2025版高一化學(xué)必修第二冊(cè)（含不定項(xiàng)選擇）課時(shí)過(guò)程性評(píng)價(jià) 十 原電池原理的應(yīng)用 化學(xué)電源

十原電池原理的應(yīng)用化學(xué)電源(30分鐘45分)題組過(guò)關(guān)·夯基礎(chǔ)題組一:原電池原理的應(yīng)用1.(2分)將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸中,同時(shí)向a中加入少量CuSO4溶液,下圖中產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系,其中正確的是()【解析】選A。a中加入少量CuSO4溶液,被置換出的銅覆蓋在Zn的表面,形成原電池,產(chǎn)生H2的速率加快,反應(yīng)所需時(shí)間縮短,但置換銅時(shí)消耗了一部分鋅,故與稀硫酸反應(yīng)的鋅的質(zhì)量減少,完全反應(yīng)后生成的H2的體積比b少。2.(2分)X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中,用導(dǎo)線連接,可以組成原電池,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示:則四種金屬的活動(dòng)性的強(qiáng)弱順序?yàn)?()A.Z>Y>W>X B.Z>X>Y>WC.Z>Y>X>W D.Y>Z>X>W【解析】選C。甲中Z作負(fù)極,Z>Y;乙中Y作負(fù)極,Y>X;丙中Z作負(fù)極,Z>W;丁中X作負(fù)極,X>W;故四種金屬的活動(dòng)性的強(qiáng)弱順序?yàn)閆>Y>X>W。題組二:新型一次電源、二次電源3.(2分)“鹽水動(dòng)力”玩具車的電池以鎂片、活性炭為電極,向極板上滴加食鹽水后電池便可工作,電池總反應(yīng)為2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列關(guān)于該電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.電池工作時(shí),負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)B.食鹽水作為電解質(zhì)溶液C.電池工作時(shí)鎂片逐漸被消耗D.電池工作時(shí)實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化【解析】選A。由電池反應(yīng)2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2可知,Mg作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),逐漸被消耗,活性炭作正極,電解質(zhì)溶液是食鹽水,A錯(cuò)誤,B、C正確;電池工作時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,D正確。4.(4分)(雙選)高鐵電池是一種新型可充電電池,與普通高能電池相比,該電池可長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+4KOH+2Fe(OH)3,下列敘述不正確的是 ()A.放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2B.放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子,正極1molK2FeO4被氧化C.該電池為二次電池D.放電時(shí)正極附近溶液的堿性減弱【解析】選B、D。A.該電池放電時(shí),金屬鋅與高鐵酸鉀反應(yīng)生成氫氧化鐵、氫氧化鋅和氫氧化鉀,在該反應(yīng)中,鋅失電子化合價(jià)升高,鋅作原電池的負(fù)極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,A正確;B.放電時(shí),Fe元素由+6價(jià)下降到+3價(jià),每轉(zhuǎn)移3mol電子,正極有1molK2FeO4被還原,B錯(cuò)誤;C.該電池可以充電,為二次電池,C正確;D.放電時(shí)高鐵酸鉀中的鐵元素由+6價(jià)降低到氫氧化鐵中的+3價(jià),得電子,其電極反應(yīng)式為FeO42-+3e-+4H2O===5OH-+Fe(OH)3,正極附近產(chǎn)生氫氧根離子,該處溶液的堿性增強(qiáng)5.(4分)近年來(lái)電池研究領(lǐng)域涌現(xiàn)出紙電池,它像紙一樣輕薄柔軟,其結(jié)構(gòu)如圖所示。某同學(xué)據(jù)此利用質(zhì)量相同的銅片和鎂片及電解質(zhì)溶液(CuSO4溶液)和隔離膜制作簡(jiǎn)易電池。下列關(guān)于其放電過(guò)程說(shuō)法正確的是 ()A.銅片為負(fù)極B.電子由鎂片經(jīng)隔離膜流向銅片C.Cu2+向銅片電極移動(dòng)D.將銅片換為鋁片,電解質(zhì)溶液換為NaOH溶液,負(fù)極為鎂片【解析】選C。鎂片、銅片、CuSO4溶液構(gòu)成原電池,鎂片為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;電子不能進(jìn)入電解質(zhì)溶液,B錯(cuò)誤;原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),銅片為正極,C正確;將銅片換為鋁片,電解質(zhì)溶液換為NaOH溶液,負(fù)極為鋁片,D錯(cuò)誤。題組三:新型燃料電池6.(2分)(2024·濰坊高一檢測(cè))2024年4月26日,我國(guó)神舟十八號(hào)航天員順利到達(dá)空間站?？臻g站中處理航天員排泄物的一種方法是用微生物處理產(chǎn)生氨氣,氨氣與氧氣分別通入燃料電池兩極,最終生成常見(jiàn)的無(wú)毒物質(zhì)。示意圖如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ()A.a電極是負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)B.正極發(fā)生的反應(yīng)是O2+4e-+2H2O===4OH-C.電池工作時(shí)電子由a電極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向b電極D.總反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3+3O2===2N2+6H2O【解析】選D。