2022届高考化学一轮复习专题训练 专题19 化学能与电能

专题19化学能与电能一、单选题（本大题共12小题，每小题只有一个选项符合题意）1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al-3e－=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al-3e－+4OH－=AlO+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu-2e－=Cu2+D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu-2e－=Cu2+2．如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的A．A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸B．A是Cu、B是Zn、C为稀硫酸C．A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液3．有abcd四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象见表，由此可判断这四种金属的活动性顺序是实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增加b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流计指示，导线中电流从a极流向d极A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c4．如图所示，下列对于该原电池的叙述正确的是 A．铜是负极，铜片上有气泡产生B．铜片质量逐渐减小C．电流从锌片经导线流向铜片D．氢离子在铜片表面被还原5．某一同学根据离子反应方程式2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋来设计原电池。下列设计方案中可行的是A．电极材料为铁和铜，电解质溶液为FeCl3溶液B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液C．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液6．如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是A．B极为原电池的正极B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀硫酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应7．如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列正确的是A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H++2e-=H2↑B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极保护法D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体8．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是 已知：氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)A．碳棒上发生的电极反应：4OH--4e-=O2↑＋2H2OB．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pHD．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变9．燃料电池是目前电池研究的热点之一、现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如下图所示，、均为惰性电极。下列叙述不正确的是A．极是负极，该电极上发生氧化反应B．电池总反应为C．极电极反应式为D．氢氧燃料电池是一种具有广阔应用前景的绿色电源10．如图所示装置中，可观察到检流计指针偏转，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铜锌稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液 A．AB．BC．CD．D11．如图，在盛有稀硫酸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，下列关于该装置的说法正确的是A．外电路电流方向为：X—外电路—YB．若两极分别为铁棒和碳棒，则X为碳棒，Y为铁棒C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两极都是金属，则它们的活动性顺序为X＞Y12．利用图中装置可以制备一元弱酸H3BO3，下列说法不正确的是A．M室产生的气体为氧气B．阴极的电极反应式为：2H2O-e-=2OH-+H2↑C．原料室的[B(OH)4]-穿过阴离子交换膜进入产品室D．当电路中通过1mol电子时，可得到1molH3BO3二、解答题（本大题有共有5小题）13．电能是现代社会应用最广泛的能源之一、(1)某原电池装置如图所示。其中，Zn电极为原电池的___________极(填“正”或“负”)。 (2)Zn电极的电极反应式是___________。(3)Cu电极上发生的反应属于___________(填“氧化”或“还原”)反应。(4)当铜表面析出4.48L氢气(标准状况)时，导线中通过了___________mol电子。(5)下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是___________(填序号)。①CaO+H2O=Ca(OH)2②2H2+O2=2H2O③2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl214．