高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化.docx

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高中化学第1章化学反应与能量转化第3节化学能转化

第1章第3节化学能转化为电能--电池

第1课时原电池的工作原理

一、选择题

1．为探究原电池的形成条件和反应原理，某同学设计了如下实验并记录了现象：

①向一定浓度的稀硫酸中插入锌片，看到有气泡生成；

②向上述稀硫酸中插入铜片，没有看到有气泡生成；

③将锌片与铜片上端用导线连接，一起插入稀硫酸中，看到铜片上有气泡生成，且生成气泡的速率比实验①中快

④在锌片和铜片中间接上电流计，再将锌片和铜片插入稀硫酸中，发现电流计指针偏转。

下列关于以上实验设计及现象的分析，不正确的是（　　）

A.实验①、②说明锌能与稀硫酸反应而铜不能

B.实验③说明发生原电池反应时会加快化学反应速率

C.实验③说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气

D.实验④说明该原电池中铜为正极、锌为负极，电子由锌沿导线流向铜

2．如图甲是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如图所示，则卡片上的描述合理的是（　　）

A.①②③B.②④C.④⑤⑥D.③④⑤

3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成电池，①②相连时，电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极，②④相连时，②有气泡逸出现，③④相连时，③的质量减少，据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）

A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④

4．下列关于实验现象的描述不正确的是（　　）

A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B.实验室中用稀HNO3溶液与Cu反应制取NO气体反应很慢，加一块石墨使之与Cu接触后反应加快

C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

5．在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：

一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精选铜矿砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。

坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？

事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精选铜矿砂密切相关。

下列对此调查结论的理解正确的是（　　）

A.精铜矿砂装载过多导致沉船

B.运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大，超过船的承载能力

C.在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀

D.在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作阳极而被氧化腐蚀

6．图为铁在稀硫酸中被腐蚀时的不同情况，其中腐蚀速率由慢到快的顺序是（　　）

A.①②③④B.②①④③

C.②③④①D.③④②①

7．下列说法正确的是（　　）

A.构成原电池的两个电极必须是活泼性不同的两种金属

B.右图原电池中，电流由锌棒经外电路流向铜棒

C.通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能

D.银锌纽扣电池的放电反应：

Zn＋Ag2O＋H2O===Zn（OH）2＋2Ag，其中Ag2O作正极，发生还原反应

8．如图所示装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。

关于此装置的下列叙述

中，不正确的是（　　）

A.N上有气体放出

B.M为负极，N为正极

C.导线中有电流通过，电流方向是由M到N

D.该装置是化学能转变为电能的装置

9．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。

一种石墨烯锂硫电池（2Li＋S8===Li2S8）工作原理示意图如图。

已知参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量。

下列有关该电池说法不正确的是（　　）

A.金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料

B.A电极为该电源的负极，发生氧化反应

C.B电极的反应：

2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8

D.电子从A电极经过外电路流向B电极，再经过电解质流回A电极

10．将纯锌片和纯铜片按图示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.两烧杯中溶液的pH均增大

B.甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生

D.产生气泡的速度甲比乙慢

11．某原电池的总反应为2H2+O2=2H2O，两电极材料都是石墨，氢氧化钾为电解质溶液，下列说法不正确的是

A.氧气在正极发生还原反应

B.负极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O

C.该电池工作一段时间后电解质溶液中c（OH-）变大

D.若正极消耗的气体质量为4克，则转移的电子的物质的量为0.5mol

12．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是（　　）

A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应

B.电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极

C.该原电池的总反应式为：

2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋

D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区

13．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C，碳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

14．将编号为①②③④的四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①，①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出，③④相连时，③的质量减少；据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）

A.①③②④B.①③④②

C.③④②①D.③①②④

二、非选择题

15.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）甲池中通入CH4电极的电极反应为___________________________________；

（2）乙池中A（石墨）电极的名称为________（填“正极”、“负极”或“阴极”、“阳极”），乙池中总反应式为____________________________________；

（3）当乙池中B极质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O2的体积为______mL（标准状况），丙池中______（填“C”或“D”）极析出_______g铜。

16.、依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）在25℃、101kPa下，1g甲烷燃烧生成CO2和液态水时放热55.625kJ。

则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为________________________；

（2）若适量的N2和O2完全反应，每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量，则表示该反应的热化学方程式为______________；

（3）在25℃、101kPa条件下，C（s）、H2（g）、CH3COOH

（1）的燃烧热分别为393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、870.3kJ/mol，则2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH

