第二章第二节化学能与电能一、选择题1．对于锌、铜、稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上两极变化是( )①锌片溶解了32.5 g ②锌片增重32.5 g ③铜片上析出1 g H2④铜片上析出1 mol H2A．①③B．①④C．②③D．②④答案 A解析锌、铜、稀硫酸组成的原电池的电极反应为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑。
则计算关系式为Zn ～2e－～H21 mol2 mol 1 mol0．5 mol 1 mol 0.5 molm(Zn)＝0.5 mol×65 g·mol－1＝32.5 g，m(H)＝0.5 mol×2 g·mol－21＝1 g。
2．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．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加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，气泡放出速率加快答案 C解析A项，铜片和铁片紧靠并浸入稀硫酸中，H＋在铜片上获得电子，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，铜片表面出现气泡，正确；B项，锌片作负极，铜片作正极，铜上发生Cu2＋＋2e－===Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加，正确；C项，铜片插入FeCl3溶液中，发生反应Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁析出，错误；D项，向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu、剩余的Zn与盐酸构成了原电池，可观察到气泡放出速率加快。
3．某原电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则该原电池正确的组合是( )答案 C解析A项，原电池总反应的离子方程式应是2Al＋3Cu2＋===3Cu＋2Al3＋；B项，Zn应作负极，Cu应作正极；D项，不能构成原电池。
4．下列关于原电池的叙述中正确的是( )A．正极和负极必须是两种不同的金属B．电子流入的一极为正极C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成答案 B解析原电池的正、负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是金属与可以导电的非金属；原电池中电子从负极流出，从正极流入；原电池工作时负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；当锌片上有6.5 g锌溶解时，正极上析出0.2 g氢气。
5．锂电池是新型高能电池，它以质轻、容量大而受到重视。
某种锂电池的总反应可表示为Li＋MnO2===LiMnO2。
若该电池在反应过程中转移1 mol电子，则消耗的正极材料的质量约为(其他损耗忽略不计)( )A．3.5 g B．7 gC．87 g D．43.5 g答案 C解析由电池总反应式Li＋MnO2===LiMnO2可知，转移1 mol电子时，正极消耗1 mol MnO2，即87 g MnO2。
6．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )A．正极附近的SO2－4浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出答案 D解析SO2－4应向负极移动，故正极附近的SO2－4浓度减小；电子由负极流向正极，应由Zn片流向Cu片，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故有H2放出。
7．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，下图为其工作原理示意图。
下列说法不正确的是( )A．O2在电极b上发生还原反应B．溶液中OH－向电极a移动C．反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶5D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O答案 C解析构成的原电池中，通入氧气的电极是正极，发生还原反应，A正确；溶液中氢氧根离子移向负极a极，B正确；1 mol NH3反应生成氮气转移3 mol 电子，1 mol O2反应转移4 mol电子，根据得失电子守恒，消耗的NH3与O2的物质的量之比为4∶3，C错误；负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，D正确。
8．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。
下列有关说法正确的是( ) A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2OD．正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－答案 C解析在原电池中，阳离子要向正极移动，故A错误；因电解质溶液是酸性的，不可能存在OH－，故正极的反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，转移4 mol电子时消耗1 mol O2，则转移0.4 mol电子时消耗标准状况下2.24 L O2，故B、D错误；电池反应式即正负极反应式之和，将两极的反应式相加可知C 正确。
“三步”突破燃料电池电极反应式的书写第一步：写出电池的总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料电池总反应式为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应式有所不同，大致有以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式，写出负极反应式：电池反应的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式。
因为O2不是负极反应物，因此两个反应式相减时要彻底消除O2。
9．下图为一种微生物燃料电池的结构示意图，关于该电池的叙述正确的是( )A．电池工作时，电子由a流向bB．微生物所在电极区放电时发生还原反应C．放电过程中，H＋从正极区移向负极区D．正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O答案 D解析因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区C m(H2O)n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。
二、非选择题10．为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如下图：回答下列问题：(1)根据原电池原理填写下表。
(2)电极类型除与电极材料的性质有关外，还与________________有关。
(3)指出下列电池的放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲________，丙________(填酸性或碱性，增强或减弱)。
答案(1)(3)酸性减弱碱性减弱解析(1)甲装置：在稀硫酸中，镁比铝活泼，镁为负极，发生氧化反应，铝为正极，H＋在铝极上发生还原反应；乙装置：铁比铂活泼，铁为负极；丙装置：在氢氧化钠溶液中，铝与NaOH溶液反应，铝失去电子，发生氧化反应生成偏铝酸根离子和水；丁装置：常温下，浓硝酸使铝钝化，铜溶解，铜为负极。
(2)通过比较甲、丙装置可知，电极都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极名称不同，即电极类型与电极材料、电解质溶液都有关。
(3)根据溶液中离子参加反应情况判断溶液酸碱性的变化。
活泼金属电极并非一定为负极原电池的正、负极判断除考虑两极金属的活动性外，还应注意电极能否与电解质溶液发生反应。
如图所示，甲中，电解质溶液是稀硫酸，Fe作负极，电极反应：Fe－2e－===Fe2＋；但乙中，电解质溶液是浓硝酸，Fe发生钝化，Cu作负极，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋；丙中，电解质溶液是稀硫酸，Mg较活泼作负极，电极反应：Mg－2e－===Mg2＋；但丁中，电解质溶液是NaOH溶液，Al能与NaOH溶液发生反应，Al作负极，电极反应：Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O。
11. 分别按图所示甲、乙装置进行实验，图中两个烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。
(1)下列叙述正确的是________。
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极C．两烧杯中溶液中的H＋浓度均减小D．产生气泡的速率甲中的比乙中的慢(2)甲装置中的能量转化形式：________能转化为________能；乙装置中的能量转化形式：________能转化为________能。
(3)甲装置中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，原因可能是____________________________。
(4)甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应____________________________。
答案(1)C (2)化学电化学热(3)锌片不纯，锌与杂质构成原电池(4)Cu2＋＋2e－===Cu解析(1)甲装置构成了原电池，乙中Zn与稀硫酸接触反应；甲装置中H＋在铜片上得到电子被还原为H2，铜片作正极，构成原电池后产生气泡的速率比乙中的快；随着两烧杯中H＋不断被消耗，溶液中的c(H＋)均减小。
(2)甲装置构成了原电池，将化学能转化为电能，乙装置主要是将化学能转化为热能。
(3)锌片上产生气体，原因可能是锌片不纯，锌与杂质构成原电池。
(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液，则铜电极上会析出Cu。