高二化学反应原理课时作业13：1.3.1原电池的工作原理

高二《化学反应原理》PAGEPAGE1第3节化学能转化为电能——电池第1课时原电池的工作原理题组一原电池的构成及工作原理1．某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是()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－=CuC．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和b用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极[答案]D[解析]a和b不连接时，Fe和Cu2＋直接发生氧化还原反应，铁片上会有金属铜析出，A项正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁为负极，铜为正极，电极反应式分别为Fe－2e－=Fe2＋，Cu2＋＋2e－=Cu，B项正确；分析选项A、B可知，选项C是正确的；在原电池中，电流应由正极流出，经导线流向负极，D项错误。考点原电池的工作原理题点原电池的构成与工作原理2.如图，下列说法不正确的是()A．在①装置中锌棒逐渐变细，铜棒无变化B．在②装置中锌棒逐渐变细，铜棒逐渐变粗C．在②装置中部分化学能转化成了电能D．在①②装置中锌棒均被氧化[答案]B[解析]A项，在①装置中锌与氢离子反应生成锌离子和氢气，锌棒变细，铜不与氢离子反应，铜棒没有变化；B项，在②装置中锌棒与铜棒通过导线连接形成闭合回路，构成原电池，锌失去电子转化为锌离子，锌棒变细，氢离子在铜棒上得电子生成氢气，铜棒不会变粗；C项，②装置实现了化学能到电能的转化；D项，在①②装置中，锌均失去电子发生氧化反应。考点原电池的工作原理题点原电池的构成与工作原理3.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示。关于该装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为X→外电路→YB．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y[答案]D[解析]由图可知，原电池外电路中电子由X极流向Y极，则X极为负极，Y极为正极。考点原电池的工作原理题点原电池的构成与工作原理4．下列关于原电池的叙述正确的是()A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应为Cu2＋＋2e－=CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同[答案]D[解析]该原电池中Cu做负极，Ag做正极，电极反应为Cu－2e－=Cu2＋(负极)，2Ag＋＋2e－=2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D选项正确。考点原电池的工作原理题点盐桥原电池5．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．电极Ⅰ上发生还原反应，做原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuC．该原电池的总反应：2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是传递电子[答案]C[解析]该原电池所发生的反应实质是Fe3＋与Cu的反应，C正确；电极Ⅰ上发生还原反应，做正极，A错；电极Ⅱ为负极，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，B错；电子在负极上产生后经导线聚集在正极后被吸收掉，不可能通过溶液和盐桥，D错。考点原电池的工作原理题点盐桥原电池题组二原电池电极的判断和电极反应式的书写6．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[答案]C[解析]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。考点原电池的工作原理题点原电池正极和负极的判断7．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li＋MnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()A．Li是正极，电极反应式为Li－e－=Li＋B．Li是负极，电极反应式为Li－e－=Li＋C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－=Li2＋[答案]B[解析]由总反应方程式Li＋MnO2=LiMnO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中做负极，电极反应为Li－e－=Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)。考点原电池的工作原理题点电极反应式的书写及正误判断8．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．由金属Al、Cu和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(OH)4]－D．由金属Al、Cu和浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－=Cu2＋[答案]A[解析]铁比铜活泼，铁做负极，负极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故A错误；铝比铜活泼，铝做负极，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，因此铝做负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－=[Al(OH)4]－，故C正确；Al与浓硝酸发生钝化反应，则铜做负极，负极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，故D正确。考点原电池的工作原理题点电极反应式的书写及正误判断题组三原电池工作原理的应用9．M、N、P、E四种金属：①M＋N2＋=N＋M2＋②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是()A．P、M、N、E B．E、N、M、PC．P、N、M、E D．E、P、M、N[答案]A[解析]由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，M做原电池正极，活动性：P＞M；N、E构成的原电池中N做负极，活动性：N＞E。考点原电池工作原理的应用题点比较金属活泼性强弱10．a、b两个烧杯中均盛有100mL等浓度的稀H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧()[答案]B[解析]H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。考点原电池工作原理的应用题点判断化学反应速率的大小11．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是()A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池[答案]C[解析]由电池反应可知，铁做负极，铁失去电子发生氧化反应。C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌做负极，发生氧化反应，与电池反应不符。考点原电池工作原理的应用题点设计原电池12.某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3=ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是()A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜[答案]D[解析]根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。考点原电池工作原理的应用题点设计原电池13．设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)，铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极___________________________________________________________。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)(下列三幅图中，作出任意一幅即可)(2)电极逐渐溶解(3)甲乙池的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；甲池的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小[解析](2)根据无盐桥原电池的工作原理，Zn(负极)|CuSO4(aq)|Cu(正极)、Fe(负极)|CuSO4(aq)|Cu(正极)，都能构成符合题目所要求的原电池。在这样的原电池中，负极金属失去电子被氧化。(3)在原电池甲中，负极不与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应只有原电池反应，而在原电池乙中，负极与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应除原电池反应以外，还有非原电池反应，因此，在原电池甲和乙中，甲可更有效地将化学能转化为电能。考点原电池工作原理的应用题点设计原电池14．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋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1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。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SOeq\o\al(2－,4)移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)写出两烧杯中的电极反应式：甲：________________________________________________________________________，乙：________________________________________________________________________。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。[答案](1)a还原(2)乙(3)MnOeq\o\al(－,4)＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O5Fe2＋－5e－=5Fe3＋(4)0.5[解析](1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4为氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SOeq\o\al(2－,4)向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnOeq\o\al(－,4)＋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1mol·L－1变为1.5mol·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0.5mol·L－1×0.2L＝0.1mol，转移的电子为0.1mol×5＝0.5mol。考点原电池工作原理的应用题点设计原电池15．如图所示，甲池中电池反应式为2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，已知B电极质量不变，C、D为石墨电极，乙池中为200mL饱和NaCl溶液。回答下列问题：(1)A极为________极(填“正”或“负”)，电极材料为________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)。(2)写出乙池的电极反应式：阳极反应式为_____________________________________________________________；阴极反应式为____________________________________________________________。(3)A电极质量减少0.64g时，此时乙池中电解液中c(OH－)＝________mol·L－1(忽略反应过程中溶液体积的变化)，C电极上产生的气体在标准状况下的体积为________L。[答案](1)负铜氧化(2)2Cl－－2e－=Cl2↑2H＋＋2e－=H2↑(3)0.10.224[解析]由题知，甲池为原电池，A为负极，电极材料为Cu；乙池为电解池，C为阳极，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，D为阴极，电极反应为2H＋＋2e－=H2↑。A极有0.64gCu反应时转移电子0.02mol，乙池C极上转移0.02mole－时生成0.01molCl2，溶液中生成0.02molOH－，C极产生气体标况下体积为0.01mol×22.4L·mol－1＝0.224L。考点原电池的相关综合题点原电池的综合应用16．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池，如图1所示：(1)若A为稀盐酸，则Al片做________极，该电极的电极反应式为________________________，Cu片电极反应式为_____________________________________________________________。(2)若A为NaOH溶液，则Al片做________极，该电极的电极反应式为__________________。(3)若A为浓HNO3，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0～t1s时，原电池的负极是________，正极的电极反应式为________________________