該燃料電池工作原理為NH3與O2反應(yīng),故a電極是負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A錯(cuò)誤;通入氧氣的電極為正極,正極發(fā)生的反應(yīng)是O2+4e-+4H+===2H2O,B錯(cuò)誤;電池工作時(shí)電子由a經(jīng)負(fù)載流向b電極,C錯(cuò)誤;該燃料電池最終產(chǎn)物為氮?dú)夂退?總反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH3+3O2===2N2+6H2O,D正確。7.(2分)氫氧燃料電池是一種常見(jiàn)化學(xué)電源,其工作示意圖如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ()A.H+由正極移向負(fù)極B.H2SO4溶液的作用是傳導(dǎo)電子C.b電極上發(fā)生還原反應(yīng)D.電子由b電極通過(guò)燈泡向a電極移動(dòng)【解析】選C。由圖可知,氧氣發(fā)生還原反應(yīng),b為正極,則a為負(fù)極,原電池中H+由負(fù)極流向正極,A錯(cuò)誤;H2SO4溶液為內(nèi)電路,作用是傳導(dǎo)離子,B錯(cuò)誤;b電極上氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng),C正確;電子從負(fù)極a電極通過(guò)燈泡向正極b電極移動(dòng),D錯(cuò)誤。綜合應(yīng)用·拓思維8.(2分)兩種金屬A、B與稀硫酸組成原電池時(shí),A是正極。下列有關(guān)推斷正確的是 ()A.A的金屬性強(qiáng)于BB.電子不斷由A電極經(jīng)外電路流向B電極C.A電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是還原反應(yīng)D.A在金屬活動(dòng)性順序中一定排在氫前面【解析】選C。由A、B兩種金屬和稀硫酸組成的原電池,A是正極,說(shuō)明A的金屬性比B弱,A錯(cuò)誤;外電路電子由負(fù)極流向正極,即由B電極經(jīng)外電路流向A電極,B錯(cuò)誤;原電池正極發(fā)生還原反應(yīng),即A電極上發(fā)生還原反應(yīng),C正確;A為正極,金屬性較弱,可能排在氫的后面,D錯(cuò)誤。9.(2分)鋅-空氣電池具有環(huán)境友好、能量密度高、成本低等優(yōu)點(diǎn),常用作電動(dòng)汽車的新型電源,該電池的結(jié)構(gòu)如圖所示,工作原理為2Zn+O2+2H2O===2Zn(OH)2。下列說(shuō)法不正確的是 ()A.該電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.電池工作時(shí),空氣在石墨電極上發(fā)生還原反應(yīng)C.外電路中電子流向:石墨電極→燈泡→Zn電極D.負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng):Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2【解析】選C。該裝置為原電池,原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,A正確;空氣中的氧氣在石墨電極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng),B正確;負(fù)極鋅失去電子,石墨電極得到電子,即外電路電子流向?yàn)閆n電極→燈泡→石墨電極,C錯(cuò)誤;結(jié)合總反應(yīng)知,負(fù)極電極反應(yīng)為Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2,D正確。10.(4分)(2024·濟(jì)南高一檢測(cè))如圖所示,杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相同的空心銅球和空心鐵球,調(diào)節(jié)杠桿使其在水中保持平衡,然后小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液,一段時(shí)間后,下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不考慮鐵絲反應(yīng)及兩邊浮力的變化) ()A.當(dāng)杠桿為絕緣體時(shí),A端高B端低;當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端低B端高B.杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時(shí),均為A端低B端高C.當(dāng)杠桿為絕緣體時(shí),A端低B端高;當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí),A端高B端低D.杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時(shí),均為A端高B端低【解析】選A。杠桿為導(dǎo)體時(shí),向燒杯中央滴入CuSO4溶液,構(gòu)成Fe、Cu原電池,Fe為負(fù)極,發(fā)生Fe-2e-===Fe2+,Cu為正極,發(fā)生Cu2++2e-===Cu,則A端低,B端高;杠桿為絕緣體時(shí),只發(fā)生Fe與硫酸銅溶液的反應(yīng),在Fe的表面附著Cu,質(zhì)量變大,則A端高,B端低。A正確。11.(15分)(2024·菏澤高一檢測(cè))能源、資源問(wèn)題是當(dāng)前人類社會(huì)面臨的一項(xiàng)重大課題。直接利用物質(zhì)燃燒提供熱能在當(dāng)今社會(huì)仍然占很大比重,但存在利用率低的問(wèn)題,燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率比直接燃燒效率高,H2、CH4、CH3OH都是重要的能源物質(zhì)。(1)氫氧燃料電池是常見(jiàn)的燃料電池,如圖1為氫氧燃料電池的工作原理示意圖,a、b均為惰性電極。①使用時(shí),空氣從______________(填“A”或“B”)口通入;負(fù)極是______________(填“a”或“b”)。電流由__________流向____________(填“a”或“b”)。在堿性條件下,負(fù)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________。(6分)

