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课时跟踪检测(八) 2.2 化学能与电能
(时间:45分钟 分值:100分)
一、选择题(本题包括12小题,每小题5分,共60分)
1.下列各装置露置在空气中,能在外电路获得电流的是( )
解析:选B。A、D项,两极的材料相同,不能形成原电池;C项,酒精是非电解质,不能形成原电池。
2.有关原电池的下列说法中正确的是( )
A.在外电路中电子由正极流向负极
B.在原电池中负极发生还原反应
C.原电池工作时,阳离子向正极移动
D.原电池中正极一定是不活泼金属
解析:选C。在原电池外电路中,电子从负极流向正极,A错误;原电池中负极发生氧化反应,B错误;随着反应的进行,阳离子在正极被还原,所以电解质溶液中的阳离子向正极移动,C正确;原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差,但不一定是不活泼金属,D错误。
3.如图为某兴趣小组制作的番茄电池,下列说法正确的是( )
A.电子由锌通过导线流向铜
B.该装置将电能转化为化学能
C.锌电极发生还原反应
D.铜电极上无气泡产生
解析:选A。因为番茄汁呈酸性(即含有H+),可组成原电池。依据原电池的基本知识,其中Zn作负极,发生氧化反应;Cu作正极,发生还原反应。电子由负极(Zn)通过导线流向正极(Cu)。H+在正极得电子,2H++2e-===H2↑,铜电极上有气泡产生。
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4.燃料电池是一种新型电池,它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能,氢氧燃料电池的基本反应是
X极:O2(g)+H2O(l)+2e-===2OH-,
Y极:H2(g)+2OH--2e-===2H2O(l)。
下列说法正确的是( )
A.X是负极 B.Y是正极
C.Y极上发生还原反应 D.Y极上发生氧化反应
解析:选D。由电极反应式可知:X极上发生得到电子的还原反应,是原电池的正极,Y极上发生失去电子的氧化反应,是原电池的负极。
5.关于化学电源的叙述,错误的是( )
A.化学电源均是根据原电池的工作原理设计的
B.在干电池中,碳棒只起导电作用,并不参与化学反应
C.镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉的资源有限,价格昂贵
D.燃料电池是一种高效、环保的新型化学电源
解析:选C。镍镉电池不能随意丢弃的主要原因是镍、镉属于重金属,会对环境造成严重的污染。
6.《科学美国人》评2016年十大创新技术之一是“碳呼吸电池”,电池装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.电能转变为化学能
B.负极发生了还原反应
C.利用该技术可捕捉大气中的CO2
D.金属铝作正极
解析:选C。A.“碳呼吸电池”为原电池原理,将化学能转变为电能,故A错误;B.负极发生氧化反应,故B错误;C.“碳呼吸电池”能消耗二氧化碳气体,所以利用该技术可捕捉大气中的CO2,故C正确;D.金属铝发生氧化反应生成草酸铝,作负极,故D错误。
7.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中加入少量的CuSO4
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溶液,下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系,其中正确的是( )
解析:选A。等质量的两份锌粉中,加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸,同时向a中加入少量CuSO4溶液,则a中发生的反应有:Zn+Cu2+===Zn2++Cu,Zn+2H+===Zn2++H2↑,由于置换出来的Cu与Zn在稀硫酸中构成原电池,所以,a中的反应速率比b中的反应速率大,即反应完全所需的时间短,但Cu2+消耗了少量的Zn,a中产生的H2比b中产生的H2少。b中只发生反应:Zn+2H+===Zn2++H2↑。
8.将纯锌片和纯铜片按如图方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中SO均向铜片移动
D.产生气泡的速率甲比乙快
解析:选D。甲池中锌与铜用导线连接后浸入稀H2SO4中,形成原电池,乙池中仅发生锌与稀H2SO4的反应,不构成原电池。所以甲池中铜片表面有气泡产生,且气泡产生速率比乙快。乙池中不能构成原电池,铜片、锌片都不是电极。甲池中SO移向负极(即锌片)。只有D项正确。
9.将两极质量相同的铜棒和锌棒,用导线相连接后插入CuSO4溶液中,经过一段时间后,取出洗净后干燥并称重,两棒质量相差6.45 g,导线中通过的电子的物质的量为( )
A.0.1 mol B.0.2 mol
C.0.3 mol D.0.4 mol
解析:选A。负极:Zn-2e-===Zn2+,Zn失去2 mol电子减轻65 g;正极:Cu2++2e-===Cu,Cu2+得到2 mol电子增重64 g,两极质量相差:65 g+64 g=129 g。现在两棒质量相差6.45 g,则参加反应的锌及生成的铜均为 0.05 mol,应转移 0.1 mol 电子。
10.甲烷燃料电池的化学反应为CH4+2O2===CO2+2H2O,其中一个电极反应式为2O2+8H
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++8e-===4H2O,下列叙述不正确的是( )
A.CH4通入负极
B.O2通入正极
C.正极发生氧化反应
D.负极的电极反应式为CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+
解析:选C。甲烷燃料电池中氧气通入正极,发生还原反应,电极反应是2O2+8H++8e-===4H2O;甲烷通入负极,发生氧化反应,利用总反应式减去正极反应式即得到负极反应是CH4+2H2O-8e-===CO2+8H+,故选C。
11.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.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