利用反应Cu＋2Ag+=2Ag+Cu2+设计一个化学电池。回答下列问题：(1)该电池的负极材料是_______，发生_______反应(填“氧化”或“还原”)；(2)X是_______，Y是_______；(3)正极上出现的现象是____________________；(4)在外电路中，电子从_______极流向_______极。(5)负极反应式：_________；正极反应式：____________。15．利用生活中常见的物品，也可以自己动手设计一个原电池。假设你按照以下原理设置一个原电池，请填写下列空白：(1)实验原理：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。(2)实验仪器：电极(铁钉、____)、_____、_____、稀硫酸、耳机。(3)原电池设计及注意的问题：①若按如图所示连接好实验仪器，注意听耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触在耳机插头上慢慢挪动，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为________，在耳机中又转化为声音这种能量。②装置中铁钉应该是原电池的_____极，电极反应式是_______，发生了______反应。③由所学原电池知识可知，溶液中的________离子移向铁钉电极（填写具体离子）。16．A、B、C、D、E是中学化学中五种常见元素，有关信息如下： 元素有关信息AA的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成离子化合物BB的一种核素的质量数为18，中子数为10C基态C原子核外有4个的能级，最高能级上只有1个电子DD的单质与NaOH溶液反应可用于生产漂白液EE的单质是生活中用量最大的金属，其制品在潮湿空气中易被腐蚀或损坏请回答下列问题：(1)元素A组成单质中存在_______个π键，元素第一电离能：A_______B(填“＜”、“=”、“>”)。(2)A、D的氢化物相互反应，产生白色固体，该固体溶液中所有离子浓度大小顺序_________。(3)A与B可组成质量比为7：16的三原子分子，该分子释放在空气中其化学作用可能引发的后果有：_______①酸雨②温室效应③光化学烟雾(4)若在D与E组成的某种化合物的溶液甲中，加入铜片，硫酸铜溶液蓝色慢慢变深，依据产生该现象的反应原理，所设计的原电池如图所示，其反应中正极出现的现象是_______，负极的反应式为：_______。17．如图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。（1）电源电极X的名称为________。（2）pH变化：A_______，B_______，C_______。(填“增大”“减小”或“不变”)（3）通电5min后，B中共收集224mL气体(标准状况)，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为______________(设电解前后溶液体积无变化)。 （4）若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为_______(设电解前后溶液体积无变化) 参考答案1．C【解析】A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池中，Al能与稀硫酸反应，所以Al被氧化做负极，电极反应为Al-3e－=Al3+，A正确；B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池中，Al能与NaOH溶液反应，所以Al被氧化做负极，生成偏铝酸根，电极反应为Al-3e－+4OH－=AlO+2H2O，B正确；C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池中，Fe比Cu的还原性强，所以Fe被氧化做负极，电极反应为Fe-2e－=Fe2+，C错误；D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池中，Al发生钝化，所以Cu被氧化做负极，电极反应式为Cu-2e－=Cu2+，D正确；综上所述答案为C。2．C【分析】A极逐渐变细，说明是原电池的负极，B极逐渐变粗，说明是原电池正极。【解析】A．A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸，则B极会产生气泡，质量不会增加，故A不符合题意；B．A是Cu、B是Zn、C为稀硫酸，则B质量减少，A上产生气泡，故B不符合题意；C．A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液，则A极质量减少，B极质量增加，故C符合题意；D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液，则B极质量减少，A极质量增加，故D不符合题意。综上所述，答案为C。3．C【分析】一般来说，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极。【解析】a极质量减小，b极质量增加，则表明a极金属失电子作负极，溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极，金属活动性a>b；b极有气体产生，c极无变化，则表明b极金属能与H+发生置换反应，而b极不能，金属活动性b>c；d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属活动性d>c；电流计指示，导线中电流从a极流向d极，则a极为正极，d极为负极，金属活动性d>a；综合以上分析，金属活动性d>a>b>c，C满足题意；故选C。 4．D【解析】A．Zn比Cu活泼，Zn为原电池负极，Cu是正极，A项错误；B．铜片上发生的反应为：，铜片质量不变，B项错误；C．电流经导线从正极（铜电极）流向负极（锌电极），C项错误；D．溶液中的氢离子在正极（铜片）得到电子而被还原为H2，D项正确；答案选D。5．A【分析】结合题给离子方程式，由构成原电池的条件可知，设计原电池时，应选用铁做负极，金属活泼性弱于铁的金属单质或石墨电极做正极，电解质溶液为可溶性的铁盐，如硫酸铁、氯化铁、硝酸铁等。