鲁科版选修4第1单元第3节化学能转化为电能——电池第1课时作业

第 3 节 化学能转化为电能——电池第一课时作业 1．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( ) A.铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的 c(SO2－ 4 )减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 2.如图所示的原电池装置，X、Y 为两电极，离子导体为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装 置的下列说法正确的是( ) A．外电路的电流方向：X→外电路→Y B．若两电极分别为 Zn 和石墨棒，则 X 为 Zn，Y 为石墨棒 C．若两电极都是金属，则它们的活动性为 X>Y D．X 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应 3．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( ) A.电池工作中，盐桥中的 Cl－向负极移动 B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ C．工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH 均不变 D．Fe 作负极，发生氧化反应 4．有 M、N、P、E 四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接后放入硫酸氢钠溶液中， M 表面有大量气泡产生；③N、E 用导线连接后放入 E 的硫酸盐溶液中，电极反应为 E2＋＋2e－===E，N－ 2e－===N2＋。则四种金属的还原性由强到弱的顺序是( ) A．P、M、N、E B．E、N、M、P C．P、N、M、E D．E、P、M、N 5．等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量的 CuSO4 溶液，如图中产生 H2 的 体积 V(L)与时间 t(min)的关系，正确的是( ) 6.某小组为研究电化学原理，设计如图装置，下列叙述不正确的是( ) A．a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为 Cu2＋＋2e－===Cu C．无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a、b 连接起来，铁失电子的速率等于两端不连接的速率 7.一种子弹头形的纳米铜铂电池，它在稀溴水中能沿着铜极方向移动(如图)，电池反应为 Cu＋Br2===CuBr2。 下列说法正确的是( ) A．铜为电池的正极 B．铂不断溶解 C．稀溴水为离子导体 D．电池工作时实现机械能向电能再向化学能转化 8.如图所示装置中，电流表 A 发生偏转，a 极逐渐变粗，同时 b 极逐渐变细，c 为离子导体，则 a、b、c 应是下列各组中的( ) A．a 是 Zn、b 是 Cu、c 为稀 H2SO4 B．a 是 Cu、b 是 Zn、c 为稀 H2SO4 C．a 是 Fe、b 是 Ag、c 为 AgNO3 溶液 D．a 是 Ag、b 是 Fe、c 为 AgNO3 溶液 9.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为离子导体的 无水 LiClKCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为 PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2 ＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是( ) A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放电过程中，Li＋向硫酸铅电极移动 C．每转移 0.1 mol 电子，理论上生成 20.7 g Pb D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转 10.如图所示，烧杯内盛有浓 HNO3，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时， Fe、Pb 都有剩余。下列有关说法正确的是( ) A．Fe 比 Pb 活泼，始终作负极 B．Fe 在浓 HNO3 中钝化，始终不会溶解 C．电池停止工作时，烧杯中生成了 Fe(NO3)3 D．利用浓 HNO3 作离子导体不符合“绿色化学”思想 11.为了避免锌片与 Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置，按要 求完成以下填空： (1)此装置在工作时，可以观察到的现象是________________________________，电池的总反应式为 ______________________________。 (2)原电池工作时，CuSO4 溶液中 SO 2－ 4 向__________移动。 (3)盐桥是通过________________的定向移动实现导电的，若此盐桥内为 KCl 饱和溶液，则该电池在工作时， K＋移向________________(填“正”或“负”)极。 12.依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极 X 的材料是____________；离子导体 Y 是______________。 (2)银电极为电池的______________极，发生的电极反应为______________；X 电极上发生的电极反应为 __________________________。 (3)外电路中的电子是从________________电极流向______________电极。 素养训练 1.常温下，将除去表面氧化膜的 Al、Cu 片插入浓硝酸中组成原电池(如图甲)，测得原电池的电流(I)随时间 (t)的变化如图乙所示。已知 O～t1 s 时，原电池的负极是 Al 片，反应过程中有红棕色气体产生。下列说法 不正确的是( ) A．O～t1 s 时，正极的电极反应式为 2H＋＋NO－ 3 －e－===NO2↑＋H2O B．O～t1 s 时，溶液中的 H＋向 Cu 电极移动 C．