化學能與電能知識檢測題

■雷范軍

(考試時間:60分鐘,試卷滿分:100分)

可能用到的相對原子質量:H1 C12 N14 O16 Na23 Mg24 Al27 S32 Cl35.5 K39 Ca40 Cr52 Fe56 Cu64

一、選擇題(本題共7小題,每小題6分,共42分,在每小題給出的四個選項中,只有一項最符合題目要求)

1.下列設備工作時,把化學能轉化為電能的是( )。

2.下列裝置可以構成原電池的是( )。

圖1

3.原電池原理的發現和各式各樣電池裝置的發明是化學對人類的一項重大貢獻。關于如圖1 所示原電池的說法正確的是( )。

A.將電能轉化為化學能的裝置

B.電子由銅片經導線流向鋅片

C.鋅片為負極,發生氧化反應

D.銅片上發生的反應為Cu2++2e-Cu

4.有a、b、c、d 四種金屬,用導線兩兩相連插入稀硫酸中,可以組成原電池。a、b 相連時,a為負極;c、d相連時,電流由d到c;a、c相連時,a極發生氧化反應;b、d 相連時,b極有大量氣泡生成。則四種金屬的活動性按由強到弱順序排列的是( )。

A.a＞b＞c＞d B.a＞c＞d＞b

C.c＞a＞b＞dD.b＞d＞c＞a

5.已知空氣-鋅電池的電極反應為:

鋅片:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O

據此判斷,鋅片是( )。

A.負極,被氧化B.正極,被氧化

C.負極,被還原D.正極,被還原

6.圖2 為發光二極管連接檸檬電池裝置,下列說法正確的是( )。

圖2

A.鐵環作為檸檬電池的正極

B.電子由發光二極管經導線流向鐵環

C.可將檸檬替換成盛裝乙醇溶液的裝置

D.負極的電極反應為Fe-2e-Fe2+

7.某種氫氧燃料電池已經成功應用在城市公交汽車上,其電池構造如圖3 所示。下列說法正確的是( )。

圖3

B.多孔金屬a作負極,是電子流入的極

C.電池工作時,電解質溶液中OH-移向a極

D.正極的電極反應式為O2+4e-+4H+2H2O

二、非選擇題(本題包括4小題,共58分)

8.(14分)化學電源的發明是化學對人類的一項重大貢獻。

(1)將鋅片、銅片按照如圖4所示裝置連接,銅片做____極(填“正”或“負”),外電路電子的流向為____(填“Cu→導線→Zn”或“Zn→導線→Cu”)。

圖4

(2)某興趣小組做完實驗后,在讀書卡片上記下結論。其中正確的一組是____。

①H+向負極移動

②Cu極上有H2產生

③若有1mol電子流過導線,則產生的H2為0.5mol

④正極的電極反應式為Zn-2e-Zn2+

(3)若將裝置中的稀硫酸用CuSO4溶液替代,則相應原電池的總反應的化學方程式為_____。

(4)下列化學反應通過原電池裝置,可實現化學能直接轉化為電能的是_____(填序號)。

④4Li+O2+2H2O4LiOH

⑤Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

9.(14分)如圖5,a、b、c三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃度的稀硫酸。

圖5

(1)a中反應的離子方程式為____。

(2)b中作正極的金屬是____,該電極上看到的現象為_____。

(3)c中作負極的金屬是_____,該電極反應方程式為____。

(4)現有未知金屬A,將A 與Fe用導線相連后放入稀硫酸中,觀察到A 上有氣泡,在A 上發生_____反應(填“氧化”或“還原”)。A 與Fe的金屬活動性大小順序為A____Fe(填“＞”或“＜”或“=”)。

10.(15 分)化學電源在生產生活中有著廣泛的應用,請回答下列問題:

(1)根據構成原電池的本質判斷,下列方程式正確且能設計成原電池的是____。

(2)為了探究化學反應中的能量變化,某同學設計了如圖6所示兩個實驗裝置。下列有關實驗現象的說法正確的是。

圖6

A.裝置Ⅰ中溫度計的示數高于裝置Ⅱ中溫度計的示數

B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中溫度計的示數相等,且均高于室溫

C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中的氣泡均產生于鋅棒表面

D.裝置Ⅱ中產生氣體的速度比裝置Ⅰ中的快

(3)對于鋅-銅-稀硫酸組成的原電池裝置,當導線中有0.1mol電子通過時,理論上的兩極變化是_____。

①鋅片溶解了3.25g

②鋅片增重3.25g

③銅片上析出0.1gH2

④銅片上析出0.1molH2

(4)將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電

Ⅱ.將純鋅片和純銅片按照圖7 所示方式插入100mL 相同濃度的稀硫酸中一段時間,回答下列問題:

