课时2 化学反应与电能

$ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ 反应生成 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ，存在 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 的氧化 $ (0\to +2) $ 和 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ 的还原 $ (+3\to +2) $ ，是氧化还原反应，可设计成原电池， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ {\rm {\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}} $ 与 $ {\rm \mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ 的反应为复分解反应，无元素化合价变化，无电子转移，无法形成原电池， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{O}} $ 与水反应生成 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{O}\mathrm{H})_{2}} $ ，不是氧化还原反应，无电子转移，无法形成原电池， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误； $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 与 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ 的中和反应为复分解反应，无电子转移，无法形成原电池， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

原电池可以把化学能转化为电能，构成原电池的条件：能自发进行的氧化还原反应，形成闭合回路，有两个活泼性不同的电极，存在电解质溶液。

故选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。

该装置为原电池，锌的金属活动性比铜强，锌片为负极，铜片为正极，柠檬液显酸性，含 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ ，可作电解液，该装置的能量转化形式主要为化学能 $ \to $ 电能 $ \to $ 光能， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；原电池中电子由负极沿导线流向正极，即电子的流向为 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}\to} $ 导线 $ {\rm \to \mathrm{C}\mathrm{u}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；锌片是负极，电极反应为 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}} $ ，其质量不断减小， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确;铜片为正极，电极反应为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{H}}_{2}↑} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。

该装置为原电池，是将化学能转化为电能的装置，因此电池工作时化学能主要转化为电能， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；在反应中 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 元素的化合价由0价变为 $ +2 $ 价，化合价升高，失去电子被氧化，因此 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 电极是该电池的负极， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；在反应中 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ 元素的化合价由 $ +1 $ 价变为0价，化合价降低，得到电子被还原，故 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}_{2}\mathrm{O}} $ 电极发生还原反应， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；电池工作时，电子从负极 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}} $ 经导线流向正极 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}_{2}\mathrm{O}} $ ，不能通过电解质溶液， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

（1） 图甲、乙、丙均为原电池，图甲中电子由 $ {\rm \mathrm{B}} $ 极移向 $ {\rm \mathrm{A}} $ 极，则 $ {\rm \mathrm{B}} $ 为负极；图乙中锌比铜活泼，锌失去电子，氯化铜中的铜离子得到电子，则锌是负极；图丙中石墨 $ \mathrm{d} $ 上 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ 失去电子变为 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}}^{3+}} $ ，则石墨 $ \mathrm{d} $ 为负极。

（2） 图甲中，若 $ {\rm \mathrm{B}} $ 电极为 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ ，溶液 $ {\rm \mathrm{X}} $ 为稀硫酸，则铁失去电子，氢离子在 $ {\rm \mathrm{A}} $ 电极得到电子生成 $ {\rm {\mathrm{H}}_{2}} $ ，则溶液中 $ {\rm {\mathrm{H}}^{+}} $ 的物质的量浓度减小。

（3） 图乙装置中锌为负极，铜为正极，在原电池中阳离子向正极移动，即盐桥中的 $ {\rm {\mathrm{K}}^{+}} $ 向烧杯②移动，原电池总反应为 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}+{\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\xlongequal{}{\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}+\mathrm{C}\mathrm{u}} $ 。

（4） 图乙装置的总反应为 $ {\rm \mathrm{Z}\mathrm{n}+{\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}\xlongequal{}{\mathrm{Z}\mathrm{n}}^{2+}+\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ，若电路中转移 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子，则负极会溶解 $ 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 锌，质量是 $ 6.5\mathrm{g} $ ，同时正极上析出 $ 0.1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 铜，质量是 $ 6.4\mathrm{g} $ ，则两电极质量相差 $ 6.5\mathrm{g}+6.4\mathrm{g}=12.9\mathrm{g} $ 。

（5） 图丙装置中左侧 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}^{-}} $ 得到电子转化为锰离子，则可观察到的现象为溶液颜色变浅或褪去；对应的电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{M}\mathrm{n}\mathrm{O}}_{4}^{-}+5{\mathrm{e}}^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}\xlongequal{}{\mathrm{M}\mathrm{n}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ 。

锌和硫酸反应，加入硫酸铜溶液后，锌会先置换出金属铜，形成锌—铜—稀硫酸原电池，加快金属锌和稀硫酸反应的速率，所以反应速率： $ \mathrm{a} > \mathrm{b} $ ；由于稀硫酸过量，产生氢气的量取决于金属锌的质量，而 $ \mathrm{a} $ 中一部分金属锌用于置换金属铜，导致和稀硫酸反应生成氢气的量减少，所以生成氢气的体积： $ \mathrm{a} < \mathrm{b} $ 。选 $ {\rm \mathrm{A}} $ 。

