化學(xué)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(zhì)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(shè)備工作時,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是( )。

2.下列裝置可以構(gòu)成原電池的是( )。

圖1

3.原電池原理的發(fā)現(xiàn)和各式各樣電池裝置的發(fā)明是化學(xué)對人類的一項重大貢獻。關(guān)于如圖1 所示原電池的說法正確的是( )。

A.將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置

B.電子由銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片

C.鋅片為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)

D.銅片上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-Cu

4.有a、b、c、d 四種金屬,用導(dǎo)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(fù)極;c、d相連時,電流由d到c;a、c相連時,a極發(fā)生氧化反應(yīng);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(yīng)為:

鋅片:Zn+2OH--2e-ZnO+H2O

據(jù)此判斷,鋅片是( )。

A.負(fù)極,被氧化B.正極,被氧化

C.負(fù)極,被還原D.正極,被還原

6.圖2 為發(fā)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(huán)作為檸檬電池的正極

B.電子由發(fā)光二極管經(jīng)導(dǎo)線流向鐵環(huán)

C.可將檸檬替換成盛裝乙醇溶液的裝置

D.負(fù)極的電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+

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

圖3

B.多孔金屬a作負(fù)極,是電子流入的極

C.電池工作時,電解質(zhì)溶液中OH-移向a極

D.正極的電極反應(yīng)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(xué)電源的發(fā)明是化學(xué)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(fù)”),外電路電子的流向為____(填“Cu→導(dǎo)線→Zn”或“Zn→導(dǎo)線→Cu”)。

圖4

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

①H+向負(fù)極移動

②Cu極上有H2產(chǎn)生

③若有1mol電子流過導(dǎo)線,則產(chǎn)生的H2為0.5mol

④正極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+

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

(4)下列化學(xué)反應(yīng)通過原電池裝置,可實現(xiàn)化學(xué)能直接轉(zhuǎn)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(zhì)的量濃度的稀硫酸。

圖5

(1)a中反應(yīng)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(xiàn)象為_____。

(3)c中作負(fù)極的金屬是_____,該電極反應(yīng)方程式為____。

(4)現(xiàn)有未知金屬A,將A 與Fe用導(dǎo)線相連后放入稀硫酸中,觀察到A 上有氣泡,在A 上發(fā)生_____反應(yīng)(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(xué)電源在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用,請回答下列問題:

(1)根據(jù)構(gòu)成原電池的本質(zhì)判斷,下列方程式正確且能設(shè)計成原電池的是____。

(2)為了探究化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,某同學(xué)設(shè)計了如圖6所示兩個實驗裝置。下列有關(guān)實驗現(xiàn)象的說法正確的是。

圖6

A.裝置Ⅰ中溫度計的示數(shù)高于裝置Ⅱ中溫度計的示數(shù)

B.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中溫度計的示數(shù)相等,且均高于室溫

C.裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中的氣泡均產(chǎn)生于鋅棒表面

D.裝置Ⅱ中產(chǎn)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(dāng)導(dǎo)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(nèi),兩燒杯中產(chǎn)生氣泡的速度:甲____乙(填“＞”“＜”或“=”)。

(5)該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為_____。電池工作時,溶液中SO24-向____極(填“正”或“負(fù)”)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(xué)興趣小組探究不同條件下化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。請回答下列問題:

(1)若電極a 為Zn,電極b 為石墨,當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀硫酸時,該電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式為____;當(dāng)反應(yīng)中收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下672mL氣體時,電池中所轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為____。

圖8

(2)現(xiàn)設(shè)計一燃料電池,以電極a 為正極,電極b 為負(fù)極,甲烷(CH4)為燃料,采用氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液,則氧氣應(yīng)通入____極(填“a”或“b”),另一電極的電極反應(yīng)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(xué)設(shè)計如圖10 所示的原電池,則正極的電極反應(yīng)式為____,當(dāng)導(dǎo)線中有3.01×1023個電子流過時,溶液質(zhì)量變化為g。

圖9

圖10

1.C 提示:硅太陽能電池是太陽能轉(zhuǎn)化為電能,A 項錯誤。燃?xì)庠罟ぷ鲿r將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,B 項錯誤。鋰離子電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,C 項正確。太陽能集熱器是把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能,D 項錯誤。