圖7

(4)在相同時間內,兩燒杯中產生氣泡的速度:甲____乙(填“＞”“＜”或“=”)。

(5)該原電池的負極反應式為_____。電池工作時,溶液中SO24-向____極(填“正”或“負”)移動,電池工作完成后,溶液中SO24-濃度_____(填“增大”或“減小”或“不變”)。

附加題：(15 分)圖8 是某化學興趣小組探究不同條件下化學能轉變為電能的裝置。請回答下列問題:

(1)若電極a 為Zn,電極b 為石墨,當電解質溶液為稀硫酸時,該電池的負極的電極反應式為____;當反應中收集到標準狀況下672mL氣體時,電池中所轉移的電子數目為____。

圖8

(2)現設計一燃料電池,以電極a 為正極,電極b 為負極,甲烷(CH4)為燃料,采用氫氧化鈉溶液為電解質溶液,則氧氣應通入____極(填“a”或“b”),另一電極的電極反應式為_____。

(3)某種燃料電池的工作原理如圖9所示,a、b 均為惰性電極。使用時,空氣從____口通入(填“A”或“B”)。

(4)某同學設計如圖10 所示的原電池,則正極的電極反應式為____,當導線中有3.01×1023個電子流過時,溶液質量變化為g。

圖9

圖10

1.C 提示:硅太陽能電池是太陽能轉化為電能,A 項錯誤。燃氣灶工作時將化學能轉化為熱能,B 項錯誤。鋰離子電池是把化學能轉化為電能,C 項正確。太陽能集熱器是把太陽能轉化為熱能,D 項錯誤。

2.D 提示:A 項中蔗糖是非電解質,不能形成閉合回路,錯誤。B 項沒有形成閉合回路,不能構成原電池,錯誤。C 項沒有活動性不同的電極,不能構成原電池,錯誤。D 項具備原電池構成的四個條件,正確。

3.C 提示:該裝置為原電池,是將化學能轉化為電能的裝置,A 項錯誤。原電池中,電子從負極流向正極,即由鋅片經導線流向銅片,B項錯誤。活潑性強金屬作負極,負極上Zn失電子,發生氧化反應,C 項正確。銅片上發生的反應為2H++2e-H2↑,D 項錯誤。

4.B 提示:在原電池中,作原電池負極的金屬較活潑、作正極的金屬較不活潑,電流從正極沿導線流向負極,正極上得電子發生還原反應,負極上失電子發生氧化反應。a、b相連時,a為負極,則金屬活動性a＞b;c、d相連時,電流方向為d→c,則金屬活動性c＞d;a、c相連時,a極發生氧化反應,則金屬活動性a＞c;b、d 相連時,b 極有大量氣泡生成,則金屬活動性d＞b。通過以上分析知,金屬活動性強弱順序是a＞c＞d＞b。

5.A 提示:鋅片發生反應Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,電極反應中,鋅元素的化合價升高,被氧化,原電池中較活潑的金屬作負極,發生氧化反應,則鋅為原電池的負極,被氧化。

6.D 提示:銅線、鐵環插入檸檬,制成檸檬電池,由于活潑性Fe＞Cu,所以銅線是檸檬電池的正極,鐵環是檸檬電池的負極,A 項錯誤。電子由負極鐵環經導線流向發光二極管,再由發光二極管流向銅線,B 項錯誤。乙醇溶液為非電解質溶液,不能將檸檬替換成盛裝乙醇溶液的裝置,C 項錯誤。負極發生氧化反應,電極反應為Fe-2e-Fe2+,D項正確。

7.C 提示:燃料電池中,通入燃料的一極為負極,還原劑失去電子發生氧化反應,電子沿著導線流向正極;通入助燃物的一極為正極,正極上發生還原反應,內電路中陰離子移向負極,陽離子移向正極,燃料電池中化學能轉化為電能,能量轉化效率高。供電時的總反應為2H2+O22H2O,不需要點燃,燃料電池中化學能轉化為電能,A 項錯誤。多孔金屬a通入氫氣,作負極,是電子流出的極,B項錯誤。按分析,電池工作時,電解質溶液中OH-移向a極,C 項正確。堿性條件下,正極的電極反應式為O2+4e-+2H2O4OH-,D 項錯誤。

