高中化学新教材同步必修第二册 第6章 第一节 第3课时　原电池原理应用　化学电源

第3课时原电池原理应用化学电源[核心素养发展目标]1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。2.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。一、设计原电池1.依据已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。2.实例以Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑为例(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池()(2)原电池中负极上发生氧化反应()(3)原电池中正极材料一定发生还原反应()(4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应()答案(1)×(2)√(3)×(4)×1.理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋”设计一个原电池。回答下列问题：(1)用双线桥分析上述离子反应，标出电子转移的方向和数目________________；其中氧化反应的半反应可表示为“Fe－2e－=Fe2＋”，则还原反应的半反应为________________。(2)若设计成原电池①负极材料是________，选择依据是________________；②正极材料可选用________，选择依据是________________。③________溶液作电解质。(3)写出电极反应式正极：________________，负极：________________。(4)该原电池中电子从________极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3＋)移向________极。答案(1)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋(2)①铁固体铁单质能导电，可被电解质溶液中的Fe3＋氧化为Fe2＋②铜(或石墨)铜(或石墨)的还原性比铁弱，且为能导电的固体③FeCl3[或Fe2(SO4)3](3)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋Fe－2e－=Fe2＋(4)铁(负)铜或石墨(正)用双线桥法书写电极反应式的步骤2.水果简易电池的制作(1)探究制作水果电池对电极材料的要求(按如图连接)(已知电流表的指针偏向电子流入的电极)电极材料水果电流表偏转方向电极名称铁片、铜片苹果偏向铜片铁：负极铜：正极铁片、镁条苹果偏向铁片铁：正极镁：负极铁片、碳棒柠檬偏向碳棒铁：负极碳棒：正极铁片、铁片柠檬不偏转铜片、碳棒柠檬几乎不偏转问题讨论：水果的作用是作：电解质溶液。实验结论：构成原电池的要素有：①自发的氧化还原反应。②两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路。③根据电极材料判断电极：较活泼金属作负极，不活泼的金属或惰性电极作正极。(2)探究影响电流效果的因素【实验1】探究电极材料对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度(填“大”或“小”)铁、铜1苹果小镁、铜1苹果大实验结论：在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电流效果越好。【实验2】探究不同水果对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1苹果小锌、铜1柠檬大实验结论：在其他条件相同时，不同的电解质溶液，电流效果不同。【实验3】探究电极间距对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1柠檬大锌、铜2柠檬小实验结论：在其他条件相同时，两电极间距越小，电流效果越好。水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。1.下图为番茄制作的水果电池，下列说法正确的是()A.一段时间后，铜片质量减小B.锌电极发生氧化反应C.电流由锌通过导线流向铜D.铜电极是该电池的负极答案B解析锌的金属性强于铜，所以锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子生成氢气，所以选项B正确。2.利用离子反应“Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋”设计原电池，下列设计不合理的是()①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池②石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池③铁片、锌片、Fe(SO4)3溶液组成的原电池④银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池A.①② B.②③C.③④ D.②④答案C解析Cu不如铁活泼，则Fe作负极、Cu作正极，故①正确；活泼金属铁作负极，电解质溶液是含有Fe3＋的溶液，故②正确；Fe不如Zn活泼，则Fe作正极、Zn作负极，故③错误；电解质溶液必须是可溶性的铁盐溶液，故④错误。3.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池。回答下列问题：(1)负极材料：________；正极材料：________；电解质溶液：________________。(2)写出电极反应式正极：________________________________________________________________________；负极：________________________________________________________________________。(3)原电池中电子从________极流出，电解质溶液中阴离子流向________极(填“正”或“负”)。答案(1)铜银(或碳棒)AgNO3溶液(2)2Ag＋＋2e－=2AgCu－2e－=Cu2＋(3)铜(负)负二、化学电源1.一次电池(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。(2)锌锰干电池的构造如图所示：①锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－=Zn2＋。②石墨棒为正极，最终被还原的物质是二氧化锰。③NH4Cl糊的作用电解质溶液。2.二次电池(充电电池)(1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(2)能量转化：化学能eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))电能(3)常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。3.燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等。常用氧化剂：氧气。(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细()(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能()(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电()(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高()答案(1)×(2)×(3)×(4)√1.1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电池(也叫伏打电堆)，如下图所示。观察示意图，思考回答下列问题：(1)负极是：________，电极反应________________。(2)正极是：________。(3)猜测得电子发生还原反应的物质可能是________。答案(1)ZnZn－2e－=Zn2＋(2)Cu(3)氧气2.铅酸电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O按要求回答下列问题：(1)负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是________。(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向________极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)当铅蓄电池向外电路提供2mole－时，理论上负极板的质量增加________g。答案(1)PbPbO2H2SO4(2)PbO2电(正)(3)减小(4)96解析负极每个铅原子失去2e－，就生成一个PbSO4，负极增加一个SOeq\o\al(2－,4)，SOeq\o\al(2－,4)的摩尔质量为96g·mol－1。1.下列有关电池的叙述不正确的是()A.水果电池是方便实用的家用电池B.铅蓄电池是一种常用的二次电池C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D.锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄答案A2.下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池答案C解析氢氧燃料电池的总反应是2H2＋O2=2H2O，因而正极是O2得电子发生还原反应。3.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是()A.锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳C.电流从锌流到碳棒上D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动答案A解析A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故错误；D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。4.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是()A.Pb是正极B.PbO2得电子，被氧化C.负极反应是Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4D.电池放电时，溶液的酸性增强答案C解析从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

