高中化学学业水平考试知识点整理 10.docx
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高中化学学业水平考试知识点整理10
第二节 化学能与电能
记一记
1.构成原电池的条件
（1）具有活泼性不同的两个电极；
（2）两电极必须插入电解质溶液中；
（3）形成闭合回路；
（4）能自发地发生氧化还原反应。
2．原电池工作原理口诀：
原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳正阴向负。
3．原电池正、负极的判断方法：
首先准确判断元素化合价的变化，然后根据原电池工作原理判断。
化合价升高―→失去电子―→发生氧化反应―→负极；
化合价降低―→得到电子―→发生还原反应―→正极。
探一探
1.原电池是由哪几部分组成？
各起什么作用？
[提示] 构成原电池需有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间用导线连接使之构成闭合回路。
电极的作用是导电，有些电池中电极材料会参加反应；导线的作用是传导电子；电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。
2．在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？
电子能否通过电解质溶液？
如果不能，电流是如何形成的？
[提示] 由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。
电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO
移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。
3．
（1）若将2中铜片换作石墨棒，能否产生电流？
电极反应有无变化？
（2）若将2中稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？
电极反应有何不同？
（3）若将稀硫酸换为酒精，还能否产生电流？
[提示]
（1）改为石墨棒后，仍然可以形成原电池，产生电流。
锌为负极，石墨棒为正极，电极反应及原电池反应均不变。
（2）将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。
锌为负极，发生氧化反应：
Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应：
Cu2＋＋2e－===Cu。
总反应为：
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
（3）酒精是非电解质，此时不能构成原电池，因此不能产生电流。
4．结合所学知识判断：
干电池与充电电池的本质区别，燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。
[提示] 干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它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。
燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。
判一判
判断正误（对的在括号内打√，错的在括号内打×）
（1）根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源。
（√）
（2）电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源。
（√）
（3）火力发电是化学能间接转化为电能的过程。
（√）
（4）手机上用的锂离子电池属于二次电池。
（√）
（5）锌锰干电池中，锌电极是正极。
（×）
（6）甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为负极，发生还原反应。
（×）
（7）废旧电池需回收集中处理的原因是为了利用电池外壳的金属材料。
（×）
（8）HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。
（×）
（9）原电池中阳离子向正极移动。
（√）
（10）原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。
（×）
练一练
1.[2019·辽宁学考真题]化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。
下列说法正确的是（ ）
A．天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源
B．无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能
C．PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素
D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用
答案：
D
2.[2019·辽宁学考真题]如图为原电池构造示意图，下列有关说法正确的是（ ）
A．铜上有气泡产生
B．锌是原电池的正极
C．铜上发生反应Cu－2e－===Cu2＋
D．该装置将电能转化为化学能
答案：
A
3.[2019·江苏学考真题]某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光，装置如图。
下列说法错误的是（ ）
A．铜片表面有气泡生成
B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C．如果将硫酸换成NaOH溶液，LED灯也会发光
D．如果将铝片换成银片，电路中的电流方向相反
答案：
D
4．[2019·浙江学考真题]银锌纽扣电池的构造如图所示。
其电池反应方程式为：
Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2。
下列说法正确的是（ ）
A．锌粉为正极
B．Ag2O发生氧化反应
C．电池工作时，电子从锌粉经KOH溶液流向Ag2O
D．正极的电极反应式为：
Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
答案：
D
知识点一原电池工作原理及应用
1.下列关于原电池的叙述，正确的是（ ）
A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活泼性不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
解析：
构成原电池的正极和负极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属（如石墨棒）和金属，A项错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B项正确；在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，负极上参与反应的物质被氧化，C项错误；原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D项错误。