t1 s 之后，负极的电极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ D．t1 s 时，原电池中电子流动方向发生改变是因为 Al 在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了 Al 的进一步反应 2.原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与离子导体有关。下列说法错误的是( ) A．由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电池，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ B．由 Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为 Al－3e－===Al3＋ C．由 Al、Mg、NaOH 溶液组成的原电池，负极反应式为 Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3 D．由 Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ 3.某研究性学习小组根据反应 2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O 设计如 下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol·L－1，溶液的体积均为 200 mL，盐桥中 装有饱和 K2SO4 溶液。 回答下列问题： (1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。 (2)电池工作时，盐桥中的 SO 2－ 4 移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为甲____________________________， 乙________________________________________。 (4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4 浓度变为 1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。 1．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( ) A.铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的 c(SO2－ 4 )减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 分析：选 C。原电池反应为 Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。Cu 电极作正极， Cu2＋在正极得电子，发生还原反应，A 项错误；由于两半池中的阴离子 SO 2－ 4 不能透过半透膜，故 c(SO2－ 4 ) 都不变，B 项错误；甲池中由于生成 Zn2＋，而乙池中 Cu2＋＋2e－===Cu，则乙池中的 CuSO4 部分变为 ZnSO4， 导致乙池中溶液总质量变大，C 项正确；阴离子不能透过半透膜，D 项错误。 2.如图所示的原电池装置，X、Y 为两电极，离子导体为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装 置的下列说法正确的是( ) A．外电路的电流方向：X→外电路→Y B．若两电极分别为 Zn 和石墨棒，则 X 为 Zn，Y 为石墨棒 C．若两电极都是金属，则它们的活动性为 X>Y D．X 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应 分析：选 B、C。由图可知，电子的流动方向是 X→外电路→Y，则电流的方向就为 Y→外电路→X； X 为原电池的负极，Y 为正极，X 的活动性比 Y 的强；X 极应发生氧化反应，Y 极应发生还原反应。 3．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( ) A.电池工作中，盐桥中的 Cl－向负极移动 B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ C．工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH 均不变 D．Fe 作负极，发生氧化反应 分析：选 A、D。根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合 回路和平衡两烧杯中的电荷，所以 Cl－向负极移动，故 A 正确；铁作负极，电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋， 正极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，故 B 错误；左烧杯中 pH 基本不变，右烧杯中消耗 H＋，c(H＋)减小，pH 增大，故 C 错误；总电极反应式为 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，铁作负极，发生氧化反应，故 D 正确。 4．有 M、N、P、E 四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接后放入硫酸氢钠溶液中， M 表面有大量气泡产生；③N、E 用导线连接后放入 E 的硫酸盐溶液中，电极反应为 E2＋＋2e－===E，N－ 2e－===N2＋。则四种金属的还原性由强到弱的顺序是( ) A．P、M、N、E B．E、N、M、P C．P、N、M、E D．E、P、M、N 分析：选 A。由①知，还原性：M＞N；由②知，M 为原电池正极，故还原性：P＞M；由③知，N 为原电 池负极，故还原性：N＞E。综上所述，还原性：P＞M＞N＞E。 5．等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量的 CuSO4 溶液，如图中产生 H2 的 体积 V(L)与时间 t(min)的关系，正确的是( ) 分析：选 A。