拓展延伸电极反应式的书写1.书写电极反应式的原则电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。2.书写电极反应式的基本类型(1)类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SOeq\o\al(2－,4)不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4)④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。(2)类型二题目中给出原电池的总反应式①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。1.一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。(1)负极电极反应式________________，正极电极反应式________________。(2)电子移动的方向是由________经外电路到________。(填“a”或“b”)(3)电池总反应式为__________________________________________________________。答案(1)Mg－2e－＋2OH－=Mg(OH)2O2＋4e－＋2H2O=4OH－(2)ab(3)2Mg＋O2＋2H2O=2Mg(OH)2解析(1)Mg是强还原剂，易失电子，作负极，失电子变为Mg2＋，而Mg2＋与OH－不共存，因而电极反应为Mg－2e－＋2OH－=Mg(OH)2；活性炭为正极，吸附在活性炭中的氧气得电子变为O2－，O2－与H2O不共存，生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－。(3)两极反应式相加即可得电池总反应式。2.(2019·北海期末)某锂离子电池的工作原理如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料，b极材料为FePO4和石墨的复合材料)，其电池反应为Li＋FePO4=LiFePO4(1)a为________极，电极反应式：_______________________________________________；b为________极，电极反应式：_________________________________________________。(2)电池内部Li＋由________侧移向________侧(填“左”或“右”)。(3)能否用磷酸溶液作电解质________。(填“能”或“否”)答案(1)负Li－e－=Li＋正FePO4＋e－＋Li＋=LiFePO4(2)左右(3)否3.如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：__________________________________________________，正极：________________________________________________________________________；电池总反应：__________________________________________________________________。(2)碱式电池的电极反应：负极：__________________________________________________，正极：______________；电池总反应：____________________________________________。答案(1)2H2－4e－=4H＋O2＋4e－＋4H＋=2H2O2H2＋O2=2H2O(2)2H2－4e－＋4OH－=4H2OO2＋4e－＋2H2O=4OH－2H2＋O2=2H2O解析(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－。负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。燃料电池电极反应式的书写(1)写出电池总反应式。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合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。(2)写出电池的正极反应式。无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。课时对点练A组基础对点练题组一原电池原理应用1.某原电池总反应的离子方程式是：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，利用该反应设计成原电池。则该电池的正极、负极和电解质溶液依次是()A.Zn、Cu、ZnSO4 B.Zn、Cu、CuCl2C.Cu、Zn、ZnCl2 D.Cu、Zn、CuSO4答案D解析锌失电子发生氧化反应而作负极，不如锌活泼的金属或导电的非金属作正极(石墨)，铜离子在正极上得电子发生还原反应，则电解质为可溶性的铜盐，符合条件的是D，故答案为D。2.如图为锌、铜水果电池装置示意图，下列说法正确的是()A.铜片为负极，发生还原反应B.锌片上发生还原反应：Zn－2e－=Zn2＋C.该装置将电能转变为化学能D.电子由锌片沿导线流向铜极答案D解析原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子由负极经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，A错误；锌片是负极，发生氧化反应：Zn－2e－=Zn2＋，B错误；该装置是D正确。3.(2019·张家港高级中学高一期末)某同学设计的原电池装置如图所示。电池工作时，下列说法正确的是()A.锌片作正极B.盐酸作为电解质溶液C.电能转化为化学能D.电子由铜片经导线流向锌片答案B解析锌活泼性强于铜，所以锌作负极，A错误；图中为原电池装置，电解质溶液为盐酸，B正确；图示为原电池，是化学能转化为电能的装置，C错误；锌为负极，铜为正极，电子从负极锌流出，沿着导线流向正极铜，D错误；故合理选项是B。题组二化学电源4.下列电池不属于二次电池(可充电电池)的是()答案A解析铅蓄电池、镍镉电池、锂离子电池等可以反复充电放电属于可充电电池，是二次电池；碱性锌锰电池不能充电，完全放电后不能再使用，是一次电池；答案选A。