答案：
B
2.[2019·广东仲元中学期中]如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下，其中正确的是（ ）
①Zn为正极，Cu为负极
②H＋向负极移动
③电子是由Zn经外电路流向Cu
④Cu极上有H2产生
⑤若有1mol电子流过导线，则产生的H2为1g
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥D．②③④
解析：
Cu－Zn原电池中，Zn为负极，①错误；阳离子移向正极，②错误；电子由Zn流出，经外电路流向Cu，③正确；Cu极上发生反应2H＋＋2e－===H2↑，④正确；由得失电子守恒可知1mol电子流过导线可以产生0.5molH2，即1gH2，⑤正确；正极发生还原反应，⑥错误。
故B正确。
答案：
B
3．[2019·山东菏泽期中]已知X、Y、Z都是金属，若把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出；若X、Y和盐酸形成原电池，Y为电池的负极。
则X、Y、Z的金属活动性顺序为（ ）
A．Y>X>ZB．X>Z>Y
C．X>Y>ZD．Y>Z>X
解析：
把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，说明金属X可以把金属Z从其盐溶液中置换出来，所以金属活动性：
X>Z；X和Y组成原电池时，Y为电池的负极，所以金属活动性：
Y>X，则X、Y、Z三种金属的活动性顺序为Y>X>Z，A正确。
答案：
A
知识点二化学电源
4.[2019·山西康杰中学月考]干电池中发生的反应为Zn＋2NH
===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，工作原理示意图如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．碳棒为电池的负极
B．H2在Zn片上生成
C．电流由锌片流向碳棒
D．Zn片上发生氧化反应
解析：
根据反应方程式，放电时，Zn元素化合价由0价升高为＋2价，H元素化合价由＋1价降低为0价，所以Zn片作负极，碳棒作正极，故A项错误；Zn片作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，H2在碳棒电极上生成，故B项错误；电流由正极经外电路流向负极，应是由碳棒流向锌片，故C项错误；Zn片作负极，电极上发生失电子的氧化反应，故D项正确。
答案：
D
5．如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．铅蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
B．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板
C．电池工作时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋
D．电池工作时，H＋移向PbO2板
解析：
二次电池是可充电电池，典型的是铅蓄电池，充电时可把电能转化成化学能，故A说法正确；依据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，Pb作负极，PbO2作正极，电子从Pb板通过导线流向PbO2板，故B说法正确；电池的总反应式：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，负极上的电极反应式：
Pb＋SO
－2e－===PbSO4，故C说法错误；依据原电池的工作原理，电解质溶液中阳离子向正极移动，故D说法正确。
答案：
C
6．[2019·湖北沙市中学期中]LED产品的使用为城市增添色彩。
如图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．电路中的电子从负极经外电路到正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路
B．a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为电能
C．电池放电后，OH－的物质的量浓度减小
D．通入O2的电极发生反应：
O2＋4e－===2O2－
解析：
电路中的电子从负极经外电路到正极，但是电子不经过KOH溶液，A项错误；由外电路中电子的运动方向可知，a是负极，b是正极，故a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为光能，B项错误；电池放电后，电池反应产物是水，故OH－的物质的量浓度减小，C项正确；通入O2的电极发生反应：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项错误。
答案：
C
知识点三原电池的计算
7.在铜—锌—稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上两极的变化是（ ）
①锌片消耗了32.5g②锌片增重了32.5g
③铜片上生成1g氢气④铜片上生成1mol氢气
A．①③B．①④
C．②③D．②④
解析：
该原电池放电时，作负极的锌失电子，发生氧化反应，正极上氢离子得电子，发生还原反应，所以电池总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，设当导线中有1mole－通过时，理论上负极锌片消耗xg，铜片上析出氢气yg。
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 转移电子
65g2g2mol
xgyg1mol
解得：
x＝32.5，y＝1。
即锌片消耗了32.5g，铜片上生成1g氢气，说法正确的是①③。
答案：
A
8.[2019·山东泰安一中检测]如图是乙醇燃料电池的示意图，用能传递质子（H＋）的介质作电解质溶液，反应方程式为C2H5OH＋3O2―→2CO2＋3H2O，下列说法正确的是（ ）
A．a极为电池的正极
B．电池正极的电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O
C．电池工作时电流由a极沿导线经灯泡再到b极
D．电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有6mol电子转移
解析：
原电池工作时，阳离子向正极移动，则a为负极，A项错误；正极通入的氧气得到电子被还原，电极反应式为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，B项正确；电池工作时，电流由正极经外电路流向负极，在该电池中由b极流向a极，C项错误；乙醇中C元素的化合价为－2价，被氧化后升高到＋4价，则电池工作时，1mol乙醇被氧化时就有12mol电子转移，D项错误。
