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化学反应与电能(40分钟70分)一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)1.下列电池中不易造成环境污染的是()A.镍镉电池B.锌锰电池C.铅蓄电池D.氢氧燃料电池【解析】选D。镍镉电池、锌锰电池、铅蓄电池中都有重金属,使用时容易造成环境污染;氢氧燃料电池的原料分别是氢气、氧气,最终产物为水,使用时对环境不易造成污染。【补偿训练】下列关于充电电池的叙述,不正确的是()A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应B.理论上充电电池可以被多次充放电C.充电和放电属于可逆反应D.较长时间不使用电池时,最好将电池取出并妥善存放【解析】选C。充电电池中充电和放电属于可逆过程,但是不属于可逆反应。因为可逆反应要求在同一条件下向两个反应方向同时进行,而充电过程和放电过程的反应条件不同,C项错误。2.(2019·周口高一检测)下列装置能形成原电池的是()A.①②③⑦B.①②⑤⑥C.①②③④D.①②③⑥⑦【解析】选A。根据构成原电池的“两极一液一线一反应”判断,装置④不能形成闭合回路;装置⑤不具有两个活动性不同的电极,只能发生氧化还原反应;装置⑥中酒精不是电解质溶液。3.(2019·泰安高一检测)如图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为X→外电路→YB.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为FeC.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序为XY【解析】选D。外电路的电子流向为X→外电路→Y,电流方向与其相反,A错误;X极失电子,作负极,Y极上发生的是还原反应,X极上发生的是氧化反应。若两电极分别为Fe和碳棒,则Y为碳棒,X为Fe,B、C错误,D正确。【补偿训练】1.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.电子流入的一极为正极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,正极上就有0.1g氢气生成【解析】选B。原电池中电子从负极流出,从正极流入;它的正、负极可以是两种活泼性不同的金属,也可以是金属与非金属;原电池工作时负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应;当锌片上有6.5g锌溶解时,正极上生成0.2g氢气。2.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)()【解析】选B。A、B、C三项中的装置均能将化学能转化为电能,A项中反应为2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑,A项错误;B项Al与H2SO4反应产生铝盐和H2,B项正确;C项中反应为Al和硝酸反应生成NO,C项错误;D项中两电极全是Al,因而不能构成原电池,即不能将化学能转化为电能,D项错误。4.(2017·随州高一检测)如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是()选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液【解析】选C。该原电池中M棒变粗,N棒变细。说明原电池反应时N棒溶解作负极,溶液中有金属析出在M棒上。M棒作正极,A、B选项中,电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸,原电池工作时,不会有金属析出且A中M棒变细,C选项正极反应为Ag++e-Ag。而D选项正极反应为Fe3++e-Fe2+,不会有金属析出,是M棒锌溶解变细。【易错提醒】判断原电池的正负极的特例(1)Al、Mg和氢氧化钠溶液构成的原电池,Al作负极,Mg作正极。(2)Fe(或Al)、Cu和浓硝酸构成的原电池,Cu作负极,Fe(或Al)作正极。5.(2019·日照高一检测)如图所示,杠杆A、B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)()A.杠杆为导体和绝缘体时,均为A端高B端低B.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;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;为导体时,A端低B端高【解析】选D。根据题意,若杠杆为绝缘体,滴入CuSO4溶液后,在铁球表面析出Cu,铁球质量增大,B端下沉;若杠杆为导体,滴入CuSO4溶液后,形成原电池,在铜球表面析出Cu,A端下沉。【互动探究】(1)杠杆为导体时,若转移2mol电子,两极的质量差是多少?提示:转移2mol电子时,铁电极溶解1molFe,质量减少56g,铜电极析出1molCu,质量增加64g,故两极质量差为120g。(2)若将上题CuSO4溶液改为硫酸,应选哪个选项?提示:选B。若杠杆为绝缘体,滴入硫酸后,铁球溶解,质量减小,A端下沉;若杠杆为导体,滴入硫酸后,形成原电池,铁球溶解,质量减小,铜球质量不变,A端下沉。6.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+2H2SO42PbSO4+2H2O。已知PbSO4难溶于水。下列结论正确的是()A.Pb为正极,被氧化B.溶液的pH不断减小C.S只向PbO2处移动D.电解液密度不断减小【解析】选D。分析化学反应可知,反应中Pb失去电子,作负极;PbO2得电子,作正极,反应不断消耗硫酸,溶液的pH不断增大;无论Pb还是PbO2最终都生成PbSO4,所以S既向Pb处移动也向PbO2处移动;PbSO4在电解液中的溶解度很小,所以电解液的密度不断减小。【补偿训练】目前,科学家提出了一种理想而且经济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.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂【解析】选C。