5.下列有关电池的叙述正确的是()A.氢氧燃料电池属于环境友好型电池，能量转化率可达100%B.锌锰干电池是一种常用的二次电池C.锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄D.铅蓄电池负极是PbO2，正极是Pb答案C解析燃料电池转化率不可能为100%，故A错误；锌锰干电池是一种常用的一次电池，故B错误；锌锰干电池工作过程中，负极反应为：Zn－2e－=Zn2＋，锌外壳不断被腐蚀而逐渐变薄，故C正确；铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，故D错误；答案选C。6.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题日益得到重视，其首要原因是()A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品D.回收其中石墨电极答案B解析回收废电池的首要原因是防止废电池中渗漏出的重金属离子对土壤和水源的污染，而对废电池的综合利用是第二位的，故选B。7.下列关于充电电池的叙述，不正确的是()A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应B.充电电池可以无限制的充电放电C.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行D.较长时间不使用电池时，最好将电池取出并妥善存放答案B解析充电电池理论上是可以永久重复利用的，但在实际应用中总会因为性能等原因而使电解质溶液或者电极变质而失效。所以实际情况下充电电池是不能无限制重复使用的。8.下列说法正确的是()A.锌锰电池和碱性锌锰电池的正极材料均是锌B.锌锰电池中电解质主要是NH4Cl，而碱性锌锰电池中的电解质主要是KOHC.碱性锌锰电池不如锌锰电池的寿命长D.干电池放电之后还可再充电答案B解析Zn失电子作负极，所以锌锰电池和碱性锌锰电池的负极材料均是锌，故A错误；锌锰电池中电解质主要是NH4Cl，碱性锌锰电池中的电解质是用强碱代替了氯化铵，一般碱性锌锰电池中的电解质主要是KOH，故B正确；锌锰电池的负极为锌筒，NH4Cl溶液水解显酸性，所以锌易被NH4Cl溶液腐蚀，因此碱性锌锰电池比锌锰电池的寿命长，故C错误；干电池属于一次电池，一次电池不能反复充放电，故D错误。故选B。9.(2018·汕头市南澳高一下学期期中)汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列叙述中正确的是()A.PbO2是电池的负极 B.Pb是负极C.PbO2得电子，被氧化 D.电池放电时，溶液酸性增强答案B解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，故B项正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，因此A、C两项错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D项错误。10.Zn—MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2—NH4Cl混合溶液。(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。(2)若ZnCl2—NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速其电极的腐蚀，其主要原因是________。欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填字母)。A.NaOH B.ZnC.Fe D.NH3·H2O(3)此废旧电池的处理方法是回收，目的是为了____________________________________。(4)该电池的负极反应式为______________________________________________________。答案(1)Zn(或锌)正极(2)锌与还原出的铜形成铜锌原电池而加快锌的腐蚀B(3)防止电解液污染土壤、避免金属材料的浪费(4)Zn－2e－=Zn2＋解析(1)负极上是失电子的，则Zn失电子为负极，电子由负极流向正极。(2)电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。题目中A和D选项不能除去杂质离子，C项会引入新杂质，所以应选Zn将Cu2＋置换为单质而除去。(3)锌锰干电池所含的汞、酸或碱等在废弃后进入环境中将造成严重危害，此废旧电池的处理方法是回收，目的是为了防止电解液污染土壤、避免金属材料的浪费。(4)该电池的负极材料是Zn，负极上是失电子，负极反应方程式为Zn－2e－=Zn2＋。B组综合强化练1.(2018·慈溪市期末)普通锌锰干电池的构造如图所示，其电池反应的方程式为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，下列说法正确的是()A.石墨作负极B.锌失去电子，被还原C.电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D.正极的电极反应为：NHeq\o\al(＋,4)＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3答案D解析根据电池反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，原电池中负极上是金属锌发生失电子的氧化反应，故A错误；电池中锌失去电子，被氧化，故B错误；电池中电子从负极流向正极即从锌经导线流向石墨，故C错误；正极得电子发生还原反应，所以正极的电极反应为：NHeq\o\al(＋,4)＋MnO2＋e－=MnO(OH)＋NH3，故D正确。故选D。2.银锌纽扣电池，其电池的电池反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag下列说法不正确的是()A.锌作负极B.正极发生还原反应C.电池工作时，电流从Ag2O经导线流向ZnD.