实验活动6 化学能转化为电能 课时作业
2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第一册
一、单选题
1．下列说法正确的是
A．图1所示装置能将化学能转化为电能
B．图2所示反应为吸热反应
C．锌锰干电池中，锌筒作负极
D．蓄电池充电时，没有发生氧化还原反应
2．最近报道的一种处理垃圾酸性渗滤液并用其发电的示意图如下(注：盐桥可使原电池两极形成导电回路)。装置工作时，下列说法错误的是
A．Y极为负极
B．化学能转变为电能
C．电子由X极沿导线流向Y极
D．Y极发生的反应为2NO+10e-+12H+=N2+6H2O，周围pH增大
3．《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是
A．a极为正极，发生还原反应
B．X膜为阳离子交换膜
C．当外电路通过4mole-时，消耗22.4LO2
D．该装置可实现化学能与电能间的完全转化
4．“类比”是预测物质结构、性质与化学反应的重要方法之一，下列有关类比合理的是
A．H2O的分子空间结构呈V形，则H2S的分子空间结构也呈V形
B．MgCl2溶液与过量的NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀，则AlCl3溶液与与过量的NaOH溶液反应生成Al(OH)3沉淀
C．Na与H2O反应生成NaOH和H2，则Fe与H2O反应生成Fe(OH)2和H2
D．镁、铝、稀硫酸组成原电池时镁作负极，则镁、铝、NaOH溶液组成原电池时镁也作负极
5．某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液）。下列说法正确的是
A．该原电池的正极反应是Cu2++2e－=Cu
B．甲烧杯中溶液的血红色逐渐变浅
C．盐桥中的SO42－流向甲烧杯
D．Cu电极质量减少，Pt电极质量增加
6．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是
图Ⅰ水果电池图 图Ⅱ干电池 图Ⅲ铅蓄电池 Ⅳ氢氧燃料电池
A．图Ⅰ所示电池中，电流从铜片流出
B．图Ⅱ所示干电池中锌皮作负极
C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电过程中硫酸溶液浓度减小。
D．图Ⅳ所示电池中正极反应为： O2+2H2O+4e- =4OH-
7．燃料电池是燃料(如氢气、甲烷(CH4)、一氧化碳等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是KOH溶液。电池的总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，下面关于甲烷燃料电池的说法不正确的是
A．正极反应式：O2+4H++4e ＝2H2O
B．负极反应式：CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O
C．随着放电的进行，溶液中氢氧根离子的浓度变小
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
8．锂电池是新型高能电池，它以质轻、容量大等优点受到重视。某种锂电池的总反应可表示为Li+MnO2=LiMnO2。若该电池中有1mol电子通过，则消耗正极材料的质量为（其他损耗忽略不计）（ ）
A．3.5g B．87g C．7g D．43.5g
9．下列说法不正确的是( )
A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B．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
C．火力发电是化学能间接转化为电能的过程
D．水力发电是将化学能直接转化为电能的过程
10．下列离子方程式正确的是
A．高级脂肪酸与氢氧化钠溶液反应：H++OH-=H2O
B．FeI2溶液中通入过量Cl2：2Fe2++2I-+2Cl2=2Fe3+I2+4Cl-
C．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2：Ca2++3ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl-+2HClO
D．用惰性电极电解CuCl2水溶液：Cu2++2Cl-+2H2O=Cl2↑+Cu(OH)2↑+H2↑
11．反应NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是
A．图中a→b为放热过程
B．理论上该反应可以设计成原电池
C．升高温度，该反应的化学反应速率减慢
D．该反应中，断裂反应物化学键的能量变化大于形成生成物化学键的能量变化
12．金属(M)空气电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．金属M作电池正极
B．电解质是熔融的MO
C．电路中转移2 mol电子，理论上约消耗空气56 L
D．电池总反应为2M＋O2＋2H2O=2M(OH)2
13．下列关于铜锌原电池和电解氯化铜溶液的叙述正确的是
A．铜锌原电池中电子从锌片流出
B．铜锌原电池中铜片上发生氧化反应
C．电解氯化铜溶液时，化学能转化为电能
D．电解氯化铜溶液时，阳极上发生还原反应
14．2022年北京冬奥会处处尽显绿色、环保、高科技理念。下列应用中有关说法错误的是
A．CO2跨临界直接制冰技术，使液态水变为固态冰发生的是物理变化
B．国家速滑馆的碲化镉光伏发电玻璃，可实现将太阳能转化为电能
