苏教版高中化学必修2专题2第3单元化学能与电能的转化精编作业.docx
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苏教版高中化学必修2专题2第3单元化学能与电能的转化精编作业
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能化学电源
[经典基础题]
题组1 原电池的构成及其工作原理
1.下图装置能够组成原电池的是( )
2.右图为铜锌原电池示意图,下列说法正确的是( )
A.锌片逐渐溶解
B.烧杯中溶液逐渐呈蓝色
C.电子由铜片通过导线流向锌片
D.Zn为正极,Cu为负极
3.如图所示装置,电流计指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
选项
A
B
C
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Cu
Fe
稀盐酸
C
Fe
Ag
Fe(NO3)3溶液
D
Ag
Fe
AgNO3溶液
题组2 原电池原理的应用
4.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>dB.b>c>d>a
C.d>a>b>cD.a>b>d>c
5.某原电池反应的离子方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑,则下列说法正确的是( )
A.HNO3为电解质溶液B.锌为原电池正极
C.铁极质量不变D.铜为原电池正极
6.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为2Fe+2H2O+O2===2Fe2++4OH-。
以下说法正确的是( )
A.负极发生的反应为Fe-2e-===Fe2+
B.正极发生的反应为2H2O+O2+2e-===4OH-
C.钢铁被腐蚀最后生成的铁锈为Fe(OH)2
D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
7.钢铁生锈过程发生如下反应:
①2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3===Fe2O3+3H2O。
下列说法正确的是( )
A.反应①、②中电子转移数目相等
B.反应①中氧化剂是氧气和水
C.与铜质水龙头连接的钢质水管不易发生腐蚀
D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀
8.某原电池的总反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+,不能实现该反应的原电池是( )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Fe
FeCl3溶液
B
C
Fe
Fe(NO3)3溶液
C
Fe
Zn
Fe2(SO4)3溶液
D
Ag
Fe
Fe2(SO4)3溶液
题组3 化学电源的开发与利用
9.已知空气—锌电池的电极反应式。
锌片:
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;碳棒:
O2+2H2O+4e-===4OH-,据此判断,锌片是( )
A.正极,被还原B.正极,被氧化
C.负极,被还原D.负极,被氧化
10.汽车的启动电源常用铅蓄电池,放电时的电池反应如下:
PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,根据此反应判断下列叙述中正确的是( )
A.PbO2是电池的负极
B.负极的电极反应式为Pb+SO-2e-===PbSO4
C.PbO2得电子,被氧化
D.电池放电时,溶液酸性增强
[能力提升题]
11.原电池原理应用广泛,试回答下列问题:
(1)100mL浓度为2mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的量,可采用的方法是___________。
a.加入适量6mol·L-1的盐酸
b.滴入数滴CuCl2溶液
c.加入适量蒸馏水
d.加入适量NaCl溶液
e.加入NaHSO4固体
(2)银锌电池广泛用做各种电子仪器的电源,它作为原电池工作时发生反应Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2。
此原电池放电时负极上发生反应的物质是________。
已知空气—锌电池的两个电极发生的反应为锌片:
2Zn+4OH--4e-===2ZnO+2H2O,石墨棒:
O2+2H2O+4e-===4OH-,据此判断石墨是________(填“正极”、“负极”),发生__________反应(填“氧化”、“还原”)。
(3)根据原电池原理可设计成化学电源,下列关于原电池的说法不正确的是__________________。
a.手机上用的锂离子电池属于二次电池
b.甲醇燃料电池可将化学能转化为电能
c.锌锰干电池中,锌电极为负极
d.所有释放能量的反应都能通过原电池实现
(4)目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是X极:
O2+2H2O+4e-===4OH-,Y极:
H2+2OH--2e-===2H2O。
①X是________极,发生________反应(填“氧化”或“还原”),总反应方程式为______________________。
②若反应后得到5.4g液态水,此时氢氧燃料电池转移的电子数为__________。
12.市场上出售的“热敷袋”,其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等。
热敷袋启用之前用塑料袋密封与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。
使用完毕后,会发现有大量铁锈存在。
据此回答:
(1)热敷袋使用时,放出热量的原因是________________________________________________
________________________。
(2)碳粉的主要作用是___________________________________________________________。
(3)氯化钠的作用是_____________________________________________________________。
(4)有关的电极反应为___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)总的化学方程式:
__________________________________________________________。
13.某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性,他们提出了以下两种方案。
请你帮助他们完成有关实验项目:
方案Ⅰ:
有人提出将大小相等的铁片和铜片,分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中,观察产生气泡的快慢,据此确定它们的活动性。
该原理的离子方程式为
________________________________________________________________________。
方案Ⅱ:
有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池,以确定它们的活动性。
试在下面的方框内画出原电池装置图,标出原电池的电极材料和电解质溶液,并写出电极反应式。
正极反应式:
_____________________________________________________________;
负极反应式:
_____________________________________________________________。
方案Ⅲ:
结合你所学的知识,帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同):
______________________________________________________,用离子方程式表示其反应原理:
________________________________________________________________________。
14.