负极的电极方程式为：Zn－2e－=Zn2＋答案D解析Zn失电子发生氧化反应而作负极，故A正确；正极上Ag2O得电子发生还原反应，故B正确；原电池中电流从正极沿导线流向负极，该电池中Zn是负极、Ag2O是正极，所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn，故C正确；碱性条件下锌离子生成Zn(OH)2，所以负极反应式为Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，故D错误；故答案为D。3.汽车的启动电源常用蓄电池。其结构如下图所示，放电时其电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断，下列叙述中不正确的是()A.Pb作负极，失去电子，被氧化B.PbO2得电子，被还原C.负极反应是Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4D.电池放电时，溶液酸性增强答案D解析根据电池反应式知，铅失电子发生氧化反应，作负极，故A正确；二氧化铅得电子被还原，故B正确；负极上铅失电子和硫酸根离子反应生成硫酸铅，电极反应式为：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，故C正确；电池放电时，硫酸参加反应生成水，所以溶质的质量减少，溶剂的质量增加，所以溶液酸性减弱，故D错误；故答案为D。4.研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是()A.水既是氧化剂又是溶剂B.放电时正极上有氢气生成C.放电时OH－向正极移动D.总反应为：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑答案C解析由题意知此电池名称叫锂水电池，可推测其总反应为：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，再依据原电池原理写出其电极反应如下：负极：2Li－2e－=2Li＋，正极2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑。结合选项分析A、B、D都是正确的，在原电池内部，放电时OH－向负极移动，故C项错误。5.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为()A.H2＋2OH－－2e－=2H2O B.O2＋4H＋＋4e－=2H2OC.H2－2e－=2H＋ D.O2＋2H2O＋4e－=4OH－答案C解析根据题给信息，该燃料电池的总反应式为2H2＋O2=2H2O。电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A、D错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B错误。6.(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________口通入(填“a”或“b”)，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应分别为A极：2H2＋2O2－－4e－=2H2OB极：O2＋4e－=2O2－则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。(3)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2OAg2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－总反应为Ag2O＋Zn=ZnO＋2Ag①Zn是________极，Ag2O发生________反应。②电子由______极流向________极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路通过1mol电子时，负极消耗物质的质量是________g。③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量______(填“增大”“减小”或“不变”)。答案(1)b负(2)负流出(3)①负还原②ZnAg2O32.5③不变解析(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，X是负极；Y是正极，氧气应通入正极。(2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，应该是电池的负极，电子从该极流出。(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原发生还原反应。②发生原电mol时，负极消耗Zn的质量是32.5g。电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的量不变。7.有甲、乙两位同学，他们一起做了水果电池的实验，测得数据如下：实验次数电极材料水果品种电极间距/cm电压/mV1锌铜菠萝39002锌铜苹果36503锌铜柑橘38504锌铜西红柿37505锌铝菠萝36506锌铝苹果3450试根据上表中的实验数据回答下列问题：(1)实验2中负极是__________，电极反应式为：___________________________________。(2)实验1和5电流方向相反的原因是_____________________________________________。(3)由实验1～实验4可知影响水果电池的电压的因素有______________。(4)根据实验2、6和实验1、5的比较可发现水果电池的电压还与__________有关。答案(1)ZnZn－2e－=Zn2＋(2)水果类型(电解质溶液)相同时，实验1中锌的还原性大于铜，锌是负极，实验5中锌的还原性小于铝，锌是正极(3)水果的类型(或电解质溶液)(4)电极材料课后测评(时间:90分钟分值:100分)一、选择题(本题包括10小题,每小题只有一个正确选项,每小题2分,共20分)1.(河南郑州八校高一期中)南极上空臭氧空洞是指臭氧的浓度较臭氧空洞发生前减少超过30%的区域,臭氧空洞的形成与2O33O2有关。下列叙述错误的是()A.该变化一定是化学变化B.该变化一定伴随着能量的变化C.该变化一定有共价键的断裂与生成D.该变化一定有电子的转移答案D解析O3和O2是氧元素的不同单质,二者之间的转化是化学变化,A正确;该变化中有共价键的断裂与形成,并伴随能量变化,B、C正确;该反应中氧元素化合价不变,故不存在电子转移,D错误。2.(山东日照高一期中)依据如图信息,所得结论错误的是()A.