C．火炬“飞扬”采用氢燃料，火焰呈明亮的黄色，这是氢气燃烧火焰的颜色
D．颁奖礼服内胆里添加的导热系数高的柔性石墨烯发热材料属于新型无机非金属材料
15．“碳呼吸”电池原理如图所示，(电解质溶液为含C2O的盐溶液，电池总反应为2A1+ 6CO2=Al2(C2O4)3，下列有关说法正确的是
A．Al作负极 B．C2O由负极迁移至正极
C．该装置将电能转变为化学能 D．每生成1 mol Al2(C2O4)3，需要消耗134.4L的CO2
二、填空题
16．图为某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。根据原电池原理回答问题：
(1)若电极a为Zn、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸，该装置工作时，Cu电极上的可以看到的现象___，SO向____极(填a或b)移动，正极的电极反应式为___。
(2)若电极a为Fe、电极b为Ag、电解质溶液为硝酸银，该原电池工作时，原电池的负极材料为___，电子沿导线向___(填a/b)移动。
(3)FeCl3常用于腐蚀印刷电路铜板(2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2)请将此反应设计成原电池，该原电池负极的电极材料为___，正极的电极材料为____，电解质溶液为___，负极的电极反应式为___。
17．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子(就是H+)和水分子通过。其工作原理的示意图如下图，请回答下列问题：
(1)该装置的能量转化形式为__________。
(2)Pt(a)电极是电池的_____ (填“正”或“负”)极。
(3)电解液中的H+向_________(填“a”或“b")极移动。
(4)如果该电池工作时消耗1 mol CH3OH，则电路中通过______mol电子，其通入空气(O2)一极的电极反应式为_______。
(5)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是__________。
三、实验题
18．选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应： 2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】A．图1没有形成闭合电路，不能构成原电池，所示装置不能将化学能转化为电能，故A错误；
B．图2所示反应，生成物总能量低于反应物总能量，为放热反应，故B错误；
C．锌锰干电池中，锌失电子发生氧化反应，锌筒作负极，故C正确；
D．蓄电池充电时，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，发生氧化还原反应，故D错误；
选C。
2．A
【详解】A.NH3 N2化合价升高失电子，发生氧化反应，X做负极；NO N2化合价降低得电子，发生还原反应，Y做正极， 故A错误；
B.垃圾在微生物的作用下，发生氧化还原反应，形成了原电池，所以化学能转变为电能，故B正确；
C.根据A分析知X为负极，Y为正极， 电子由负极X 极沿导线流向正极Y ，故C正确；
D.Y 极为正极发生的反应为2NO+10e- +12H+=N2+6H2O，消耗H+，所以pH 增大，故D正确；
故答案：A。
3．B
【分析】本题中通入H2的a极发生氧化反应，是原电池的负极，其电极反应式为：H2-2e-=2H+。通入O2的b极发生还原反应，是原电池的正极，考虑到最终产物为H2O2，故其电极反应式为：H2O+O2+2e-=HO+OH-。负极生成的H+通过阳离子交换膜进入到电解质中，正极生成的HO通过阴离子交换膜进入到电解质中，二者结合得到H2O2。据此可分析各个选项。
【详解】A．在该原电池中，a极通入氢气，发生氧化反应，是原电池的负极，A错误；
B．a极生成的H+需要穿过X膜进入到电解质中与HO结合，X膜是阳离子交换膜，B正确；
C．当外电路流过4mol e-时，根据b极的电极反应式可知需要消耗2mol O2，但本题中未指明是否为标准状况，不能确定O2体积一定为44.8L，C错误；
D．原电池不可能实现化学能与电能的完全转化，还有一部分化学能会转化为其他形式的能量，如内能，D错误；
答案选B。
4．A
【详解】A．O、S为同主族元素，最外层电子数相同，二者形成的简单氢化物中，的分子空间结构呈V形，的分子空间结构也呈V形，A正确；
B．MgCl2溶液与过量的NaOH溶液反应生成Mg(OH)2沉淀，AlCl3溶液与过量的NaOH溶液反应生成NaAlO2溶液，B错误；
C．Na与H2O反应生成NaOH和H2，铁与水蒸气反应生成Fe3O4而不生成Fe(OH)3，C错误；
D．镁、铝、稀硫酸组成原电池时，镁作负极，镁、铝、NaOH溶液组成原电池时，镁不能与NaOH溶液反应，铝能与NaOH溶液反应，铝作负极，D错误；
答案选A。
5．B
【分析】在乙图装置中，Cu易失电子作负极、Cu作负极，当电流计中指针发生偏转时，盐桥中钾离子向正极移动，所以盐桥中的SO42-流向乙烧杯移动，Cu作负极，负极上Cu失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu-2e-= Cu2+，Pt为正极，正极上铁离子得电子发生还原反应，电极反应为Fe3++e-=Fe2+，甲烧杯中溶液的血红色逐渐变浅。
【详解】A．由分析可知，Cu失去电子作负极，Fe3+得到电子做正极，故正极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，A错误；