答案：
B
9.依据氧化还原反应：
2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag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________；电解质溶液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________（填“氧化”或“还原”）反应。
（3）外电路中的电子________（填“流出”或“流向”）Ag电极。
（4）当有1.6g铜溶解时，银电极增重________g。
解析：
（1）由原电池反应：
2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag知，铜失电子，发生氧化反应，作负极，比铜不活泼的金属或石墨作正极，电解质溶液用可溶性的硝酸银溶液，则电极X的材料是铜，电解质溶液Y是AgNO3溶液。
（2）由
（1）知，银电极为电池的正极，发生的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，X电极上发生氧化反应。
（3）外电路中，Cu是负极，银是正极，Cu失去的电子沿导线经电流计流向正极（Ag电极）。
（4）1.6g铜的物质的量为1.6÷64＝0.025mol，根据反应2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，银电极增重实际上是生成金属银的质量，为0.025mol×2×108g·mol－1＝5.4g。
答案：
（1）Cu AgNO3溶液
（2）正 Ag＋＋e－===Ag 氧化 （3）流向 （4）5.4
基础达标
1.暖宝宝（如图所示）采用的是铁的“氧化放热”原理，使其发生原电池反应，铁粉在原电池中充当（ ）
A．负极
B．正极
C．阴极
D．阳极
解析：
铁被氧化，负极发生氧化反应，铁粉在原电池中充当负极，故A正确。
答案：
A
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，不能形成原电池的是（ ）
解析：
构成原电池的条件：
①两种活动性不同的材料作电极：
②要有电解质溶液；③要形成闭合回路；④能自发发生氧化还原反应。
D不能形成闭合回路，故选D。
答案：
D
3．[2019·北京四中第二次月考]为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是（铝条均已除去氧化膜）（ ）
解析：
A项能构成原电池，铝作负极，但电池总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑，不符合题意；B项为原电池装置，铝的金属性强于铜，铝作负极，电池总反应为2Al＋6H＋===2A13＋＋3H2↑，符合题意；C项为原电池装置，但硝酸是氧化性酸，则电池总反应为Al＋4H＋＋NO
===Al3＋＋NO↑＋2H2O，不符合题意；D项为电能转化为化学能的装置，不符合题意。
答案：
B
4．下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A．铜、锌组成的原电池中，电子从锌极经过导线流向铜极
B．把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
C．把铜片插入FeCl3溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌片放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快
解析：
铜、锌组成的原电池中，金属锌作负极，金属铜作正极，电子从锌极流向铜极，故A项正确；把铜片和锌片紧靠在一起浸入稀硫酸中，形成铜—锌—稀硫酸原电池，金属铜作正极，该极上产生气体，故B项正确；把铜片插入FeCl3溶液中，Cu和FeCl3反应生成CuCl2和FeCl2，故C项错误；把锌片放入盛盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，形成了铜—锌—盐酸原电池，原电池反应可以加快反应速率，故D项正确。
答案：
C
5．[2019·黑龙江哈尔滨六中期中]下面是四个化学反应，你认为理论上不可以用于设计原电池的化学反应是（ ）
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O2
2H2O
C．Mg3N2＋6H2O===3Mg（OH）2＋2NH3↑
D．CH4＋2O2
CO2＋2H2O
解析：
只有自发的氧化还原反应才能用于设计原电池。
A中反应属于自发的氧化还原反应，可以设计为原电池，A项不符合题意；B中反应属于自发的氧化还原反应，能设计成氢氧燃料电池，B项不符合题意；C中反应前后元素化合价不变，不属于自发的氧化还原反应，不能设计成原电池，C项符合题意；D中反应属于自发的氧化还原反应，能设计成甲烷燃料电池，D项不符合题意。
答案：
C
6．[2019·黑龙江大庆实验中学期中]图甲是铜锌原电池示意图。
图乙中x轴表示原电池工作时流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示（ ）
①c（Zn2＋） ②c（H＋） ③c（SO
） ④锌棒的质量 ⑤铜棒的质量 ⑥溶液的质量
A．①⑥B．②④
C．③⑤D．⑥
解析：
由题图可知，y轴表示的物理量随流入正极的电子的物质的量增加而增大，根据铜锌原电池工作原理，锌失电子作负极，所以锌棒的质量减小；溶液中开始没有Zn2＋，随着反应进行，溶液中c（Zn2＋）从0开始逐渐增大，溶液的质量增加；H＋得电子生成氢气，所以c（H＋）减小，c（SO
）不变；铜棒作正极材料，铜棒的质量不变，故D项正确。
答案：
D
7．有人设计出利用CH4和O2的反应，用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧，则下列说法正确的是（ ）
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole－
②负极上CH4失去电子，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O
③负极上是O2获得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
④电池放电后，溶液的pH不断升高
A．①②B．①③
C．①④D．③④
解析：
通入CH4的电极为负极，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO
＋7H2O，每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole－，①②正确；通入O2的一极为原电池的正极，O2得到电子，发生还原反应：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故③错误；电池总反应式为CH4＋2OH－＋2O2===CO