该图像可以表示氯化铵固体与消石灰反应的能量变化B.该反应过程中,一定有其他形式的能量转化成化学能C.该反应过程中,形成新化学键释放的总能量小于断裂旧化学键吸收的总能量D.因为生成物的总能量高于反应物的总能量,所以该反应一定需要加热才可进行答案D解析由题图可知,该反应是吸热反应,氯化铵与消石灰制取NH3的反应是吸热反应,A正确;吸热反应中热能转化为化学能,B正确;对于吸热反应,形成新键释放的总能量低于断裂旧键吸收的总能量,C正确;吸热反应不一定需要加热也可进行,如氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体的反应是吸热反应,在常温下即可反应,D错误。3.(福建福州一中高一期中)锌锰干电池在放电时,电池总反应方程式可以表示为Zn+2MnO2+2NH4+Zn2++Mn2O3+2NH3↑+H2A.ZnB.碳棒C.MnO2和NHD.Zn2+和NH答案C解析锌锰干电池放电时,正极上发生还原反应,由电池总反应可知,锰元素化合价降低,MnO2发生还原反应。4.(天津第二中学高一期中)某兴趣小组设计的原电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是()A.锌片为正极B.碳棒上发生了还原反应C.电子由碳棒经导线流向锌片D.H+向锌片移动答案B解析锌是活泼金属,与碳棒通过导线相连,放在浸有稀硫酸的滤纸上,形成原电池,锌是负极,失去电子发生氧化反应,A错误;碳棒是正极,H+在正极发生还原反应生成H2,B正确;原电池中电子由负极流向正极,即电子由锌片流向碳棒,C错误;原电池的电解质溶液中,阳离子向正极移动,则H+向碳棒移动,D错误。5.对于放热反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),下列判断正确的是()A.2molSO2和足量的O2反应,必定生成2molSO3B.当v(正)>v(逆)时,随着反应的进行,反应物的物质的量逐渐减小C.正反应速率之比为v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)=2∶1∶2时,反应达到平衡D.反应达到平衡后,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小答案B解析该反应为可逆反应,不论条件怎样改变,反应不可能进行完全,A项错误;v(正)>v(逆)表示反应正向进行,随着反应的进行,反应物的物质的量逐渐减小,B项正确;在可逆反应里,各物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,此时反应不一定达到平衡,C项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,D项错误。6.下列措施对增大反应速率明显有效的是()A.在用H2和N2工业合成NH3时,降低温度B.Fe与稀硫酸反应制取氢气时,改用浓硫酸C.K2SO4与BaCl2在溶液中反应时,增大压强D.将铝片改为铝粉,做铝与氧气反应的实验答案D解析降低温度,合成NH3的反应速率减小;铁遇浓硫酸会产生钝化现象,不再产生氢气;改变压强只对有气体参加的反应的反应速率有影响;增大固体的表面积可以加快反应速率。7.(安徽宿州十三校高一期中)根据H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化的示意图,下列说法正确的是()A.该反应为吸热反应B.该反应为放热反应C.Ⅰ与Ⅱ过程放出热量D.Ⅲ过程吸收热量答案B解析由题图可知,1molF2和1molH2反应生成2molHF时,断键吸收总能量为154kJ+436kJ=590kJ,成键释放总能量为2×565kJ=1130kJ,故该反应是放热反应,A错误,B正确;过程Ⅰ和Ⅱ断裂共价键,需要吸收能量,C错误;过程Ⅲ形成共价键,释放能量,D错误。8.下列各组反应(表中物质均为反应物)在反应刚开始时,放出H2的速率最大的是()选项金属(粉末状)及其物质的量/mol酸的浓度及体积反应温度/℃AMg0.16mol·L-1硝酸10mL60BMg0.13mol·L-1盐酸10mL60CFe0.13mol·L-1盐酸10mL60DMg0.13mol·L-1硫酸10mL60答案D解析影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质,镁的金属活动性强于铁,所以C项放出氢气的速率最小。A项,Mg与HNO3反应不会产生氢气,B、D两项中只需比较c(H+)的大小即可,HCl为一元强酸,硫酸为二元强酸,故相同浓度的盐酸与硫酸溶液,硫酸溶液中的c(H+)大于盐酸中的c(H+),D项符合题意。9.(浙江浙北高一期中)对于以下反应:A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),在一定温度和容积固定的容器中进行,下列判断正确的是()A.当容器内的压强不再变化,可以判断反应已经达到平衡B.往容器中通入稀有气体He,由于压强增大,所以反应速率增大C.往容器中加入少量A,反应速率增大D.无论反应是放热反应还是吸热反应,升高温度,正反应速率一定增大答案D解析该反应前后气体分子总数不变,恒容条件下,气体总物质的量及压强始终不变,因此压强不变不能判断是否平衡,A错误;通入稀有气体He,原混合气体的浓度不变,故反应速率不变,B错误;A是固体,加入少量A,反应速率不变,C错误;升高温度,正、逆反应速率均加快,D正确。10.(福建福州八县市协作校高一期中)一定温度下,向2L某恒容密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g)2Z(g),5min时测得Z的物质的量为1.2mol,下列说法正确的是()A.此时Y的浓度为0.6mol·L-1B.5min内v(X)=0.06mol·L-1·min-1C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2,则该反应达到平衡状态D.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ,则该反应达到平衡状态答案B解析结合反应方程式,5min时生成1.2molZ,同时必然消耗0.6molX和1.2molY,此时c(Y)=2mol-1.2mol2L=0.4mol·L-1,A错误;5min内消耗X的平均反应速率为v(X)=0.6mol2L×5min=0.06mol·L-1·min-1,B正确;达到平衡时,X、Y、Z的浓度均保持不变,当容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2时二、选择题(本题包括5小题,每小题有1~2个正确选项,每小题4分,共20分)11.