B．甲烧杯中随着电池反应的不断进行，甲烧杯中的Fe3+浓度不断减小，溶液颜色逐渐变浅，B正确；
C．由于乙烧杯中Cu失去电子变成Cu2+，故盐桥中的SO42-向乙烧杯移动，C错误；
D．根据电极反应，Cu电极消耗Cu，质量变小，Pt电极消耗Fe3+变成Fe2+，电极质量不变，D错误；
故选B。
6．D
【详解】A．图Ⅰ是铜锌水果电池，锌做负极，铜作正极，故电流从正极铜片流出，A正确；
B．锌锰干电池，石墨做正极，锌筒做负极，B正确；
C．铅蓄电池放电时电池反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，可以反复充放电属于二次电池，放电过程中硫酸溶液浓度减小，C正确；
D．氢氧燃料电池正极氧气发生还原反应，图片显示氢离子在移动，说明为酸性电解质，故正极电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，D错误；
故答案为：D。
7．A
【解析】该燃料电池反应式中C元素从-4价变成+4价，失电子做负极；O元素从0价变成-2价，得电子做正极。
【详解】A．该燃料电池的电解质溶液是碱性溶液，故电极反应中不能有H+参加反应，正确的电极反应为O2+2H2O+4e-＝4OH-，A错误；
B．负极反应是甲烷失去电子生成碳酸根，电极方程式可由总反应减去正极反应得到，负极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，B正确；
C．随着反应的不断进行，正极每生成8个OH-，负极要消耗10个OH-，OH-个数不断减少，同时生成H2O，OH-浓度不断减小，C正确；
D．原电池放电过程中，溶液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，D正确；
故选A。
【点睛】该反应为碱性电解质溶液的原电池反应，故电极反应式中不会出现H+，生成物中不会出现CO2。
8．B
【详解】根据氧化还原反应原理可以分析，Li+MnO2=LiMnO2中，Li化合价升高，为原电池的负极，MnO2中Mn由+4价降低到+3价，为原电池的正极。在Li+MnO2=LiMnO2反应中，转移1mol电子，则有1mol MnO2消耗，所以若该电池中有1mol电子通过时，则消耗正极材料的质量为m（MnO2）=n（MnO2）×M（MnO2）=1mol×87g/mol=87g，故答案为B。
9．D
【详解】A．氢气不能直接从自然界获取，为二次能源，A正确；
B．电能是目前应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源，B正确；
C．火力发电通过多次能量转化将燃料中的化学能转化为电能，C正确；
D．火力发电能量转化：化学能→热能→机械能→电能，D错误。
答案选D。
10．C
【详解】A．高级脂肪酸为弱酸，在离子方程式中应以化学式表示，不能改写成离子，A不正确；
B．过量Cl2能将Fe2+、I-全部氧化，离子方程式为：2Fe2++4I-+3Cl2=2Fe3+2I2+6Cl-，B不正确；
C．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2，一方面SO2被全部氧化为硫酸，另一方面，硫酸电离产生的H+全部与ClO-反应生成HClO，离子方程式为：Ca2++3ClO-+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl-+2HClO，C正确；
D．用惰性电极电解CuCl2水溶液时，阳极Cl-失电子生成Cl2，阴极Cu2+得电子生成Cu，离子方程式为：Cu2++2Cl-Cl2↑+Cu，D不正确；
故选C。
11．B
【详解】A．图中a→b为化学键断裂的过程，b状态具有的总能量高于a状态，故为吸热过程，A错误；
B．反应NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g)为自发进行的氧化还原反应，理论上该反应可以设计成原电池，B正确；
C．升高温度，任何反应的化学反应速率均加快，C错误；
D．由题干图示可知，该反应是一个放热反应，故该反应中，断裂反应物化学键的能量变化小于形成生成物化学键的能量变化，D错误；
故答案为：B。
12．D
【分析】从电池示意图中可以看出，左侧金属M失去电子变成M2+，为电池负极；右侧空气中的氧气得到电子与水反应生成OH-，为电池正极，据此答题。
【详解】A．从图中可以看出M失电子生成M2+，故M电极为原电池的负极，A错误；
B．从图中可以看出，M2+离子和OH-离子可在两电极之间移动，说明电解质为熔融M(OH)2，B错误；
C．阳极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，电路中转移2mol电子，正极需要消耗氧气0.5mol，标准状况为11.2L，C错误；
D．根据电池的正负极方程式可知，电池的总反应为2M＋O2＋2H2O=2M(OH)2，D正确；
故选D。
13．A
【分析】原电池是将化学能转化为电能的装置，铜锌原电池中锌作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电子经负极流向正极；电解池是将电能转化为化学能的装置，电解氯化铜溶液时，阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应，据此分析。
【详解】A．铜锌原电池中电子从锌片流出，流入正极，故A正确；
B．铜锌原电池中锌作负极，发生氧化反应，故B错误；
