;③Z2+的氧化性比X2+弱;④由Y、W电极组成原电池,电极反应为W2++2e-W,Y-2e-Y2+,可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )。
A.X>Z>Y>WB.Z>W>X>Y
C.Z>X>Y>WD.Z>Y>X>W
答案C
解析①中X能置换出Y,说明还原性X>Y;②中Z可与冷水反应,说明Z是极活泼金属;③说明还原性Z>X;④中Y、W形成原电池时,Y作负极,说明还原性Y>W。综上所述,金属的还原性由强到弱的顺序为Z>X>Y>W。
4.由质量均为10 g的铁片﹑铜片和足量的CuSO4溶液组成原电池装置,经过一段时间后,两电极的质量差变为12 g,则下列说法正确的是( )。
A.铁片溶解了6 g
B.导线中通过了0.2 ml电子
C.铜片上析出了6 g Cu
D.铜片溶解了6.4 g
答案B
解析负极反应式为Fe-2e-Fe2+,正极反应式为Cu2++2e-Cu,设有xmlFe在负极上反应,则正极生成xmlCu,(10+64x)-(10-56x)=12,x=0.1,则m(Fe)=0.1ml×56g·ml-1=5.6g,A项错误;x=0.1,则转移电子的物质的量为0.2ml,B项正确;在正极上析出的铜为m(Cu)=0.1ml×64g·ml-1=6.4g,而不是铜片溶解,C、D两项错误。
5.根据反应Zn+CuSO4ZnSO4+Cu设计的锌铜原电池装置如图所示,其中阴离子交换膜只允许阴离子通过。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,甲池中的c(S)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴离子通过阴离子交换膜向负极移动,保持溶液中电荷平衡
答案D
解析根据反应Zn+CuSO4ZnSO4+Cu可知,在该原电池中,Zn电极作负极,Zn失去电子变为Zn2+进入ZnSO4溶液中,发生氧化反应,Cu电极作正极,CuSO4溶液中的Cu2+在正极得到电子变为单质Cu,发生还原反应,A项错误;为保持溶液中电荷平衡,乙池溶液中的S通过阴离子交换膜向甲池移动,因此电池工作一段时间后,甲池中的c(S)增大,B项错误 ,D项正确;乙池中Cu2++2e-Cu,Cu附着在铜电极表面,S从乙池扩散到甲池平衡电荷,因此乙池溶液的总质量减小,C项错误。
6.如下图所示装置可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式(当电解质溶液为NaOH溶液或KOH溶液时)两种。请回答下列问题。
氢氧燃料电池示意图
(1)酸式电池的电极反应,负极: ,正极: ;电池总反应: ;电解质溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)碱式电池的电极反应,负极: ,正极: ;电池总反应: ;电解质溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)若NA为阿伏加德罗常数的值,则该电池生成1 ml H2O时,外电路转移的电子数为 。
(4)室温下,若该电池消耗1 ml H2时可提供257.4 kJ的电能,则该燃料电池的能量转化率为 。(已知:室温下,1 ml H2完全燃烧生成液态水时,释放286.0 kJ的能量)
(5)北京冬奥会使用的是氢氧燃料电池为动力的汽车,利用铁酸锌(ZnFe2O4)循环制氢气的过程如图所示。下列说法不正确的是 (填字母)。
A.反应Ⅱ的生成物只有氢气
B.该反应过程中不需要额外补充铁酸锌
C.反应Ⅰ为分解反应
D.该反应可将太阳能转化为化学能
答案(1)2H2-4e-4H+ O2+4H++4e-2H2O 2H2+O22H2O 变大 (2)2H2+4OH--4e-4H2O O2+2H2O+4e-4OH- 2H2+O22H2O 变小 (3)2NA (4)90% (5)A
解析(1)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,酸性条件下与H+结合生成H2O;负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。电池总反应为H2与O2反应生成H2O,由于有H2O生成,溶液逐渐变稀,故电解质溶液的pH增大。
(2)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH-;负极上,H2失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合生成水。电池总反应也是H2与O2反应生成水。由于有水生成,c(OH-)变小,电解质溶液的pH变小。
(3)该电池生成1mlH2O时,根据总化学方程式2H2+O22H2O,有1mlH2参加反应,故转移电子数为2NA。
(4)1mlH2完全燃烧生成液态水时,释放286.0kJ的能量,若该电池消耗1mlH2时可提供257.4kJ的电能,则该燃料电池的能量转化率为×100%=90%。
(5)根据流程图可知,反应Ⅱ的生成物有氢气和铁酸锌,故A错误;该反应不断消耗水生成氢气和氧气,铁酸锌在整个过程中可循环使用,该反应过程中不需要额外补充铁酸锌,故B正确;反应Ⅰ铁酸锌分解生成氧气、四氧化三铁和氧化锌,属于分解反应,故C正确;水在催化剂和太阳能条件下分解生成氢气和氧气,该反应可将太阳能转化为化学能,故D正确。