＋3H2O，反应生成水，且随着反应的进行，溶液中氢氧根离子不断减少，溶液pH不断减小，故④错误。
答案：
A
8．[2019·江西赣州十四县（市）期中]为体现节能减排的理念，中国研制出了新型固态氧化物燃料电池（SOFC），该电池的工作原理如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．电子从b极经导线流向a极
B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．还可以选用NaOH固体作固态电解质
D．若反应中转移1mol电子，则生成22.4L（标准状况下）CO2
解析：
燃料电池中通入氧气的一极为正极，即a极为正极，电子由负极（b极）经导线流向正极（a极），A项正确；电池使用固态电解质，不存在水，B项错误；NaOH与CO2会发生反应，所以不可选用NaOH固体作固态电解质，C项错误；若反应中转移1mol电子，参加反应的氧气物质的量为0.25mol，生成的二氧化碳物质的量为0.5mol，标准状况下，CO2的体积为11.2L，D项错误。
答案：
A
9．[2019·湖北沙市中学期中]高铁电池是一种新型电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。
高铁电池的总反应方程式为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH，下列叙述正确的是（ ）
A．放电时正极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2
B．该原电池中Zn作正极，可用石墨等作负极
C．放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强
解析：
K2FeO4为电池的正极，发生还原反应，生成Fe（OH）3，电极反应式为2FeO
＋6e－＋8H2O===2Fe（OH）3＋10OH－，故A项错误；Zn被氧化生成Zn（OH）2，Zn作负极，故B项错误；放电时，Fe元素的化合价由＋6价降低为＋3价，则放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原，故C项错误；放电时，正极生成OH－，溶液碱性增强，故D项正确。
答案：
D
10．[2019·安徽六安一中段考]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，其中作为电解质的无水LiCl—KCl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，下列说法正确的是（ ）
A．常温时，在正、负极间接上电流表，指针不偏转
B．放电过程中，Li＋向负极移动
C．正极反应式：
Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2
D．每转移0.1mol电子，理论上生成20.7gPb
解析：
常温下，电解质不是熔融态，离子不能在其中移动，不能构成闭合电路以产生电流，因此连接电流表，指针不偏转，A项正确；放电过程中阳离子向正极移动，B项错误；正极发生还原反应，电极反应式为PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，C项错误；根据正极反应式PbSO4＋2e－＋2Li＋===Li2SO4＋Pb，可知每转移0.1mol电子，理论上生成0.05molPb，质量为10.35g，D项错误。
答案：
A
11．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性强弱顺序，两极均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L－1H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
（1）写出甲池中正极的电极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式。
负极的电极反应式：
________________________________________________________________________，
总反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（3）由此实验可得到如下哪些正确结论？
_________________________________________________________________（填序号）。
a．利用原电池反应判断金属活动性强弱顺序时应注意选择合适的介质
b．镁的金属性不一定比铝的金属性强
c．该实验说明金属活动性强弱顺序已过时，已没有实用价值
d．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
（4）上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性强弱顺序判断原电池正、负极”的做法________（填“可靠”或“不可靠”）。
解析：
（1）甲池中镁、铝均能和稀硫酸反应生成氢气，而镁的活泼性比铝强，镁作负极，铝作正极，氢离子在正极得电子生成氢气，所以甲池中正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
（2）乙池中铝与NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，Al元素化合价升高，故铝作负极，负极的电极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO
＋2H2O；电池总反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑。
（3）原电池的负极一般是相对活泼的金属，但当电解质溶液为NaOH溶液时，由于常温下Mg几乎不与NaOH溶液反应，而Al能跟NaOH溶液反应，在这种情况下，该装置中铝作负极。
因此，判断原电池的正、负极时，应考虑到对应介质，谁更易与电解质溶液反应，谁就作负极，a项正确；根据金属活动性顺序，镁的金属性比铝的金属性强，b项错误；金属活动性顺序在很多方面仍有应用，c项错误；根据a项分析可以看出，化学研究对象复杂，反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析，d项正确。
（4）根据（3）中分析可知，判断原电池的正、负极时，应考虑到对应介质，谁更易与电解质溶液反应，谁就作负极，所以直接利用金属活动性顺序判断原电池中的正、负极是不可靠的。
答案：
（1）2H＋＋2e－===H2↑
（2）Al＋4OH－－3e－===AlO
＋2H2O
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
（3）ad （4）不可靠
12．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛
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