此循环过程中利用太阳能将H2O分解为H2和O2,然后利用氢氧燃料电池,将化学能转化为电能,循环过程中并没有发生电解水的反应,C项错误。7.(2019·广州高一检测)某小组为研究原电池原理,设计如图装置,下列叙述正确的是()A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极B.若X为Fe,Y为Cu,电子由铜片流向铁片C.若X为Fe,Y为石墨,石墨棒上有红色固体析出D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应【解析】选C。Fe比Cu活泼,Fe作负极,电子从Fe流向Cu,故A、B错误;若X为Fe,Y为C,电解质为硫酸铜,则正极石墨棒上析出Cu,故C正确;Zn比Cu活泼,Zn作负极,发生氧化反应,故D错误。8.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6.45g,导线中通过的电子的物质的量为()A.0.1molB.0.2molC.0.3molD.0.4mol【解析】选A。负极:Zn-2e-Zn2+,Zn失去2mol电子减重65g;正极:Cu2++2e-Cu,Cu2+得到2mol电子增重64g。两极质量相差:65g+64g=129g,现在两棒质量相差6.45g,应转移0.1mol电子。【方法规律】解答原电池计算题的方法(1)根据守恒法计算:其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计算:根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式。二、非选择题(本题包括2小题,共30分)9.(15分)铜锌合金是一种记忆合金,颜色为金黄色,俗称黄铜。因其极像黄金,不法商贩用来牟取暴利。铜锌也能设计成原电池(如图),该电池以硫酸铜为电解质溶液,(1)负极材料是什么?发生反应的类型是什么?写出电极反应式。锌片上的现象有哪些?提示:CuSO4溶液为电解质溶液时,铜锌原电池的负极为锌,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,所以锌片不断溶解。(2)正极材料是什么?发生反应的类型是什么?如何书写电极反应式?铜片上的现象有哪些?该原电池总反应的离子方程式是什么?提示:正极为铜,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-Cu,所以铜极不断变粗,原电池总反应式为Zn+Cu2+Zn2++Cu。(3)1molZn完全反应时,通过电解质溶液的电子的数目是多少?通过导线的电子的数目是多少?提示:0;2NA。电子不经过内电路,故通过电解质溶液的电子的数目是0。1molZn失去2NA个电子,故通过导线的电子的数目是2NA。【补偿训练】市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后,会发现有大量铁锈存在。(1)“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了________反应放出热量。(2)炭粉的主要作用是____________________。(3)加入氯化钠的主要作用是________________。(4)木屑的作用是________________________。【解析】由铁屑能在氧气中燃烧同时迅速放出大量的热,可推知铁在潮湿的情况下生锈时也会放出热量,只是比燃烧缓慢一些。日常生活中铁生锈过于缓慢,热量的释放也非常缓慢,难以察觉到。倘若提供适当的条件(如较浓的电解质溶液、导电且不活泼的固体物质)让铁成为原电池的负极材料,铁的氧化速率就会增大。木屑作用是让“热敷袋”产生的热量均匀地向外散失、传递。答案:(1)氧化(2)作为导电的固体物质,让铁成为原电池的负极材料,铁的氧化速率就会增大(3)提供较浓的电解质溶液,让铁成为原电池的负极材料,铁的氧化速率就会增大(4)让“热敷袋”产生的热量均匀地向外散失、传递10.(15分)氢气是未来最理想的能源之一,科学家最近研制出利用太阳能产生激光,并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术:2H2O2H2↑+O2↑。制得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题:(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现________能转变为________能。水分解时,断裂的化学键为________键,分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下:2H2+4OH--4e-4H2O,O2+2H2O+4e-4OH-,据此作出判断,下列说法中错误的是________。A.供电时的总反应是2H2+O22H2OB.产物为无污染的水,属于环境友好型电池C.燃料电池的能量转化率可达100%D.H2在负极发生氧化反应(3)有人以化学反应:2Zn+O2+4H+2Zn2++2H2O为基础设计出一种原电池,移入人体内作为心脏起搏器的能源,它靠人体内血液中溶有一定浓度的O2、H+进行工作。则原电池的负极材料是________,负极上发生反应的电极反应式为________________________________________。【解析】(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现了化学能转变为电能。水分解时,断裂的化学键为共价键,分解海水的反应属于吸热反应。(2)A、两个电极反应式相加,总电极反应式为2H2+O22H2O,故说法正确;B、根据A选项分析,产物是H2O,对环境无污染,属于环境友好型电池,故说法正确;C、能量转化率不可能达到100%,故说法错误;D、氢气在负极被氧化,故说法正确。(3)负极发生氧化反应,所以该原电池的负极材料是Zn,电极反应式为Zn-2e-Zn2+。答案:(1)化学电共价吸热(2)C(3)ZnZn-2e-Zn2+(20分钟30分)一、选择题(本题包括2小题,每小题6分,共12分)11.(原创题)实验探究是提高学习效果的有力手段。陈颖同学用如图所示装置研究原电池原理,下列说法错误的是()A.若将图1装置的Zn、Cu下端接触,Zn