8.(1)正(2分) Zn→導線→Cu(2分)

(2)②③(4分)

(3)Zn+CuSO4ZnSO4+Cu(2分)

(4)②③④⑤(4分)

提示:(1)鋅片、銅片插入稀硫酸中,由于鋅比銅活潑,所以鋅做負極,銅做正極,外電路中電子由負極流向正極,即由鋅流向銅。

(2)Zn和Cu形成的原電池中,Zn比Cu活潑,因此Zn作負極,失去電子,發生氧化反應,Cu作正極,電解質溶液中的H+移向正極,并在正極得到電子發生還原反應,原電池裝置中電子由Zn經外電路流向Cu。正極的電極反應為2H++2e-H2↑,因此有1mol電子流過導線時,生成的H2為0.5mol。

(3)將裝置中的稀硫酸用CuSO4溶液替代,則鋅和硫酸銅反應生成硫酸鋅和銅,反應方程式為Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。

9.(1)Fe+2H+Fe2++H2↑(2分)

(2)Cu(2分) 有氣泡產生(2分)

(3)Zn(2分) Zn-2e-Zn2+(2分)

(4)還原(2分) ＜(2分)

提示:(1)如圖5a,未構成原電池裝置,僅為Fe與稀硫酸的置換反應,故離子方程式為Fe+2H+Fe2++H2↑。

(2)圖5b構成原電池裝置,其中Fe的活動性比Cu強,故Cu為正極,Fe為負極,正極上電解質溶液中的H+得電子生成H2,現象為有氣泡生成。

(3)圖5c構成原電池裝置,其中Zn的活動性比Fe強,故Zn為負極,Fe為正極,負極的電極方程式為Zn-2e-Zn2+。

(4)某未知金屬A,將A 與Fe用導線相連后放入稀硫酸溶液中,觀察到A 上有氣泡,說明A 的活動性比Fe弱,故A 為正極,發生還原反應。

10.(1)C(1分)

(2)AD(4分)

(3)①③(4分)

(4)8.96(3分)

(5)Al-3e-+4OH-AlO-2+2H2O(3分)

(2)裝置Ⅰ中發生的是鋅的化學腐蝕,裝置Ⅱ形成銅鋅原電池;裝置Ⅰ主要是將化學能轉化為熱能,裝置Ⅱ主要是將化學能轉化為電能,則裝置Ⅰ中溫度計的示數高于裝置Ⅱ中的示數,A 項符合題意。兩個裝置溫度計中示數不相等,但均高于室溫,B 項錯誤。裝置Ⅱ為原電池,Cu 為正極,銅的表面有氣泡產生,C 項錯誤。利用原電池反應可以加快反應速率,裝置Ⅱ中產生氣體的速率比裝置Ⅰ中的快,D 項正確。

(5)雖然鎂比鋁活潑,但鋁單質能與氫氧化鈉溶液發生氧化還原反應,鎂不與氫氧化鈉溶液反應,因此Al為負極,Mg為正極,電極反應式為Al-3e-+4OH-AlO-2+2H2O。

11.(1)碳棒或者Pt(2 分) 銅(Cu)(1分) AgNO3溶液(2分)

(2)Ag++e-Ag(或者2Ag++2e-Ag)(2分)

(3)216(3分)

(4)＞(1分)

(2)通入燃料甲醇的電極為負極,通入氧氣的電極為正極。由于該燃料電池以電極a為正極,電極b為負極,是a電極通入氧氣,b電極通入甲烷。b 電極為負極,負極上甲烷被氧化產生的CO2與溶液中OH-結合形成CO2-3,所以負極的電極反應式為CH4-8e-+10OH-CO2-3+7H2O。

(3)根據圖中電子流向可判斷a為負極,b為正極,燃料電池中正極需通入O2,故空氣從B口通入。

(4)由圖可知,Fe為負極,石墨為正極,電解質為CuSO4,正極是Cu2+發生反應Cu2++2e-Cu,當導線中有3.01×1023個電子流過,即轉移0.5mol電子,溶液中Cu2+轉化為Cu,析出64g·mol-1×0.25mol=16gCu,Fe 轉化為Fe2+進入溶液,質量為56g·mol-1×0.25mol=14g,故溶液質量減少16g-14g=2g。