【解析】A.原电池的电极材料为铁和铜，电解质溶液为FeCl3溶液时，铁做负极，金属活泼性弱于铁的铜做正极，能发生题给离子反应，故A正确；B.原电池的电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液时，铁与氯化亚铁溶液不反应，不能构成原电池，故B错误；C.原电池的电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液时，锌比铁活泼，锌做原电池的负极，不能发生题给离子反应，故C错误；D.原电池的电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液时，石墨不能与氯化铁溶液反应，不能构成原电池，故D错误；故选A。6．C【分析】电流表指针发生偏转，说明形成原电池反应，化学能转化为电能；同时A极质量减少，则A为原电池负极，B极上有气泡产生，B为原电池正极，C为电解质溶液。【解析】A．B极上有气泡产生，应为氢离子被还原为氢气，为原电池的正极，A正确；B．锌比铜活泼，且可以与稀硫酸反应生成氢气，稀硫酸作电解质溶液形成原电池时，Zn为负极、Cu为正极，符合题意，B正确；C．原电池中阳离子流向正极，即阳离子流向B极，C错误；D．A电极是原电池的负极，失去电子，发生氧化反应，D正确；综上所述答案为C。7．B 【解析】A．K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe-2e－＝Fe2＋，A不正确；B．K1闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；C．K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C不正确；D．K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电极反应式分别为2H＋＋2e－＝H2↑、2Cl－－2e－＝Cl2↑，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生0.001mol气体，共计是0.002mol气体，D不正确；答案选B。8．B【分析】用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni。阳极是碳棒，溶液中的OH-失去电子生成氧气；镀镍铁棒为阴极，溶液中的高浓度的Ni2+得到电子生成Ni。【解析】A．碳棒连接电源的正极，为阳极，在NaOH溶液中，OH-在电极上失去电子生成氧气，电极反应为：4OH--4e-=O2↑＋2H2O，故A正确；B．在阳极，OH-不断被消耗，溶液中的Na+通过阳离子膜进入B中；在阴极，溶液中的Ni2+得到电子，溶液中的Cl-通过阴离子膜也进入B中，所以B中NaCl的浓度不断增大，故B错误；C．在阴极，溶液中的Ni2+得到电子生成Ni。若溶液的pH过低，由于氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)，溶液中的H+有可能在阴极放电而得不到Ni，所以为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH，故C正确；D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则在阳极放电的将不再是OH-，而变为Cl-，则电解反应总方程式会发生改变，故D正确；故选B。9．C【分析】该装置为氢氧燃料电池，总反应为，通氢气的一极为负极，发生氧化反应，通氧气的一极为正极，发生还原反应，考虑到碱性环境，正极反应式为，氢氧燃料电池能量转化率高，对环境友好，是一种具有广阔应用前景的绿色电源，据此解题。 【解析】A．通氢气的一极为负极，发生氧化反应，故A正确；B．该装置为氢氧燃料电池，总反应为，故B正确；C．b电极反应式中得到电子写成失去电子，应为：，故C错误；D．氢氧燃料电池能量转化率高，对环境友好，是一种具有广阔应用前景的绿色电源，故D正确；故选C。10．C【分析】该装置没有外接电源，所以是原电池，负极材料比正极材料活泼，且负极材料是随着反应的进行质量减少，正极材料质量增加或有气泡产生。根据题意可知，N极是负极，M极是正极，N极材料比M极活泼。【解析】A．M为锌，N为铜，M极材料比N极活泼，不符合题意，A项错误；B．M极发生的反应为，有气体生成，M质量不变，不符合题意，B项错误；C．N为锌，M为银，N极材料比M极材料活泼，M极上有银析出，所以M质量增加，符合题意，C项正确；D．M为锌，N为铁，M极材料比N极活泼，不符合题意，D项错误；答案选C。11．D【解析】A.根据图片知该装置是原电池,外电路中电子从X电极流向Y电极,电流的流向与此相反,即Y→外电路→X,选项A错误；B.原电池中较活泼的金属作负极,较不活泼的金属或导电的非金属作正极,若两电极分别为Fe和碳棒,则Y为碳棒,X为Fe,选项B错误；C.X是负极,负极上发生氧化反应；Y是正极,正极上发生还原反应,选项C错误；D.原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，该原电池中X是负极，Y是正极，所以若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X＞Y，选项D正确；答案选D。12．B【分析】M室中的石墨电极与电源的正极相连，则M室的石墨电极为阳极，溶液中的H2O失去电子，电极方程式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。M室中的阳离子会通过阳离子交换膜向产品室移动；原料室中的[B(OH)4]－会通过阴离子交换膜进入产品室，[B(OH)4]－与H＋反应生成H3BO3。N室的石墨电极与电源的负极相连，则N室的石墨电极为阴极，溶液中H2O会得到电子，2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，原料室中的Na＋ 会经过阳离子交换膜进入N室中，与OH－结合生成NaOH。【解析】A．根据分析，M室中发生的电极反应为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，产生的是氧气，A正确；B．