（1）的反应热ΔH为________。

II、锌锰干电池是应用最普遍的电池之一。

其基本反应为：

X极：

Zn－2e－===Zn2＋

Y极：

2MnO2＋2NH

＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O

（1）X是电池的________（填“正”或“负”，下同）极，Y是电池的________极；

（2）该电池总反应的离子方程式为：

_______________________；

（3）若反应消耗16.25gZn，则电池中转移电子的物质的量为________。

17.已知电池反应Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2，则负极材料是________，电极反应式为________________________，正极材料是_______，电极反应式为________________________，电解质为_______________。

18.图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。

请回答下列问题：

（1）当电极a为Al、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为：

________；

（2）当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为浓硝酸时，该装置_______（填“能”或“不能”）形成原电池，若不能，请说明理由，_________；若能，请写出该电池负极的电极反应方程式_________；

（3）燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化学能直接转化为电能。

现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，CH4为燃料，采用酸性溶液为电解液；则CH4应通入____________极（填a或b，下同），电子从__________极流出。

电池的负极反应方程式为：

_________________________。

参考答案

1．【答案】C

【解析】A．①中能产生气体，说明锌能和稀硫酸反应，②中不产生气体，说明铜和稀硫酸不反应，同时说明锌的活泼性大于铜，故A正确；B．③中锌、铜和电解质溶液构成原电池，锌易失电子而作负极，生成气泡的速率加快，说明原电池能加快作负极金属被腐蚀，故B正确；C．③中铜电极上氢离子得电子生成氢气，而不是铜和稀硫酸反应生成氢气，故C错误；D．实验④说明有电流产生，易失电子的金属作负极，所以锌作负极，铜作正极，故D正确；故选C。

2．【答案】B

【解析】①原电池的电极名称是正负极，不是阴阳极，故①错误；②根据金属活动性顺序知，锌作负极，铜作正极，氢离子在铜电极上得电子生成氢气，所以在铜极上有气泡产生，故②正确；③锌失去电子变成金属阳离子进入溶液，所以在锌极附近有带正电荷的离子，根据异性电荷相吸原理，硫酸根离子向锌极移动，故③错误；

④2H++2e-=H2↑

 2mol      1mol

 0.5mol   0.25mol

故④正确；

⑤外电路电子流向为Zn→Cu，故⑤错误；⑥正极上氢离子得电子生成氢气，所以其反应式为 2H++2e-=H2↑，故⑥错误；故选B。

3．【答案】B

【解析】①②相连时，外电路电流从②流向①，①为负极，金属性①＞②；①③相连时，③为正极，①为负极，金属性①＞③；②④相连时，②上有气泡逸出，④为负极，金属性④＞②；③④相连时，③的质量减少，③为负极，金属性③＞④，金属活动性由大到小的顺序是①③④②，

故答案为B。

原电池正负极的判断方法：

1．根据电极材料的活泼性判断：

负极：

活泼性相对强的一极；正极：

活泼性相对弱的一极；2．根据电子流向或电流的流向判断：

负极：

电子流出或电流流入的一极；正极：

电子流入或电流流出的一极；3．根据溶液中离子移动的方向判断：

负极：

阴离子移向的一极；正极：

阳离子移向的一极；4．根据两极的反应类型判断：

负极：

发生氧化反应的一极；正极：

发生还原反应的一极；5．根据电极反应的现象判断：

负极：

溶解或减轻的一极；正极：

增重或放出气泡的一极。

4．【答案】C

【解析】A、构成原电池，铁作负极，铜作正极，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，铜片表面出现气泡，A正确；B、加一块石墨使之与Cu接触后构成原电池，反应加快，B正确；C、发生反应是2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，C错误；D、加入几滴氯化铜，锌先把铜置换出来，构成原电池，原电池加快反应速率，D正确；答案选C。

5．【答案】C

【解析】在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，船体作负极，加速了作为负极的船体的腐蚀，大面积漏水，最终沉没，故C正确。

6．【答案】D

【解析】①中铁易失电子作负极，铜作正极，铁加速被腐蚀；②中铁易失电子作负极，锡作正极，铁加速被腐蚀，锡比铜活泼，被腐蚀速率小于①；③中锌易失电子作负极，铁作正极被保护；④中铁发生化学腐蚀。

故腐蚀速率由慢到快的顺序是③④②①，答案选D。

7．【答案】D

【解析】A、构成原电池的两个电极也可以是金属与非金属，选项A错误；B、右图为原电池，活泼金属锌作负极，原电池中电流由正极铜极流向负极锌极，选项B错误；C、通过构成原电池，能将反应的化学能全部转化为电能，由于存在能量损失，则不可能将化学能全部转化为电能，选项C错误；D、由电池总反应可知该钮扣电池的反应中锌为还原剂、氧化银为氧化剂，故锌为负极被氧化、氧化银为正极被还原，发生还原反应，选项D正确。