若向 a 中加入少量的 CuSO4 溶液，则发生反应：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，消耗一部分 Zn， 生成的 Cu 附着于 Zn 上，构成无数微小的 CuZn 原电池，加快了 Zn 的反应速率，所以 Zn 与稀硫酸反应 时，加入 CuSO4 溶液则反应速率加快，生成 H2 的量 a 小于 b。 6.某小组为研究电化学原理，设计如图装置，下列叙述不正确的是( ) A．a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为 Cu2＋＋2e－===Cu C．无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a、b 连接起来，铁失电子的速率等于两端不连接的速率 分析：选 D。a、b 不连接，未形成原电池，Cu2＋与 Fe 在接触面上直接反应，A 项正确；a、b 用导线连接， 铜片作正极，Cu2＋在该电极上得电子，B 项正确；a、b 连接与否，溶液中的 Cu2＋均得电子发生还原反应生 成 Cu，Fe 均失电子发生氧化反应生成 Fe2＋，故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色，C 项正确；a、b 连接起来， 铁失电子的速率大于两端不连接的速率，D 项错误。 7.一种子弹头形的纳米铜铂电池，它在稀溴水中能沿着铜极方向移动(如图)，电池反应为 Cu＋Br2===CuBr2。 下列说法正确的是( ) A．铜为电池的正极 B．铂不断溶解 C．稀溴水为离子导体 D．电池工作时实现机械能向电能再向化学能转化 分析：选 C。由信息可知，铜铂电池中，Cu 为负极，不断溶解，Pt 为正极，质量不变，该装置中能量变 化是将化学能转化为电能。 8.如图所示装置中，电流表 A 发生偏转，a 极逐渐变粗，同时 b 极逐渐变细，c 为离子导体，则 a、b、c 应是下列各组中的( ) A．a 是 Zn、b 是 Cu、c 为稀 H2SO4 B．a 是 Cu、b 是 Zn、c 为稀 H2SO4 C．a 是 Fe、b 是 Ag、c 为 AgNO3 溶液 D．a 是 Ag、b 是 Fe、c 为 AgNO3 溶液 分析：选 D。原电池工作时，a 极逐渐变粗，同时 b 极逐渐变细，说明 b 极失去电子是负极，a 极上金属离 子得电子是正极，离子导体中含有先于 H＋放电的金属阳离子，综上所述，D 项符合。 9.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为离子导体的 无水 LiClKCl 混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为 PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2 ＋Li2SO4＋Pb。下列有关说法正确的是( ) A．正极反应式：Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2 B．放电过程中，Li＋向硫酸铅电极移动 C．每转移 0.1 mol 电子，理论上生成 20.7 g Pb D.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转 分析：选 B、D。正极上发生还原反应，A 项错误；放电过程中 Li＋向正极移动，由电池的反应式得硫酸铅 电极为正极，B 项正确；由电池总反应式可知，每转移 0.1 mol 电子，理论上生成 0.05 mol Pb，质量为 10.36 g，C 项错误；常温下，离子导体不是熔融态，离子不能移动，不能产生电流，因此连接电流表或检流计， 指针不偏转，D 项正确。 10.如图所示，烧杯内盛有浓 HNO3，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时， Fe、Pb 都有剩余。下列有关说法正确的是( ) A．Fe 比 Pb 活泼，始终作负极 B．Fe 在浓 HNO3 中钝化，始终不会溶解 C．电池停止工作时，烧杯中生成了 Fe(NO3)3 D．利用浓 HNO3 作离子导体不符合“绿色化学”思想 分析：选 D。开始时，离子导体是浓 HNO3，Fe 在浓 HNO3 中钝化，所以开始时 Pb 是负极：Pb－2e－===Pb2 ＋；随着反应的进行，浓 HNO3 变成稀 HNO3，Fe 变为原电池的负极：Fe－2e－===Fe2＋。由于最终 Fe 有剩 余，所以不会生成 Fe(NO3)3。根据 Pb 与浓 HNO3 反应：Pb＋4HNO3(浓)===Pb(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，过 量的 Fe 与稀 HNO3 发生反应：3Fe＋8HNO3(稀)===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，可知反应产生了有害气体 NO2、NO，会污染环境，不符合“绿色化学”思想。故选 D。 11.为了避免锌片与 Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置，按要 求完成以下填空： (1)此装置在工作时，可以观察到的现象是________________________________，电池的总反应式为 ______________________________。 (2)原电池工作时，CuSO4 溶液中 SO 2－ 4 向__________移动。 (3)盐桥是通过________________的定向移动实现导电的，若此盐桥内为 KCl 饱和溶液，则该电池在工作时， K＋移向________________(填“正”或“负”)极。 分析：该装置为锌铜原电池，总反应式为 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，该电池工作时，观察到电流计指针发生 偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。该电池工作时，CuSO4 溶液中 SO 2－ 4 向盐桥移动。在原电 池中，盐桥是通过离子定向移动实现导电的，若盐桥内为 KCl 饱和溶液，K＋向正极移动。 答案：(1)电流计的指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu (2)盐桥 (3)离子 正 12.