②假設(shè)使用的“燃料”是甲烷(酸性條件下),a極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________________。(2分)

(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖2的原電池,正極實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為_(kāi)_______________________,

則負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________,當(dāng)導(dǎo)線中有3.01×1023個(gè)電子流過(guò),溶液質(zhì)量變化為_(kāi)_____________g。(7分)

【解析】(1)①根據(jù)圖示可知,在氫氧燃料電池中,電子是由電極a通過(guò)電流表流向電極b,則a電極為負(fù)極,A口通入H2;b電極為正極,B口通入空氣。因此使用時(shí)空氣從B口通入;電流方向規(guī)定是正電荷的移動(dòng)方向,則電流由正極b經(jīng)電流表流向負(fù)極a;在堿性條件下,H2失去電子產(chǎn)生的H+與溶液中的OH-結(jié)合形成H2O,則在堿性條件下,負(fù)極反應(yīng)式為H2-2e-+2OH-===2H2O。②假設(shè)使用的“燃料”是甲烷(酸性條件下),負(fù)極a上CH4失去電子變?yōu)镃O2,則負(fù)極a的電極反應(yīng)式為CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+。(2)在該原電池中,Fe為負(fù)極,Fe失去電子變?yōu)镕e2+進(jìn)入溶液,電極反應(yīng)式為Fe-2e-===Fe2+;在正極石墨上Cu2+得到電子被還原為單質(zhì)Cu,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-===Cu,故正極實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是有紅色固體析出附在石墨上;總反應(yīng)電極方程式為Fe+Cu2+===Fe2++Cu,根據(jù)總反應(yīng)電極方程式可知,每反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子,溶解56gFe變?yōu)镕e2+進(jìn)入溶液,同時(shí)會(huì)有1molCu2+得到電子析出64gCu,使溶液的質(zhì)量減輕64g,則溶液質(zhì)量減輕Δm=64g-56g=8g。當(dāng)導(dǎo)線中有3.01×1023個(gè)電子流過(guò),n(e-)=3.01×10236.02×1023mol-1=0.5mol答案:(1)①BabaH2-2e-+2OH-===2H2O②CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+(2)有紅色固體析出附在石墨上Fe-2e-===Fe2+2遷移創(chuàng)新·提素能12.(4分)用如圖所示裝置探究原電池中的能量轉(zhuǎn)化。圖中注射器用來(lái)收集氣體并讀取氣體體積,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表。下列說(shuō)法不正確的是 ()時(shí)間/min①②氣體體積/mL溶液溫度/℃氣體體積/mL溶液溫度/℃0022.0022.08.53024.85023.810.55026.0——A.時(shí)間相同時(shí),對(duì)比兩裝置的溶液溫度,說(shuō)明反應(yīng)釋放的總能量:①>②B.0~8.5min內(nèi),生成氣體的平均速率:①<②C.兩個(gè)裝置中反應(yīng)均為Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑D.生成氣體體積相同時(shí),對(duì)比兩裝置的溶液溫度,說(shuō)明②中反應(yīng)的化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為電能【解析】選A。依據(jù)能量守恒定律可知,釋放的總能量與生成的氣體的量成正比