高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能__电池1原电池的工作原理练习含解析鲁科版选择性必修1

高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能__电池1原电池的工作原理练习含解析鲁科版选择性必修1

原电池的工作原理 ‎ (40分钟　70分)‎ 一、选择题(本题包括10小题,每小题4分,共40分)‎ ‎1.(2020·芜湖高二检测)对于原电池的电极名称,下列叙述错误的是 (　　)‎ A.发生氧化反应的一极为负极 B.正极为电子流入的一极 C.相对不活泼的金属为负极 D.电流流出的一极为正极 ‎【解析】选C。原电池中相对活泼的金属为负极,发生氧化反应;相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极,发生还原反应。‎ ‎2.(2020·西城高二检测)在如图所示的水果(柠檬)电池中,外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁,则Y可能是 (　　)‎ A.锌 B.石墨 C.银 D.铜 ‎【解析】选A。电流的方向与电子的移动方向相反,由已知条件知电子由Y电极流向X电极,因此Y电极的金属活动性强于铁,故Y电极只能为选项中的锌。‎ ‎3.(2020·兰州高二检测)在理论上不能用于设计原电池的化学反应是 (　　)‎ A.H2SO4(aq)+BaCl2(aq)BaSO4(s)+2HCl(aq)　ΔH<0‎ B.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)　ΔH<0‎ C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)　ΔH<0‎ D.3Cu(s)+8HNO3(aq)3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l)　ΔH<0‎ ‎【解析】选A。A、属于复分解反应,不是氧化还原反应,不能用于设计原电池,符合题意;B、C、D属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池。‎ ‎4.(2020·成都高二检测)等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加少量的CuSO4溶液,如图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,正确的是 (　　)‎ 世纪金榜导学号 - 10 -‎ ‎【解析】选A。若向a中加入少量的CuSO4溶液,则发生反应:Zn+CuSO4Cu+ZnSO4,消耗一部分Zn,生成的Cu附着于Zn上,构成无数微小的Cu-Zn原电池,加快了Zn的反应速率,所以Zn与稀硫酸反应时,加入CuSO4溶液则反应速率加快,生成H2的量a小于b。‎ ‎【互动探究】若将题干中“等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸”改为“足量的等质量两份锌粉a、b分别加入50 mL等浓度的稀硫酸”,其余不变,则哪个选项符合?‎ 提示:B选项。锌是足量的,此时产生氢气的量取决于硫酸的量,而两者稀硫酸的物质的量相等,因此产生氢气的量相等。‎ ‎5.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是 (　　)‎ A.电池工作中,盐桥中的Cl-向负极移动 B.负极反应式:2H++2e-H2↑‎ C.工作一段时间后,两烧杯中溶液pH均不变 D.Fe作正极,发生氧化反应 ‎【解析】选A。根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷,所以Cl-向负极移动,故A正确;铁作负极,电极反应式:Fe-2e-Fe2+,正极反应式为2H++2e-H2↑,故B错误;左烧杯中pH基本不变,右烧杯中消耗H+,c(H+)减小,pH增大,故C错误;总电极反应式为Fe+2H+Fe2++H2↑,铁作负极,发生氧化反应,故D错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎(2020·临沂高二检测)铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是 (　　)‎ - 10 -‎ A.正极反应为Zn-2e-Zn2+‎ B.电池反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu C.在外电路中,电流从负极流向正极 D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 ‎【解析】选B。电池的正极得电子,A选项错误;结合该电池的装置图可知,该过程中的氧化还原反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu,B选项正确;外电路中,电子从负极流向正极,C选项错误;左烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中正电荷的离子增加,为维持电中性,K+应该通过盐桥流向CuSO4所在的右烧杯,D选项错误。‎ ‎6.(2020·南阳高二检测)某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述不正确的是 世纪金榜导学号(　　)‎ A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出 B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-Cu C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 D.a、b连接起来,铁失电子的速率等于两端不连接的速率 ‎【解析】选D。a、b不连接,未形成原电池,Cu2+与Fe在接触面上直接反应,A项正确;a、b用导线连接,铜片作正极,Cu2+在该电极上得电子,B项正确;a、b连接与否,溶液中的Cu2+均得电子发生还原反应生成Cu,Fe均失电子发生氧化反应生成Fe2+,故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色,C项正确;a、b连接起来,铁失电子的速率大于两端不连接的速率,D项错误。‎ ‎【互动探究】‎ ‎(1)a和b用导线连接时与a和b分别连接直流电源正、负极时,a极发生的反应是否一样?‎ 提示:不一样。a、b用导线连接,铜片作正极,发生反应:Cu2++2e-Cu;a和b分别连接直流电源正、负极时,a极作阳极,发生反应:Cu-2e-Cu2+。‎ ‎(2)当a和b分别连接直流电源负、正极且通过2 mol电子时,溶液中的质量如何变化?