C．电解池是将电能转化为化学能的装置，电解氯化铜溶液时，电能转化为化学能，故C错误；
D．电解氯化铜溶液时，阳极上发生氧化反应，故D错误；
答案选A。
14．C
【详解】A．液态水变为固态是物质状态变化，没有新物质产生，属于物理变化，故A说法正确；
B．光伏发电玻璃，是将太阳能转化为电能，故B说法正确；
C．氢气燃烧的火焰为淡蓝色，故C说法错误；
D．石墨烯是由碳单质组成，属于新型无机非金属材料，故D说法正确；
答案为C。
15．A
【分析】根据电池总反应为2A1+ 6CO2=Al2(C2O4)3分析可知，Al的化合价升高，被氧化，故Al是负极，CO2在反应中C的化合价降低，被还原，故通CO2的一极为正极，据此进行解题。
【详解】A．根据分析可知Al作负极，A正确；
B．原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，故C2O由正极迁移至负极，B错误；
C．原电池装置是实现将化学能转变为电能，C错误；
D．通过反应2A1+ 6CO2=Al2(C2O4)3可知每生成1 mol Al2(C2O4)3，需要消耗6molCO2，这些二氧化碳在标准状况下的体积为：6mol×22.4L/mol=134.4L，但是题干未告知标准状况下，故无法求算CO2的体积，D错误；
故答案为：A。
16．(1) 有气体产生 a 2H++2e-=H2↑
(2) Fe b
(3) Cu 比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒) FeCl3溶液 Cu-2e-=Cu2+
【详解】（1）由题中图示可知，Zn、Cu、稀硫酸构成的原电池，金属活泼性Zn＞Cu，所以金属Zn为负极，金属Cu为正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应为2H++2e-=H2↑，Cu电极上的可以看到的现象是有气体产生，根据原电池工作时阴离子向负极移动，即溶液中硫酸根离子移向负极a(Zn)电极；答案为有气体产生；a；2H++2e-=H2↑。
（2）若电极a为Fe、电极b为Ag、电解质溶液为硝酸银，金属活泼性Fe＞Ag，所以Fe为负极，Ag为正极，电子从负极经导线流向正极，即电子向b极移动；答案为Fe；b。
（3）由题中化学方程式Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2可知，Cu失电子发生氧化反应，所以Cu为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，正极上铁离子得电子生成亚铁离子，发生还原反应，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，正极材料是比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒)，电解液为FeCl3溶液；答案为Cu；比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒)；FeCl3溶液；Cu-2e-=Cu2+。
17． 化学能转化为电能 负 b 6 O2+4H++4e-=2H2O 对环境无污染
【分析】该原电池中质子交换膜只允许质子和水分子通过，说明电解质溶液为酸性溶液，燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，酸性条件下生成水，电极反应O2+4H++4e-═2H2O，据此解答。
【详解】(1)该装置的能量转化形式为原电池反应是化学能转化为电能；
(2)Pt(a)电极甲醇通入失电子发生氧化反应，是电池负极；
(3)燃料电池中，通入燃料的电极Pt(a)为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt(b)为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电解液中的H+向正极移动，即向b电极移动；
(4)通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+，根据电子守恒，该电池工作时消耗1molCH3OH，则电路中通过6mol电子，通入氧气的电极为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，酸性条件下生成水，电极反应O2+4H++4e-═2H2O；
(5)燃料电池的能量转化率高，甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
【点睛】通过电子的移动方向知，左半极为负极，右半极为正极；燃料电池中，负极上投放燃料，燃料在负极上失电子发生氧化反应；正极上投放氧化剂，氧化剂在正极上得电子发生还原反应。
18．如图：
负极： Cu-2e-=Cu2+，
正极： 2Fe3++2e-=2Fe2+，
总反应：2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+。
【详解】试题分析：根据总电极反应方程式，以及原电池的工作原理，化合价升高，被氧化作负极，因此铜作负极，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，则Fe3＋在正极上得电子，2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，示意图为：。
考点：考查原电池的工作原理、电极反应式的书写等知识。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