(1)如图所示,将Mg、Al和电解质溶液组成一种原电池。
试回答下列问题:
①若电解质溶液为稀硫酸,则正极为__________(填“Mg”或“Al”),电极反应式为________________________________。
负极是________________,电极反应式为__________________________________________。
②若电解质溶液为NaOH溶液,则能否构成原电池?
______(填“能”或“不能”),若能,则正极为________,电极反应式为______________,负极是__________,电极反应式为________________________,电池总反应方程式为___________________________________
_____________________________________。
(2)若将铝片与铜片用导线连接后,插入稀硝酸的烧杯中,负极为______________,若将铝片与铜片用导线连接后,插入浓硝酸的烧杯中。
下列叙述正确的是____________。
(填字母)
A.Al比Cu活泼,Al为负极,Cu极上析出NO2
B.Cu为负极,Al为正极,Al极上析出Cu
C.Cu为负极,电极反应为Cu-2e-===Cu2+
D.Al为正极,电极反应为2H++2e-===H2↑
(3)如下图所示,各容器中盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
①中反应的离子方程式为_____________________________________________________。
②中Cu极的电极反应式为____________________________________________________。
③中被腐蚀的金属是____________,总反应的化学方程式为_________________________
_______________________________________________。
铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是____________。
第2课时 电能转化为化学能
[经典基础题]
题组1 电解池的工作原理
1.下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中,不正确的是( )
A.电解池中的闭合电路是由电子的定向运动形成的
B.金属导线中,电子从电源的负极流向电解池的阴极,从电解池的阳极流向电源的正极
C.在电解质溶液中,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动
D.相同时间内,阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等
2.以下能用电解原理说明的是( )
①电解是把电能转化成化学能 ②电解是把化学能转化成电能 ③电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化 ④不能自发进行的氧化还原反应,通过电解的原理可以实现 ⑤任何溶液被电解时,必然导致氧化还原反应的发生
A.①②③④B.②③⑤
C.③④D.①③④⑤
3.下列关于电解池的叙述中不正确的是( )
A.与电源正极相连的是电解池的阴极
B.与电源负极相连的是电解池的阴极
C.在电解池的阳极上发生氧化反应
D.电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极
4.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+===Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法正确的是( )
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
5.如图电解池中装有硫酸铜溶液,选用不同材料的电极进行电解。
下列说法正确的是( )
选项
电极材料
通电后的变化
阴极
阳极
A
石墨
石墨
阴极质量增加,溶液的酸性减弱
B
铜
铜
阳极质量减小,阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量不变
题组2 电解规律的应用
6.下列各组溶液电解一段时间后,再加入相关物质,溶液能恢复原状况的是( )
电解质溶液
阳极
阴极
加入的物质
A
NaCl溶液
石墨
铁
盐酸
B
NaOH溶液
石墨
石墨
水
C
硫酸铜溶液
石墨
石墨
硫酸铜
D
硫酸
铁
石墨
H2O
7.用Pt作电极电解下列某种溶液,当阳极生成112mL气体时,阴极上析出0.64g金属,则该电解池中溶质可能是( )
A.CuSO4B.MgSO4
C.Al2(SO4)3D.Na2SO4
题组3 电解原理在工业中的应用
8.下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的Al2O3制取铝,用石墨作阳极
B.电解法精炼铜,用纯铜作阴极
C.工业上电解饱和食盐水,可制得烧碱、氢气和氯气
D.电解氯化镁溶液,可制得镁和氯气
9.以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是( )
A.电能全部转化为化学能
B.粗铜接电源正极,发生还原反应
C.溶液中Cu2+向阳极移动
D.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
10.Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念,设计制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应:
2Cu+H2OCu2O+H2↑。
下列说法正确的是( )
A.石墨电极上产生氢气
B.铜电极发生还原反应
C.铜电极接直流电源的负极
D.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成
[能力提升题]
11.如图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极。
(1)正极为________(填“a”或“b”),阳极为________(填“c”或“d”)。
(2)阳极反应式为____________________,检验该阳极产物的方法是______________________
__________________________________________________。
(3)电解一段时间后发现阴极增重6.4g,则外电路中通过的电子的物质的量是________mol,若该电解反应所需的电子全部由氢氧燃料电池提供,则至少需要消耗________L氢气(标准状况下)才能满足需要。
12.电解原理在化学工业中有广泛应用。
如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。
请回答以下问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞溶
液,则:
①电解池中X极上的电极反应式为______________。
在X极附近观察到的实验现象是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②Y电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(2)如要用电解方法精炼粗铜,电解液a选用CuSO4溶液,则
①X电极的材料是____________________,电极反应式为______________________________
__________________________________________。
②Y电极的材料是________,电极反应式为________________________________________