‎ - 10 -‎ 提示:当a和b分别连接直流电源负、正极时,b极为阳极,铁失电子变为亚铁离子进入溶液,a为阴极,铜离子得电子变为铜单质析出,当通过2 mol电子时,两者恰为1 mol,所以溶液质量减少8 g。‎ ‎7.(2020·丰台区高二检测)一种子弹头形的纳米铜铂电池,它在稀溴水中能沿着铜极方向移动(如图),电池反应为Cu+Br2CuBr2。下列说法正确的是 (　　)‎ A.铜为电池的正极 B.铂不断溶解 C.稀溴水为电解质溶液 D.电池工作时实现机械能向电能再向化学能转化 ‎【解析】选C。由信息可知,铜铂电池中,Cu为负极,不断溶解,Pt为正极,质量不变,该装置中能量变化是将化学能转化为电能。‎ ‎8.下图甲和乙是双液原电池装置,由图可判断下列说法错误的是 世纪金榜导学号(　　)‎ A.甲图电池反应的离子方程式为 Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)‎ B.2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)反应能够发生 C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性 D.乙图当有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出 ‎【解析】选B。根据电子转移方向知,甲中Cd为负极,电极反应为Cd-2e-Cd2+,Co电极为正极,电极反应为Co2++2e-Co,总反应为Cd+Co2+Co+Cd2+,A正确;乙中Co为负极,电极反应为Co-2e-Co2+,Ag电极为正极,电极反应为2Ag++2e-2Ag,总反应为Co+2Ag+2Ag+Co2+,结合甲图分析可知金属活泼性:Cd>Co>Ag,B错误;盐桥的作用是平衡电荷且构成闭合回路,C正确;根据Ag++e-Ag知转移1 mol电子时,正极析出Ag为108 g·mol-1×1 mol=108 g,D - 10 -‎ 正确。‎ ‎9.(2020·衡阳高二检测)有A、B、D、E四种金属,当A、B组成原电池时,电子流动方向是A→B;当A、D组成原电池时,A为正极;B与E构成原电池时,电极反应式为E2++2e-E,B-2e-B2+。则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为(　　)‎ A.A>B>E>D　　　　　　 B.A>B>D>E C.D>E>A>B D.D>A>B>E ‎【解析】选D。原电池电子由负极流向正极,负极活泼,故活动性A>B;当A、D组成原电池时,A为正极,金属活动性为D>A;B与E构成原电池时,B失去电子,即B作负极,金属活动性为B>E,故A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为D>A>B>E。‎ ‎10.(2020·哈尔滨高二检测)一个原电池的总反应方程式为Zn+Cu2+Zn2++Cu,该原电池可能为 (　　)‎ 选项 A B C D 正极 Cu Al Zn Fe 负极 Zn Zn Cu Zn 电解质溶液 H2SO4‎ CuSO4‎ ZnCl2‎ CuCl2‎ ‎【解析】选D。由总反应式可知,Zn被氧化,失去电子,Zn应为负极;Cu2+被还原,得电子,即电解质溶液应含Cu2+,由此排除选项A、C,而且正极金属应比Zn活动性弱,可排除选项B。‎ 二、非选择题(本题包括2小题,共30分)‎ ‎11.(16分)(2020·九江高二检测)根据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s),设计的原电池如图所示,其中盐桥内装琼脂-饱和KNO3溶液。请回答下列问题: 世纪金榜导学号 ‎(1)电极X的材料是____________;电解质溶液Y是____________。 ‎ ‎(2)银电极为电池的____________极,写出两电极的电极反应式: ‎ 银电极:_______________________________; ‎ - 10 -‎ X电极:________________________________。 ‎ ‎(3)外电路中的电子是从____________电极流向____________电极。 ‎ ‎(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是____________(填字母)。 ‎ A.K+ B.N C.Ag+ D.S ‎(5)其中CuSO4溶液能否被H2SO4(稀)溶液代替____________。Ag电极能否被石墨代替______________________________________。 ‎ ‎【解析】(1)由反应方程式可知,Cu为还原剂,作负极,即Cu为X极;Ag+(aq)为氧化剂,即Y应为AgNO3溶液。(2)银电极为电池的正极,正极发生还原反应:2Ag++2e-2Ag,负极(X电极)发生氧化反应:Cu-2e-Cu2+。(3)外电路中的电子从Cu电极(负极)流向Ag电极(正极)。(4)左边烧杯中Cu-2e-Cu2+,阳离子浓度增加,故盐桥中的阴离子N移向CuSO4溶液中。(5)CuSO4溶液主要具有导电性的作用,可以被其他不与Cu反应的电解质溶液代替。正极本身不参与反应,只要是活泼性比Cu差的金属或能导电的非金属均可以作电极,故Ag电极能被石墨代替。‎ 答案:(1)Cu　AgNO3溶液 ‎(2)正　2Ag++2e-2Ag　Cu-2e-Cu2+‎ ‎(3)Cu　Ag　(4)B　(5)能　能 ‎12.(14分)(2020·大连高二检测)有A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。‎ 装置 现象 二价金属A 不断溶解 C的质量 增加 A上有气体 产生 根据实验现象回答下列问题:‎ ‎(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________________。 ‎ ‎(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________。 ‎ ‎(3)装置丙中溶液的pH_______________(填“变大”“变小”或“不变”)。 ‎ ‎(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是____________________________。 ‎ - 10 -‎ ‎【解析】甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气体产生即有H2产生,则A为正极,活动性D>A,随着H+的消耗,丙溶液pH变大。