根据分析，N室中的石墨电极为阴极，电极反应方程式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，B错误；C．电解池中，阴离子向阳极移动，即向M室移动，即原料室中的[B(OH)4]－会通过阴离子交换膜进入产品室，C正确；D．根据阳极的电极反应方程式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，以及H＋＋[B(OH)4]－=H3BO3＋H2O，可知，转移1mol电子时，可得到1molH3BO3，D正确；答案选B。13．负Zn-2e-=Zn2+还原0.4②③【解析】(1)根据原电池装置图，可知Zn比Cu活泼，故Zn电极为原电池的负极。(2)Zn电极为电源的负极，Zn失电子生成Zn2+，电极的电极反应式是Zn-2e-=Zn2+。(3)Cu电极为电源的正极，正极上是溶液中的H+得到电子，发生还原反应。(4)当铜表面析出4.48L氢气(标准状况)时，n(H2)=4.48L÷22.4L/mol=0.2mol，根据电极反应式2H++2e-=H2↑，可知生成1mol氢气，转移2mol电子，则生成0.2mol氢气，转移电子0.4mol，所以导线中通过了0.4mol电子。(5)可实现化学能直接转化为电能的装置的反应是氧化还原反应，①CaO+H2O=Ca(OH)2是非氧化还原反应，不能设计成原电池；②2H2+O2=2H2O是氧化还原反应，可以设计为原电池；③2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2是氧化还原反应，可以设计为原电池，故符合题意的选项是②③。14．Cu氧化硫酸铜溶液硝酸银溶液有银白色的固体析出负(Cu)正(Ag)Cu-2e-=Cu2+2Ag++2e-=2Ag【解析】(1)在Cu＋2Ag＋＝2Ag＋Cu2＋反应中，Cu被氧化，应为原电池的负极，故答案为：Cu；氧化；(2)负极反应为：Cu−2e−＝Cu2＋，电解质溶液为含Cu2＋离子的溶液，如硝酸铜；正极反应为2Ag＋＋2e−＝2Ag，电解质溶液为含Ag＋离子的溶液，如AgNO3溶液；故答案为：硝酸铜溶液；硝酸银溶液；(3)正极上Ag＋得电子被还原生成单质Ag，有银白色物质生成，故答案为：有银白色的固体析出；(4)原电池中，电子由负极流出经导线流向正极，故答案为：负(Cu)；正(Ag)；(5)负极反应为：Cu−2e−＝Cu2＋，正极反应为2Ag＋＋2e−＝2Ag，故答案为：Cu−2e−＝Cu2＋；2Ag＋＋2e−＝2Ag。15．铜钉(或其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都可以)烧杯导线电能负Fe-2e-=Fe2+氧化【解析】(2) 由形成原电池的条件可知，需要铁为负极，正极为比铁不活泼的金属或者能导电的非金属，可以是铜钉(或其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都可以)，稀硫酸为电解质溶液，还需要烧杯、导线；(3)①在原电池中，由化学能转化为电能，在耳机中又由电能转化为声音这种能量；②装置中铁钉是原电池的负极，电极反应式是Fe-2e-=Fe2+，铁失电子，发生了氧化反应；③原电池装置中，阴离子移动向负极，则溶液中的离子移向铁钉电极。16．2>c(Cl-)>c()>c(H+)>c(OH-)①③黄色溶液慢慢变为浅绿色Cu－2e-=Cu2+【分析】由A的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成离子化合物可知，A为N元素；由B的一种核素的质量数为18，中子数为10可知，B的质子数为8，则B为O元素；由基态C原子核外有4个的能级，最高能级上只有1个电子可知，C的电子排布式为1s22s22p63s1，则C为Na元素；由D的单质与NaOH溶液反应可用于生产漂白液可知，D为Cl元素；由E的单质是生活中用量最大的金属，其制品在潮湿空气中易被腐蚀或损坏可知，E为Fe元素。【解析】(1)氮气的结构式为N≡N，氮氮三键中存在1个σ键和2个π键；N原子的2p轨道处于稳定的半充满状态，元素第一电离能大于相邻的元素，则N元素的第一电离能大于O元素，故答案为：2；>；(2)氯化氢和氨气反应生成强酸弱碱盐氯化铵，铵根离子在溶液中水解使溶液呈酸性，溶液中所有离子浓度大小顺序为c(Cl-)>c()>c(H+)>c(OH-)，故答案为：c(Cl-)>c()>c(H+)>c(OH-)；(3)N元素与元素组成质量比为7：16的三原子分子为二氧化氮，二氧化氮分子释放在空气中可以形成硝酸型酸雨和光化学烟雾，故答案为：①③；(4)由加入铜片，硫酸铜溶液蓝色慢慢变深可知，铜电极为原电池的负极，石墨电极为正极，甲溶液为氯化铁溶液，铜电极上铜失去电子发生氧化反应生成铜离子，黄色溶液慢慢变为浅绿色，电极反应式为Cu－2e-=Cu2+，铁离子在正极上得到电子发生还原反应生成亚铁离子，故答案为：黄色溶液慢慢变为浅绿色；Cu－2e-=Cu2+。17．负极增大减小不变0.025mol·L－113【解析】(1)由铜电极的质量增加，发生Ag++e-═Ag，则Cu电极为阴极，Ag为阳极，Y为正极，可知X为电源的负极；(2)A中电解氯化钾，生成KOH，所以pH增大，B中电解硫酸铜溶液生成硫酸，溶液中氢离子浓度增大，pH减小，C中阴极反应为Ag++e-═Ag，阳极反应为Ag-e-═Ag+，溶液浓度不变，则pH不变；(3)C中阴极反应为Ag++e-═Ag，n(Ag)==0.02mol，则转移的电子为0.02mol，B中阳极反应为4OH--4e-═2H2O+O2↑，则转移0.02mol电子生成氧气为0.005mol，其体积为0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL，则在阴极也生成112mL气体，由2H++2e-═H2 ↑，则氢气的物质的量为0.005mol，该反应转移的电子为0.01mol，则Cu2++2e-═Cu中转移0.01mol电子，所以Cu2+的物质的量为0.005mol，通电前c(CuSO4)==0.025mol•L-1；(4)由A中发生2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑～2e-，由电子守恒可知，转移0.02mol电子时生成0.02molKOH，忽略溶液体积的变化，则c(OH-)==0.1mol•L-1，溶液pH=13。