______________________。
(说明:
杂质发生的电极反应不必写出)
13.(Ⅰ)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题。
当闭合该装置的电键时,观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题:
(1)甲装置的名称是________(填“原电池”或“电解池”),Zn为________极,Pt为________极。
(2)写出电极反应式:
Pt极______________________________________________________,
Cu极________________________________________________________________________。
当甲中产生0.1mol气体时,乙中析出铜的质量应为____________________。
(3)若乙中溶液不变,将其电极都换成铜电极,电键闭合一段时间后,乙中溶液的颜色________(填“变深”、“变浅”或“不变”)。
(Ⅱ)由Cu2+、Cl-、Na+、SO四种离子中的两种离子组成的电解质溶液若干种,可选用铜电极、铂电极进行电解实验。
(1)要使电解过程中溶质的组成和质量不变,而该稀溶液的浓度增大,又无浑浊,应以__________为阳极电解________溶液,阳极电极反应式为______________________________
__________________________________________。
(2)以铂作阳极电解________溶液时,溶液的碱性有明显增强,且溶液保持澄清,电解的总反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
14.燃料电池是一种将化学反应产生的能量直接转换成电能的装置。
某研究性学习小组在一次活动中,参照下图组装实验装置,以外面缠绕棉花的碳棒为电极,电解质溶液用0.5mol·L-1Na2SO4溶液,电源用3~6V直流电源,发光二极管起辉电压为1.7V,电流为0.6mA。
(1)在碳棒电极外面缠绕棉花的作用是_______________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)按下开关S1,半分钟后两碳棒上产生明显的气泡,此时碳棒C1为________极,装置中发生的总反应的化学方程式为____________________________________________________。
(3)断开开关S1,按下开关S2,可观察到的明显现象为______________________;碳棒C2为________极,其电极反应式为_________________________________________________。
(4)该小组把0.5mol·L-1Na2SO4溶液换成0.5mol·L-1NaCl溶液;当断开开关S2,按下开关S1,则检验C1极产生气体的实验方法:
___________________________________________
_________________________________________________________;一段时间后,当断开开关S1,按下开关S2时,电极C1反应式为________________。
答案精析
第1课时 化学能转化为电能 化学电源
1.B
2.A [在该原电池中,Zn作负极,Zn溶解并失e-,在外电路中e-由Zn→Cu,在Cu电极表面,H+得e-生成H2,故Cu并没有参加任何反应,故A选项正确,B、C项错误;锌的活动性大于铜,Zn为负极,Cu为正极,D选项错误。
]
3.D [A极逐渐变粗,说明A极为原电池的正极,溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出;B极逐渐变细,说明B极为原电池的负极,失去电子后变成离子进入溶液中。
A选项中的原电池反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,A极为原电池负极,变细,B极不变;B选项中的原电池反应为Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,A极为原电池正极,不变,B极变细;C选项中的原电池反应为Fe+2Fe(NO3)3===3Fe(NO3)2,则A极为原电池负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,A极变细,B极电极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+,B极不变;D选项中的原电池反应为Fe+2AgNO3===2Ag+Fe(NO3)2,A极为正极,电极反应为2Ag++2e-===2Ag,A极变粗,B极为原电池负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,B极变细。
]
4.C [装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,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。
]
5.D [由原电池反应可知,负极应为铁,正极为比铁活动性差的电极,电解质溶液应为非氧化性酸。
A项中,HNO3为电解质溶液,被还原的不是H+而是NO,还原产物是NO而不是H2,A错;B项中,锌比铁活泼,正极不能是锌,B错;C项中,铁为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,铁极质量减小,C错;D项中,铜不如铁活泼,可以作正极,D正确。
]
6.A [由原电池工作原理可知,负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,正极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-;钢铁被腐蚀最后生成铁锈,主要成分是Fe2O3·xH2O;钢柱在空气与水交界处易发生电化学腐蚀,所以比在水下部分更易被腐蚀。
]
7.A [反应①②中消耗O2的量相等,两个反应都是仅有O2作为氧化剂,故转移电子数是相等的,A项正确;①中H2O的H、O两元素的化合价都没有变,故不作氧化剂,B项错;铜和钢质水管中的铁构成原电池,使钢质水管的腐蚀速率加快,C项错;钢铁是铁和碳的混合物,在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀,属于电化学腐蚀,D项错。
]
8.C [根据原电池的电池反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+可知,Fe为负极,比Fe不活泼的金属或非金属导体作正极,含Fe3+的溶液为电解质溶液。
]
9.D
10.B [铅蓄电池放电时,Pb为负极,电极反应式为Pb-2e-+SO===PbSO4,PbO2为正极,得电子发生还原反应,因消耗H+,故酸性减弱,B正确。
]
11.
(1)b
(2)Zn 正极 还原 (3)d (4)①正 还原 2H2+O2===2H2O ②0.6NA
解析
(1)a项和e项,c(H+)增大,n(H+)增大,生成氢气的速率增大,同时产生氢气的总量增多;b项,锌置换出铜,形成原电池,n(H+)不变,生成氢气的速率增大,但产生氢气的总量不变;c项和d项,c(H+)减小,n(H+)不变,生成氢气的速率减小,产生氢气的总量不变。
(2)原电池负极上的物质失电子,发生氧化反应,由方程式知锌发生氧化反应;在反应中锌化合价升高,被氧化,作负极。
正极为石墨,正极发生还原反应。
(4)X极:
O2得电子发生还原反应,所以为正极。
X极、Y极得失电子应相同,故X极电极方程式与Y极电极方程式相加得总反应方程式,2H2+O2===2H2O。
2mole-