解析:选C。装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子作负极,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,根据实验现象可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序表中氢的后面;装置三形成原电池,易知d比c活泼;装置四中,电流从a极流向d极,则电子是从d极流向a极,知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
12.某原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,则该反应的原电池组成正确的是( )
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Ag
Cu
负极
Cu
Zn
Cu
Fe
电解质溶液
CuCl2溶液
CuSO4溶液
H2SO4溶液
ZnCl2溶液
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解析:选B。根据原电池中发生的化学反应,负极反应为Zn-2e-===Zn2+,正极反应为Cu2++2e-===Cu。故选项B符合题意。
二、非选择题(本题包括4小题,共40分)
13.(10分)如图所示,将锌、铜通过导线相连,置于稀硫酸中。
(1)锌片上的现象是__________________________________________,
电极反应为_________________________________________。
(2)铜片上的现象是____________________________________,
电极反应为_______________________________________。
(3)电子由________经导线流向________。
(4)若反应过程中有0.2 mol电子发生转移,则生成的氢气在标准状况下的体积为_______________________________________。
解析:Cu-Zn-稀H2SO4形成的原电池中,Zn作负极:Zn-2e-===Zn2+,现象是锌片逐渐溶解;Cu作正极:2H++2e-===H2↑,铜片表面有气泡产生。电子由负极(Zn)经导线流向正极(Cu),由电极反应式可知当有0.2 mol电子发生转移时,可生成 0.1 mol H2,标准状况下体积为2.24 L。
答案:(1)锌片逐渐溶解 Zn-2e-===Zn2+
(2)铜片上有气泡产生 2H++2e-===H2↑
(3)锌片 铜片 (4)2.24 L
14.(8分)由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
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
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根据实验现象回答下列问题:
(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)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_________________________________。
解析:甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气体即H2产生,则A为正极,活动性D>A,随着H+的消耗,pH变大。
答案:(1)A-2e-===A2+
(2)Cu2++2e-===Cu (3)变大 (4)D>A>B>C
15.(7分)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。根据反应式回答问题:
(1)Zn是________极,Ag2O发生______反应。
(2)电子由________极流向________极(填“Zn”或“Ag2O”),当有1 mol电子通过电路时,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”)。
解析:(1)根据电极反应可知Zn失电子被氧化作负极,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流向正极,即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极,当有1 mol电子通过电路时,负极消耗Zn的质量是32.5 g。(3)根据总反应知电池使用过程中KOH的物质的量不变。
答案:(1)负 还原
(2)Zn Ag2O 32.5
(3)不变
16.(15分)现有如下两个反应:(A)NaOH+HCl===NaCl+H2O,(B)Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+。
(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池:____________________________________________。
(2)如果不能,说明其原因:__________________________________。
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(3)如果可以,则写出正、负极材料,其电极反应式及反应类型(填“氧化反应”或“还原反应”),电解质溶液名称。
负极:________,__________________,________。
正极:________,__________________,________。
电解质溶液:__________________。
若导线上转移电子1 mol,则正极质量增加________g。
解析:(1)~(2)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。(A)不是氧化还原反应,不能设计成原电池,(B)是氧化还原反应且能自发进行,故能设计成原电池。
(3)根据反应式:Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属;Ag+得电子,所以电解质溶液只能为AgNO3溶液(因为Ag+只能与NO大量共存)。
答案:(1)(A)不能,(B)可以
(2)(A)的反应是非氧化还原反应,没有电子转移
(3)Cu Cu-2e-===Cu2+ 氧化反应
石墨棒、银、铂(任选一种) 2Ag++2e-===2Ag
还原反应 AgNO3溶液 108
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