《2025年三维随堂精练高中化学必修第二册人教版》

8. 根据化学能转化为电能的相关知识，回答下列问题：
Ⅰ. 理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu + 2Fe³⁺ = 2Fe²⁺ + Cu²⁺”设计一种化学电池（正极材料用石墨棒），回答下列问题：
（1）该电池的负极材料是______（填化学式），发生______（填“氧化”或“还原”）反应，电解质溶液是______（填化学式）溶液。
（2）正极上发生的电极反应为______。
（3）若导线上转移的电子为1 mol，则消耗的金属铜的质量为______。
Ⅱ. 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，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L⁻¹的H₂SO₄溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L⁻¹的NaOH溶液中，如下图所示：

（4）写出甲池中的现象：______；负极的电极反应式：______。
（5）写出乙池中负极的电极材料和总反应的离子方程式：负极材料（化学式）______；总反应的离子方程式______。
（6）甲池溶液中阳离子的移动方向是______。乙池外电路中电子的流动方向是______。甲池中产生气泡的电极是______；乙池外电路中电流的方向是______。
（7）若甲与乙同学认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出______金属活动性更强，而乙会判断出______金属活动性更强。
（8）由此实验，可得到如下哪些正确结论______（填字母）。
A. 利用原电池反应判断金属活动性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，反应受条件的影响较大，因此应具体问题具体分析
（9）丙同学依据甲、乙同学的思路，设计如下实验：
将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为______（填字母序号）。
A. 铝片、铜片 B. 铜片、铝片
C. 铝片、铝片 D. 铜片、铜片

答案： 解析：原电池中首先考虑自发进行的氧化还原反应，再分析两极反应：负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，据此回答。Ⅰ.
(1)$Cu + 2Fe^{3+} = 2Fe^{2+} + Cu^{2+}$反应中，$Cu$元素化合价升高，发生氧化反应，$Cu$作负极，正极上，$Fe^{3+}$得电子生成$Fe^{2+}$，电解质溶液需要提供$Fe^{3+}$，故电解质溶液是$Fe_2(SO_4)_3$溶液或$FeCl_3$溶液；
(2)正极上，$Fe^{3+}$得电子生成$Fe^{2+}$，电极反应式为$Fe^{3+} + e^- = Fe^{2+}$；
(3)根据$Cu + 2Fe^{3+} = 2Fe^{2+} + Cu^{2+}$可知，转移1 mol电子，消耗0.5 mol Cu，则消耗的金属铜的质量为0.5 mol×64 g/mol = 32 g；Ⅱ.
(4)金属活动性：$Mg＞Al$，电解质溶液为稀硫酸，$Mg$作负极，发生氧化反应生成$Mg^{2+}$，$Al$作正极，$H^+$发生还原反应生成$H_2$，故甲中的现象为镁片逐渐变薄，铝片表面有气泡产生，甲池中自发进行的氧化还原反应为$2H^+ + Mg = Mg^{2+} + H_2↑$，负极反应为$Mg - 2e^- = Mg^{2+}$；
(5)乙池中铝能与氢氧化钠溶液反应，铝失电子作负极，镁作正极，正极发生还原反应，总反应的离子方程式为$2Al + 2OH^- + 6H_2O = 2[Al(OH)_4]^- + 3H_2↑$；
(6)甲池溶液中$Mg$作负极、$Al$作正极，阳离子的移动方向是移向铝片；乙池中$Mg$作正极、$Al$作负极，电子从负极流向正极，外电路中电子的流动方向是铝片流向镁片；甲池中$Al$做正极，氢离子得电子生成氢气，产生气泡的电极是铝片；电流从正极流向负极，乙池外电路中电流的方向是镁片流向铝片；
(7)甲中镁作负极、乙中铝作负极，根据作负极的金属活动性强判断，则甲会判断出$Mg$活动性更强，而乙会判断出$Al$活动性更强；
(8)A.根据甲、乙中电极反应式知，原电池正负极与电解质溶液有关，A正确；B.镁的金属性大于铝，但失电子难易程度与电解质溶液有关，B错误；C.该实验说明电解质溶液性质影响电极的正负极，不能说明金属活动性顺序没有使用价值，C错误；D.该实验说明化学研究对象复杂，反应与条件有关，电极材料相同其反应条件不同导致其产物不同，因此应具体问题具体分析，D正确；
(9)将铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，铝片被钝化，铜片作负极；插入烧碱溶液中，铝失电子，作负极，故选B。 答案：Ⅰ.
(1)$Cu$，氧化，$Fe_2(SO_4)_3$(或$FeCl_3$)
(2)$Fe^{3+} + e^- = Fe^{2+}$
(3)32 g Ⅱ.
(4)镁片逐渐变薄，铝片表面有气泡产生，$Mg - 2e^- = Mg^{2+}$
(5)$Al$，$2Al + 2OH^- + 6H_2O = 2[Al(OH)_4]^- + 3H_2↑$
(6)移向铝片，铝片流向镁片，铝片，镁片流向铝片
(7)$Mg$，$Al$
(8)AD
(9)B