‎ 答案:(1)A-2e-A2+‎ ‎(2)Cu2++2e-Cu ‎(3)变大 ‎(4)D>A>B>C ‎【补偿训练】‎ ‎(2020·运城高二检测)有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:‎ 实验装置 部分实验现象 a极质量减小;b极质量增加 b极有气体产生;c极无变化 d极溶解;c极有气体产生 电流从a极流向d极 ‎ 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 (　　)‎ ‎ A.a>b>c>d　　　　　　 B.b>c>d>a ‎ C.d>a>b>c D.a>b>d>c ‎【解析】选C。由第一个装置a极溶解,可知a极是负极,金属活动性a>b,第二个装置依据氧化性、还原性的规律知金属活动性b>c,由第三个装置知金属活动性d>c,由第四个装置电流从a→d,则电子从d→a,故金属活动性d>a。 (20分钟　30分)‎ 一、选择题(本题包括1小题,共10分)‎ ‎13.(2020·德阳高二检测)工业上常将铬镀在其他金属表面,同铁、镍组成各种性质的不锈钢,‎ - 10 -‎ 在如图装置中,观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡,而图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,则下列叙述正确的是 (　　)‎ A.图1为原电池装置,Cu电极上产生的是O2‎ B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu-2e-Cu2+‎ C.由实验现象可知:金属活动性Cu>Cr D.两个装置中,电子均由Cr电极流向Cu电极 ‎【解析】选B。A项,图1为原电池装置,由于铜电极上产生大量的无色气泡,可知应为H+得电子生成H2,故铜为正极,错误;B项,图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜为负极,铬电极为正极,负极发生Cu-2e-Cu2+,正确;C项,由图1可知,Cr为负极,Cu为正极,根据原电池原理可知金属铬的活动性比铜强,错误;D项,图1中,电子由负极Cr经导线流向正极Cu,图2中电子由负极Cu经导线流向正极Cr,错误。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎1.(2020·泰安高二检测)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(如图甲),测得原电池的电流(I)随时间(t)的变化如图乙所示。已知O～t1 s时,原电池的负极是Al片,反应过程中有红棕色气体产生。下列说法不正确的是 (　　)‎ A.O～t1 s时,正极的电极反应式为2H++N-e-NO2↑+H2O B.O～t1 s时,溶液中的H+向Cu电极移动 C.t1 s之后,负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+‎ D.t1 s时,原电池中电子流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al的进一步反应 - 10 -‎ ‎【解析】选A。原电池的正极发生还原反应,电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O,故A错误;在O～t1 s时,铝作负极,在电场作用下,阳离子向电池正极移动,即溶液中的H+向Cu电极移动,故B正确;由图乙得t1 s时刻电流方向改变,说明电池的负极发生变化,所以t1 s之后,负极的电极反应式为Cu-2e-Cu2+,故C正确;t1 s时,原电池中电子流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al的进一步反应,故D正确。‎ ‎2.(2020·宁波高二检测)原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法错误的是 (　　)‎ A.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池,负极反应式为Cu-2e-Cu2+‎ B.由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池,负极反应式为Al-3e-Al3+‎ C.由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池,负极反应式为Al+4OH--3e-Al+2H2O D.由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池,负极反应式为Cu-2e-Cu2+‎ ‎【解析】选A。铁比铜活泼,铁作负极,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,故A错误;铝比铜活泼,铝作负极,负极反应式为Al-3e-Al3+,故B正确;虽然镁比铝活泼,但镁不与氢氧化钠溶液反应,因此铝作负极,负极反应式为Al+4OH--3e-Al+2H2O,故C正确;Al遇浓硝酸发生钝化反应,则铜作负极,负极反应式为Cu-2e-Cu2+,故D正确。‎ 二、非选择题(本题包括1小题,共20分)‎ ‎14.某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 世纪金榜导学号 回答下列问题:‎ ‎(1)此原电池的正极是石墨____________(填“a”或“b”),发生____________反应。 ‎ ‎(2)电池工作时,盐桥中的S移向____________(填“甲”或“乙”)烧杯。 ‎ ‎(3)两烧杯中的电极反应式分别为甲___________________________, ‎ 乙___。 ‎ ‎(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 mol·L-1,则反应中转移的电子为 - 10 -‎ ‎____________mol。 ‎ ‎【解析】(1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。(2)电池工作时,S向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为Mn+5e-+8H+Mn2++4H2O;乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e-5Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L-1变为1.5 mol·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L-1×‎ ‎0.2 L=0.1 mol,转移的电子为0.1 mol×5=0.5 mol。‎ 答案:(1)a　还原　(2)乙 ‎(3)Mn+5e-+8H+Mn2++4H2O ‎5Fe2+-5e-5Fe3+‎ ‎(4)0.5‎ - 10 -‎