(山东临沂高一期末)一定温度下,在2L的恒容密闭容器中发生反应A(g)+2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示:t/min各物质物质的量/moln(A)n(B)n(C)02.02.4050.9101.6151.6下列说法正确的是()A.0~5min用A表示的平均反应速率为0.03mol·L-1·min-1B.容器内压强不变,说明反应已达到平衡状态C.平衡状态时c(C)=0.6mol·L-1且不再发生变化D.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小答案AC解析由题表中信息可知,0~5min生成0.9molC,同时消耗0.3molA,则有v(A)=0.3mol2L×5min=0.03mol·L-1·min-1,A正确。该反应前后气体分子总数相等,反应过程中气体总物质的量不变,则气体的压强不变,故容器内压强不变不能判断是否平衡,B错误。10min时,消耗0.4molA,同时应生成1.2molC,此时c(C)=0.6mol·L-1;15min时,消耗0.8molB,必然生成1.2molC,此时c(C)=0.6mol·L-1,说明10min12.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是()A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g)恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变B.2NO2(g)N2O4(g)恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s)恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变D.3H2(g)+N2(g)2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1答案D解析A项,该反应体系在恒温、恒容下气体的颜色保持不变,即Br2的百分含量保持不变,说明反应处于平衡状态;B项,该反应在恒温、恒容下气体的压强保持不变,说明NO2和N2O4的物质的量保持不变,反应处于平衡状态;C项,该反应在恒温、恒容下气体的密度保持不变,说明CO2的质量保持不变,反应处于平衡状态;D项,对于化学反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g),如果开始时加入的反应物的物质的量之比n(H2)∶n(N2)=3∶1,或加入的是纯NH3,则反应从开始到达到化学平衡状态,始终满足n(H2)∶n(N2)=3∶1,因此,n(H2)∶n(N2)=3∶1的状态不一定是平衡状态。13.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法正确的是()A.通常情况下,NO比N2稳定B.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接反应生成NO(g)C.1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的能量D.1molN2(g)和1molO2(g)反应吸收的能量为180kJ答案CD解析通常情况下,N2比NO稳定,A错;N2(g)和O2(g)在高温或放电条件下才能反应生成NO,B错;根据图示,1molN2(g)和1molO2(g)转化为2molNO(g)时吸收的能量为946kJ+498kJ-632kJ×2=180kJ,即1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的能量,C、D正确。14.(天津第一中学高一期末)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示,该电池用空气中的氧气作为氧化剂,KOH溶液作为电解质溶液。关于该电池的叙述正确的是()A.b极发生还原反应B.a极为该电池的正极C.放电时,电流从a极经过负载流向b极D.a极的反应式:N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O答案AD解析由题图可知,N2H4在a电极发生氧化反应生成N2,电极反应式为N2H4+4OH--4e-N2↑+4H2O,则a极为电池的负极,B错误,D正确;b极为电池的正极,发生还原反应,A正确;放电时,电流由正极流向负极,故电流从b极经过负载流向a极,C错误。15.一定条件下,在体积为10L的固定容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如图:下列说法正确的是()A.t1min时正、逆反应速率相等B.X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系C.0~8min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75mol·L-1·min-1D.10~12min,N2的平均反应速率v(N2)=0.0025mol·L-1·min-1答案BD解析t1min时,只是X和Y的物质的量相等,反应没有达到平衡状态,说明正、逆反应速率不相等;根据图像,Y表示H2的物质的量随时间的变化关系,X表示NH3的物质的量随时间的变化关系;0~8min,H2的平均反应速率v(H2)=(1.2-0.3)mol8min×10L=0.01125mol·L-1·min-1,根据H2的变化量可计算出10~12min内N2的平均反应速率v(N2)=1三、非选择题(本题包括5小题,共60分)16.(8分)(河南郑州八校高一期中)人们常常利用化学反应中的能量变化为人类服务。(1)氢能是一种具有发展前景的理想清洁能源,氢气燃烧时放出大量的热。氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如下图所示:根据上图可知,在化学反应中,不仅存在物质的变化,而且伴随着变化,1molH2完全燃烧生成1mol水蒸气时,释放的能量是kJ。