依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极 X 的材料是____________；离子导体 Y 是______________。 (2)银电极为电池的______________极，发生的电极反应为______________；X 电极上发生的电极反应为 __________________________。 (3)外电路中的电子是从________________电极流向______________电极。 分析：原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，Ag＋作氧化剂，正极反应式为 Ag＋＋e－===Ag，则 Cu 作负极，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋，则 Y 为 AgNO3 溶液，外电路中的电子由负极流向正极。 答案：(1)铜 AgNO3 溶液 (2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)铜(或 X) 银 素养训练 1.常温下，将除去表面氧化膜的 Al、Cu 片插入浓硝酸中组成原电池(如图甲)，测得原电池的电流(I)随时间 (t)的变化如图乙所示。已知 O～t1 s 时，原电池的负极是 Al 片，反应过程中有红棕色气体产生。下列说法 不正确的是( ) A．O～t1 s 时，正极的电极反应式为 2H＋＋NO－ 3 －e－===NO2↑＋H2O B．O～t1 s 时，溶液中的 H＋向 Cu 电极移动 C．t1 s 之后，负极的电极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ D．t1 s 时，原电池中电子流动方向发生改变是因为 Al 在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍了 Al 的进一步反应 分析：选 A。原电池的正极发生还原反应，电极反应式为 2H＋＋NO－ 3 ＋e－===NO2↑＋H2O，故 A 错误；在 O～t1 s 时，铝作负极，在电场作用下，阳离子向电池正极移动，即溶液中的 H＋向 Cu 电极移动，故 B 正 确；由图乙得 t1 s 时刻电流方向改变，说明电池的负极发生变化，所以 t1 s 之后，负极的电极反应式为 Cu －2e－===Cu2＋，故 C 正确；t1 s 时，原电池中电子流动方向发生改变是因为 Al 在浓硝酸中钝化，氧化膜阻 碍了 Al 的进一步反应，故 D 正确。 2.原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与离子导体有关。下列说法错误的是( ) A．由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电池，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ B．由 Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为 Al－3e－===Al3＋ C．由 Al、Mg、NaOH 溶液组成的原电池，负极反应式为 Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3 D．由 Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋ 分析：选 A、C。铁比铜活泼，铁作负极，负极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，故 A 错误；铝比铜活泼，铝作 负极，负极反应式为 Al－3e－===Al3＋，故 B 正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝 作负极，由于 NaOH 过量，负极反应式为 Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－，故 C 错误；Al 遇浓硝酸发生钝 化反应，则铜作负极，负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋，故 D 正确。 3.某研究性学习小组根据反应 2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O 设计如 下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 mol·L－1，溶液的体积均为 200 mL，盐桥中 装有饱和 K2SO4 溶液。 回答下列问题： (1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。 (2)电池工作时，盐桥中的 SO 2－ 4 移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为甲____________________________， 乙________________________________________。 (4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4 浓度变为 1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。 分析：(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4 作氧化剂，发生还原反应，故石墨 a 是正极。(2)电 池工作时，SO 2－ 4 向负极移动，即向乙烧杯移动。 (3)甲烧杯中的电极反应式为 MnO－ 4 ＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为 5Fe2＋－5e－ ===5Fe3＋。(4)溶液中的 MnSO4 浓度由 1 mol·L－1 变为 1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的 MnSO4 的物质的量为 0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol， 转移的电子为 0.1 mol×5＝0.5 mol。 答案：(1)a 还原 (2)乙 (3)MnO－ 4 ＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－===5Fe3＋ (4)0.5