答案选D。

本题考查了原电池工作原理，明确原电池工作原理为解题关键，注意掌握判断原电池两极的方法，有利于提高学生的灵活应用能力。

8．【答案】C

【解析】B、M为活动性顺序位于氢之前的金属，则M为负极，N为正极，选项B正确；A、根据原电子池的工作原理，正极电极反应式为2H++2e-=H2↑，选项A正确；C、原电池的电子从负极经外电路流向正极，选项C错误；D、该装置为原电池，是化学能转化成电能的装置，选项D正确。

答案选C。

9．【答案】D

【解析】A、石墨烯锂硫电池总反应式为2Li＋S8=Li2S8，锂失电子发生氧化反应，锂是负极材料，金属锂的摩尔质量小，单位质量的锂放出电能明显比其他金属大，选项A正确；B、电池内部阳离子向正极移动，则A电极为该电源的负极，发生氧化反应，选项B正确；C、B为电源的正极，发生的电极的反应为2Li＋＋S8＋2e－=Li2S8，选项C正确；D、原电池的外电路中有电子转移，而电池的内部只有阴、阳离子的移动，选项D错误。

答案选D。

10．【答案】A

【解析】A、甲烧杯中可以形成原电池，乙烧杯不能形成原电池，但是两烧杯中的反应均为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，随着H2SO4的消耗，溶液酸性减弱，pH均增大，A正确。

B、甲烧杯形成的原电池，Zn失去电子做负极，Cu做正极；乙烧杯不能形成原电池。

B错误。

C、甲烧杯中Cu正极反应为2H++2e-=H2↑，所以Cu表面有气泡产生；乙烧杯Zn直接参加反应产生H2，Cu表面无明显现象，C错误。

D、甲烧杯形成原电池使反应更迅速，所以产生气泡速度甲比乙快，D错误。

正确答案A。

11．【答案】C

【解析】A、根据原电池的工作原理，在正极上得电子，化合价降低，发生还原反应，故A说法正确；B、根据电池总反应以及电解质的环境，负极反应式为H2－2e－＋2OH－=2H2O，故B说法正确；C、根据电池总反应，生成了H2O，对KOH溶液起到稀释作用，c（OH－）降低，故C说法错误；D、正极上消耗的是氧气，因此转移电子物质的量为4×4/32mol=0.5mol，故D说法正确。

12．【答案】C

【解析】A．原电池中氧化剂和还原剂分别在正负极上反应，不需要直接接触就能发生反应，故A错误；B．电极Ⅱ铜电极上铜失电子发生氧化反应，做原电池的负极，故B错误；C．该原电池负极上铜失电子，正极上铁离子得电子，所以其电池反应式为2Fe3++Cu═Cu2++2Fe2+，故C正确；D．盐桥的作用是平衡正负极两池的电荷，盐桥中离子的定向移动形成电流，K+移向正极区，故D错误；故选C。

明确正负极上得失电子是解本题关键，该原电池中，铜电极易失电子发生氧化反应而作负极，铂电极上铁离子得电子发生还原反应，则铂电极是正极，盐桥的作用是平衡正负极两池的电荷。

13．【答案】C

【解析】A．Fe比Cu活泼，Fe作负极，故A错误；B．Fe比Cu活泼，Fe作负极，电子从Fe流向Cu，故B错误；C．若X为Fe，Y为C，电解质溶液为硫酸铜，则正极C上析出Cu，故C正确；D．Zn比Cu活泼，Zn作负极发生氧化反应，故D错误；故选C。

点睛：

原电池正负极的判断方法：

1、根据电极材料的活泼性判断：

负极：

活泼性相对强的一极；正极：

活泼性相对弱的一极。

2、根据电子流向或电流的流向判断：

负极：

电子流出或电流流入的一极；正极：

电子流入或电流流出的一极。

3、根据溶液中离子移动的方向判断：

负极：

阴离子移向的一极；正极：

阳离子移向的一极。

4、根据两极的反应类型判断：

负极：

发生氧化反应的一极；正极：

发生还原反应的一极。

5、根据电极反应的现象判断：

负极：

溶解或减轻的一极；正极：

增重或放出气泡的一极。

14．【答案】B

【解析】①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极，应为较活泼金属，金属活动性①＞②；①③相连时，③为正极，说明①较活泼，金属活动性①＞③；②④相连时，②上有气泡逸出，说明④为负极，②为正极，金属活动性：