(2)下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是。

a.Fe+2FeCl33FeCl2b.Ba(OH)2+H2SO4BaSO4+2H2Oc.CH4+2O2CO2+2H2Od.2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑(3)下图是某兴趣小组设计的原电池示意图,实验结束后,在实验报告上记录如下:a.电流计指针偏转

b.Cu极有H2产生

c.H+向负极移动

d.电流由Zn经导线流向Cu①实验报告中记录合理的是(填字母)。

②负极材料为,该电极反应式为。

③若有1mol电子流过导线,则理论上产生H2的质量为g。

④将稀硫酸换成CuSO4溶液,电极质量增加的是(填“锌极”或“铜极”),其原因为(用电极反应式表示)。

答案(1)能量245(2)ac(3)①ab②ZnZn-2e-Zn2+③1④铜极Cu2++2e-Cu17.(12分)Ⅰ.某实验小组对H2O2的分解做了如下探究。将质量相同但状态不同的MnO2分别加入盛有15mL5%的H2O2溶液的大试管中,并用带火星的木条测试,结果如下:MnO2触摸试管情况观察结果反应完成所需的时间粉末状很烫剧烈反应,带火星的木条复燃3.5min块状微热反应较慢,火星红亮但木条未复燃30min(1)写出大试管中发生反应的化学方程式:,该反应是(填“放热”或“吸热”)反应。