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

3.C 提示:該裝置為原電池,是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,A 項錯誤。原電池中,電子從負(fù)極流向正極,即由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片,B項錯誤?；顫娦詮娊饘僮髫?fù)極,負(fù)極上Zn失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),C 項正確。銅片上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-H2↑,D 項錯誤。

4.B 提示:在原電池中,作原電池負(fù)極的金屬較活潑、作正極的金屬較不活潑,電流從正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極,正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)。a、b相連時,a為負(fù)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(fā)生氧化反應(yīng),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(fā)生反應(yīng)Zn+2OH--2e-ZnO+H2O,電極反應(yīng)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(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),則鋅為原電池的負(fù)極,被氧化。

6.D 提示:銅線、鐵環(huán)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(huán)是檸檬電池的負(fù)極,A 項錯誤。電子由負(fù)極鐵環(huán)經(jīng)導(dǎo)線流向發(fā)光二極管,再由發(fā)光二極管流向銅線,B 項錯誤。乙醇溶液為非電解質(zhì)溶液,不能將檸檬替換成盛裝乙醇溶液的裝置,C 項錯誤。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)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(fù)極,還原劑失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),電子沿著導(dǎo)線流向正極;通入助燃物的一極為正極,正極上發(fā)生還原反應(yīng),內(nèi)電路中陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極,燃料電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,能量轉(zhuǎn)化效率高。供電時的總反應(yīng)為2H2+O22H2O,不需要點燃,燃料電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A 項錯誤。多孔金屬a通入氫氣,作負(fù)極,是電子流出的極,B項錯誤。按分析,電池工作時,電解質(zhì)溶液中OH-移向a極,C 項正確。堿性條件下,正極的電極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O4OH-,D 項錯誤。

8.(1)正(2分) Zn→導(dǎo)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(fù)極,銅做正極,外電路中電子由負(fù)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(fù)極,失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),Cu作正極,電解質(zhì)溶液中的H+移向正極,并在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng),原電池裝置中電子由Zn經(jīng)外電路流向Cu。正極的電極反應(yīng)為2H++2e-H2↑,因此有1mol電子流過導(dǎo)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(yīng)生成硫酸鋅和銅,反應(yīng)方程式為Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。

9.(1)Fe+2H+Fe2++H2↑(2分)

(2)Cu(2分) 有氣泡產(chǎn)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(gòu)成原電池裝置,僅為Fe與稀硫酸的置換反應(yīng),故離子方程式為Fe+2H+Fe2++H2↑。

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

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

(4)某未知金屬A,將A 與Fe用導(dǎo)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(fā)生還原反應(yīng)。

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(fā)生的是鋅的化學(xué)腐蝕,裝置Ⅱ形成銅鋅原電池;裝置Ⅰ主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,裝置Ⅱ主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,則裝置Ⅰ中溫度計的示數(shù)高于裝置Ⅱ中的示數(shù),A 項符合題意。兩個裝置溫度計中示數(shù)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(chǎn)生,C 項錯誤。利用原電池反應(yīng)可以加快反應(yīng)速率,裝置Ⅱ中產(chǎn)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(zhì)能與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),鎂不與氫氧化鈉溶液反應(yīng),因此Al為負(fù)極,Mg為正極,電極反應(yīng)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(fù)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(fù)極,是a電極通入氧氣,b電極通入甲烷。b 電極為負(fù)極,負(fù)極上甲烷被氧化產(chǎn)生的CO2與溶液中OH-結(jié)合形成CO2-3,所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH4-8e-+10OH-CO2-3+7H2O。

(3)根據(jù)圖中電子流向可判斷a為負(fù)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(fù)極,石墨為正極,電解質(zhì)為CuSO4,正極是Cu2+發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-Cu,當(dāng)導(dǎo)線中有3.01×1023個電子流過,即轉(zhuǎn)移0.5mol電子,溶液中Cu2+轉(zhuǎn)化為Cu,析出64g·mol-1×0.25mol=16gCu,Fe 轉(zhuǎn)化為Fe2+進入溶液,質(zhì)量為56g·mol-1×0.25mol=14g,故溶液質(zhì)量減少16g-14g=2g。