④＞②；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极，较活泼，金属活动性：

③＞④，则金属活动性顺序为①＞③＞④＞②，故选B。

点睛：

原电池正负极的判断方法：

1、根据电极材料的活泼性判断：

负极：

活泼性相对强的一极；正极：

活泼性相对弱的一极。

2、根据电子流向或电流的流向判断：

负极：

电子流出或电流流入的一极；正极：

电子流入或电流流出的一极。

3、根据溶液中离子移动的方向判断：

负极：

阴离子移向的一极；正极：

阳离子移向的一极。

4、根据两极的反应类型判断：

负极：

发生氧化反应的一极；正极：

发生还原反应的一极。

5、根据电极反应的现象判断：

负极：

溶解或减轻的一极；正极：

增重或放出气泡的一极。

15．【解析】1）甲池为原电池，燃料在负极失电子发生氧化还原反应在碱溶液中生成碳酸盐，甲池中通入CH4极的电极反应为：

CH4－8e－＋10OH－＝CO32－＋7H2O；

（2）乙池是电解池，A为阳极，B为阴极，电池中是电解硝酸银溶液生成银，硝酸和氧气，电池反应为：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3；（3）当乙池中B极质量增加5.4g为Ag，物质的量=5.4g÷108g/mol=0.05mol，依据电子守恒计算4Ag～O2～4e－，甲池中理论上消耗O2的体积=0.05mol/4×22.4L/mol=0.28L=280mL；丙为电解池C为阳极，D为阴极，电解氯化铜溶液铜离子在阴极得到电子析出铜，结合电子守恒计算2Ag～Cu～2e－，析出铜质量=0.05mol/2×64g/mol＝1.6g

【答案】CH4-8e-＋10OH-===CO32-＋7H2O阳极4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3280D1.6

16．【解析】I、

（1）燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，表示燃烧热的热化学方程式中可燃物的物质的量必须为1mol，产物必须为稳定氧化物；

（2）适量的N2和O2完全反应，每生成23克NO2需要吸收16.95kJ热量，所以每生成92克NO2需要吸收67.8kJ热量；

（3）根据盖斯定律计算2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH

（1）的焓变；

II、

（1）原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应；

（2）电池总反应的离子方程式=正极反应式+负极反应式；（3）根据负极反应式计算消耗16.25gZn，电池中转移电子的物质的量。

解析：

I、

（1）燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量，则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O

（1）ΔH＝－890kJ·mol－1

（2）适量的N2和O2完全反应，每生成23克NO2需要吸收16.95kJ热量，所以每生成92克NO2需要吸收67.8kJ热量；该反应的热化学方程式为N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）ΔH＝＋67.8kJ·mol－1

（3）由题意可知：

C（s）＋O2（g）=CO2（g）；ΔH＝－393.5kJ/mol①

H2（g）＋

O2（g）=H2O（l）；ΔH＝－285.8kJ/mol②

CH3COOH（l）＋2O2（g）=2CO2（g）＋2H2O（l）；ΔH＝－870.3kJ/mol③

①×2＋②×2－③即得：

2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）=CH3COOH（l）；ΔH＝－488.3kJ/mol；

II、

（1）原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应；

（1）X是电池的负极，Y是电池的正极；

（2）电池总反应的离子方程式=正极反应式+负极反应式，该电池总反应的离子方程式为：

Zn＋2MnO2＋2NH

===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O；

（3）

X=0.5mol

【答案】CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O

（1）　ΔH＝－890kJ·mol－1N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）　ΔH＝＋67.8kJ·mol－1－488.3kJ/mol负正Zn＋2MnO2＋2NH

===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O0.5mol

17．【解析】由反应“2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2”可知，反应中铜失电子而被氧化，应为原电池负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+；正极应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属材料如石墨电极，电极反应式为2Fe3++2e-=2Fe2+，Fe3+在正极得到电子而被还原，电解质溶液为FeCl3。

明确原电池的工作原理，从氧化还原反应的角度分析是解题关键，根据反应“2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2”可知，反应中铜失电子而被氧化，应为原电池负极，正极应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属材料，Fe3+在正极得到电子而被还原，电解质溶液为FeCl3，依次分析解答。

【答案】CuCu－2e－==Cu2+石墨2Fe3+＋2e－==2Fe2+FeCl3溶液

18.【解析】

（1）Al、Cu、稀硫酸构成的原电池，金属铝做负极，金属铜为正极，正极发生还原反应，电极反应为：

2H++2e-=H2↑，故答案为：

2H++2e-=H2↑；

（2）当电极a为Fe、电极b为Cu、电解质溶液为浓硝酸时，铁与浓硝酸发生钝化，铜与浓硝酸可以发生氧化还原反应，能设计成原电池，失电子的是金属铜，为负极，电极反应方程式为Cu—2e-=Cu2+，故答案为：

能；Cu—2e-=Cu2+；

（3）燃料电池中，燃料甲烷需通在负极，即b极，正极是氧气得电子，电子从负极流向正极，负极反应方程式为CH4+2H2O—8e-=CO2+8H+，故答案为：

b；b；CH4+2H2O—8e-=CO2+8H+。

【答案】2H++2e-=H2↑能Cu—2e-=Cu2+b负CH4+2H2O—8e-=CO2+8H+