(2)实验结果表明,催化剂的催化效果与有关。

Ⅱ.某可逆反应在容积为5L的密闭容器中进行,0~3min内各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C均为气体)。(3)该反应的化学方程式为。

(4)反应开始至2分钟时,B的平均反应速率为。

(5)能说明该反应已达到平衡状态的是(填序号)。

a.v(A)=2v(B)b.容器内压强保持不变c.2v逆(A)=v正(B)d.容器内混合气体的密度保持不变(6)在密闭容器里,通入amolA(g)、bmolB(g)、cmolC(g),发生上述反应,当改变下列条件时,反应速率会减小的是(填序号)。

①降低温度②加入催化剂③增大容器容积答案Ⅰ.(1)2H2O22H2O+O2↑放热(2)催化剂接触面积的大小Ⅱ.(3)2A+B2C(4)0.1mol·L-1·min-1(5)b(6)①③解析Ⅰ.(1)大试管中的反应是过氧化氢在二氧化锰作催化剂条件下分解生成水和氧气,化学方程式为2H2O22H2O+O2↑;试管很烫,说明反应放热。(2)粉末状的MnO2与块状的MnO2的催化效果不同,说明催化剂的催化效果和催化剂接触面积的大小有关。Ⅱ.(3)从图像分析,在0~2min内,A减少了2mol,B减少了1mol,C增加了2mol,所以该反应的化学方程式为2A+B2C。(4)0~2min内B减少了1mol,所以v(B)=1mol÷5L÷2min=0.1mol·L-1·min-1。(5)a.没有说明反应速率的正、逆,不能说明反应已达平衡;b.容器内压强不变,说明反应达到平衡状态;c.反应达到平衡状态时,A的逆反应速率应该是B的正反应速率的2倍,表示为v逆(A)=2v正(B),所以错误;d.容器内混合气体的密度始终不变。(6)①降温,反应速率减小;②加入催化剂,反应速率增大;③增大容器的容积,物质的浓度减小,反应速率减小,所以选①③。18.(12分)(1)在2L的密闭容器中放入4molN2O5,发生如下反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。反应至5min时,测得N2O5转化了20%,则v(NO2)为;5min时,N2O5在混合气体中的体积分数是。

(2)某温度时,在一个2L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。根据图中数据填空:①该反应的化学方程式为。

②若X、Y、Z均为气体,2min时反应达到平衡,此时体系内压强与开始时的压强之比为。

③若X、Y、Z均为气体,则达平衡时,容器内混合气体的平均相对分子质量比起始投料时(填“增大”“减小”或“相等”)。

答案(1)0.16mol·L-1·min-161.5%(2)①3X+Y2Z②9∶10③增大解析(1)由三段式可知转化的N2O5(g)、NO2(g)、O2(g)的浓度分别为0.4mol·L-1、0.8mol·L-1、0.2mol·L-1,5min时N2O5(g)、NO2(g)、O2(g)的浓度分别为1.6mol·L-1、0.8mol·L-1、0.2mol·L-1,故v(NO2)=0.8mol·L-15min=0.16mol·L-1·min-1,5min时,N2O5在混合气体中的体积分数为1(2)①反应中各物质的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,则(1-0.7)∶(1-0.9)∶(0.2-0)=3∶1∶2,2min后各物质的物质的量不再变化,此反应为可逆反应,故反应的化学方程式为3X+Y2Z。②压强之比等于气体物质的量之比,则(0.9+0.7+0.2)∶(1.0+1.0)=9∶10。③达平衡时,容器内气体的物质的量减小,但气体总质量不变,故混合气体的平均相对分子质量比起始投料时增大。19.(12分)(福建福州八县市协作校高一期中)化学反应的速率和限度对人类生产生活有重要的意义。(1)已知Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+S↓+SO2+H2