装置甲中，电子从 $ {\rm \mathrm{A}} $ 到 $ {\rm \mathrm{B}} $ ，则 $ {\rm \mathrm{A}} $ 作负极， $ {\rm \mathrm{B}} $ 为正极；装置乙中， $ {\rm \mathrm{C}} $ 的质量增加，则 $ {\rm \mathrm{C}} $ 为正极， $ {\rm \mathrm{B}} $ 为负极；装置丙中， $ {\rm \mathrm{A}} $ 上有气泡产生，则 $ {\rm \mathrm{A}} $ 为正极， $ {\rm \mathrm{D}} $ 为负极。原电池工作时阴离子由正极向负极移动，即装置甲中阴离子由 $ {\rm \mathrm{B}} $ 极移向 $ {\rm \mathrm{A}} $ 极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；装置乙中， $ {\rm \mathrm{C}} $ 为正极，正极发生还原反应，电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}\mathrm{C}\mathrm{u}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；原电池装置中，负极的金属活动性强于正极，则四种金属活动性由强到弱的顺序是 $ {\rm \mathrm{D} > \mathrm{A} > \mathrm{B} > \mathrm{C}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；装置丙中， $ {\rm \mathrm{A}} $ 上有气泡产生，则 $ {\rm \mathrm{A}} $ 为正极， $ {\rm \mathrm{D}} $ 为负极，电子流向： $ {\rm \mathrm{D}\to} $ 导线 $ {\rm \to \mathrm{A}} $ ，不经过电解质溶液， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由分析可知， $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{g}} $ 为负极， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；溶液为酸性，故 $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{t}} $ 表面发生的电极反应为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{H}}^{+}+4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；工作一段时间后， $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{t}} $ 电极附近溶液中 $ {\rm c({\mathrm{H}}^{+})} $ 减小， $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 变大， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；由思路导引及得失电子守恒可得关系式： $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}\sim 4\mathrm{A}\mathrm{g}\sim 4{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}\sim 4\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}} $ ，则每消耗标准状况下 $ {\rm 22.4\mathrm{L}(1\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l})} $ 的 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}} $ ，转移 $ 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子，最多去除 $ {\rm 4\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}{\mathrm{C}\mathrm{l}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

图甲中锌作负极失去电子，氧化银作正极，溶液为碱性，正极的电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{A}\mathrm{g}}_{2}\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2\mathrm{A}\mathrm{g}+2{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 错误；锌锰干电池中，锌作负极失去电子，被氧化，发生氧化反应， $ {\rm \mathrm{B}} $ 错误；酸性氢氧燃料电池中，正极反应式为 $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{H}}^{+}+4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，负极反应式为 $ {\rm 2{\mathrm{H}}_{2}-4{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}4{\mathrm{H}}^{+}} $ ，虽然消耗和生成的氢离子的物质的量相同， $ {\rm n({\mathrm{H}}^{+})} $ 不变，但是产物为水，稀释了酸溶液，导致溶液酸性减弱，离子浓度减小，导电能力下降， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；铅酸蓄电池放电时，正极反应式为 $ {\rm {\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}+2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，负极反应式为 $ {\rm \mathrm{P}\mathrm{b}+{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^{2-}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}} $ ，产物硫酸铅会附着在电极上，所以放电过程中，正、负极质量均增加， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

$ \mathrm{a} $ 极通入乙醇，乙醇失电子发生氧化反应， $ \mathrm{a} $ 是负极； $ \mathrm{b} $ 极通入氧气，氧气得电子发生还原反应， $ \mathrm{b} $ 是正极。正极发生反应： $ {\rm {\mathrm{O}}_{2}+4{\mathrm{e}}^{-}+2{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}\xlongequal{}4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，负极电极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}\mathrm{O}\mathrm{H}-12{\mathrm{e}}^{-}+16{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}+11{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ，即电池工作时，消耗的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ 多于生成的 $ {\rm {\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}} $ ，电池工作结束后，电解质溶液的 $ {\rm \mathrm{p}\mathrm{H}} $ 减小， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确； $ \mathrm{a} $ 是负极、 $ \mathrm{b} $ 是正极，电池工作时，外电路中电流从 $ \mathrm{b} $ 电极流向 $ \mathrm{a} $ 电极， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；当 $ 0.2\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 电子通过装置时， $ \mathrm{b} $ 电极上消耗 $ 0.05\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l} $ 氧气，标准状况下的体积为 $ {\rm 1.12\mathrm{L}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 正确；乙醇失电子发生氧化反应， $ \mathrm{a} $ 是负极，负极反应式为 $ {\rm {\mathrm{C}}_{2}{\mathrm{H}}_{5}\mathrm{O}\mathrm{H}-12{\mathrm{e}}^{-}+16{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{}2{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{3}^{2-}+11{\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 错误。

由 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 、稀硫酸组成的原电池，铝作负极，其负极反应式为 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}-3{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{A}\mathrm{l}}^{3+}} $ ， $ {\rm \mathrm{A}} $ 正确；由 $ {\rm \mathrm{M}\mathrm{g}} $ 、 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 、 $ {\rm \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}} $ 溶液组成的原电池，铝失电子发生氧化反应，铝作负极，其负极反应式为 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}-3{\mathrm{e}}^{-}+4{\mathrm{O}\mathrm{H}}^{-}\xlongequal{} [\mathrm{A}\mathrm{l} (\mathrm{O}\mathrm{H})_{4}{ ]}^{-}} $ ， $ {\rm \mathrm{B}} $ 正确；由 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 、 $ {\rm {\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}}_{3}} $ 溶液组成的原电池，铁的还原性强于铜，铁作负极，其负极反应式为 $ {\rm \mathrm{F}\mathrm{e}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{F}\mathrm{e}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{C}} $ 错误；由 $ {\rm \mathrm{A}\mathrm{l}} $ 、 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}} $ 、浓硝酸组成的原电池，铝在浓硝酸中钝化，铜作负极，其负极反应式为 $ {\rm \mathrm{C}\mathrm{u}-2{\mathrm{e}}^{-}\xlongequal{}{\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}} $ ， $ {\rm \mathrm{D}} $ 正确。