2024-2025学年高中化学专题一化学反应与能量变化2-1原电池的工作原理课时作业含解析苏教版选修4

PAGEPAGE8原电池的工作原理时间：45分钟满分：100分一、选择题(每小题4分，共44分)1．如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法中不正确的是(C)A．锌是负极，电子从锌片经导线流向铜片B．铜片表面有气泡生成C．假如将稀硫酸换成橙汁，导线中不会有电子流淌D．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换解析：Zn是负极，电子从锌片经导线流向铜片，A项正确；Cu极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，铜片表面有气泡生成，B项正确；将稀硫酸换成橙汁，橙汁为电解质溶液，仍旧构成原电池，导线中仍会有电子流淌，C项错误；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时电能转化为光能，D项正确。2．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述中正确的是(B)A．正极反应式：Zn－2e－=Zn2＋B．电池总反应式：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从正极流向负极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液解析：锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，正极反应式应为Cu2＋＋2e－=Cu，故A错误；负极反应式为Zn－2e－=Zn2＋，正、负两极反应式相加，得到总反应式：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，故B正确；依据原电池工作原理，电子从负极经外电路流向正极，故C错误；依据原电池的工作原理，阳离子移向正极，即盐桥中的K＋移向CuSO4溶液，故D错误。3．图甲和图乙是双液原电池装置。由图可推断下列说法中错误的是(B)A．图甲电池反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)=Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生C．盐挢的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D．当图乙中有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出解析：依据图甲可知，原电池中Cd为负极，Cd失电子，Co2＋得电子，所以其电池反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)=Co(s)＋Cd2＋(aq)，金属活动性：Cd>Co，故A正确；依据图乙可知，原电池中Co为负极，Co失电子，Ag＋得电子，所以Co(s)＋2Ag＋(aq)=2Ag(s)＋Co2＋(aq)，金属活动性：Co>Ag，则金属活动性：Cd>Co>Ag，因此反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=Cd(s)＋2Ag＋(aq)不能发生，故B错误；原电池放电时，盐桥中的阴、阳离子定向移动而构成闭合回路，并使两个烧杯中的溶液保持电中性，故C正确；依据Co(s)＋2Ag＋(aq)=2Ag(s)＋Co2＋(aq)知，当有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出，故D正确。4．下列叙述正确的是(B)A．反应AlCl3＋4NaOH=NaAlO2＋3NaCl＋2H2O，可以设计成原电池B．Zn和稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率C．把Fe片和Cu片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，视察到Cu片上产生大量气泡，说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化D．Zn—Cu原电池工作过程中，溶液中H＋向负极作定向移动解析：选项A属于非氧化还原反应，不能用于设计原电池，A错；选项B中锌与置换出来的铜在电解质溶液中构成原电池，加快产生H2的速率，B对；选项C中Cu与稀H2SO4不反应，Fe在稀H2SO4中不发生钝化，Fe片和Cu片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，Fe为负极，发生的电极反应为Fe－2e－=Fe2＋；Cu为正极，电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，Cu片上产生气泡，C错；选项D中H＋应向原电池的正极作定向移动，D错。5．下列叙述正确的是(A)①原电池是把化学能转化成电能的装置②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池装置均可自发进行④碳棒不能用来作原电池的正极⑤反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋可以被设计成原电池A．①⑤ B．①④⑤C．②③④ D．②⑤解析：②原电池的负极发生氧化反应；③自发进行的氧化还原反应才能被设计成原电池；④碳棒可以作原电池的正极。6．某原电池的总反应的离子方程式是Fe＋2Ag＋=Fe2＋＋2Ag，该原电池的组成正确的是(C)ABCD正极FePtAgAg负极AgCuFeFe电解质溶液AgNO3H2SO4AgNO3FeCl2解析：对该反应进行分析知负极为Fe，则正极的活泼性比Fe差，溶液中阳离子为Ag＋，比照各选项只有选项C符合。7．某原电池以银、铂为电极，用含Ag＋的固体作电解质，Ag＋可在固体电解质中自由移动。电池反应为2Ag＋Cl2=2AgCl。利用该电池可以测定空气中Cl2的含量。下列说法中错误的是(D)A．空气中c(Cl2)越大，消耗Ag的速率越大B．铂极的电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋=2AgClC．电池工作时电解质中Ag＋总数保持不变D．电子移动方向：银→固体电解质→铂解析：c(Cl2)越大反应速率越快，则消耗银的速率也越快，A正确；银比铂活泼，铂作正极，Cl2在铂上得到电子发生还原反应生成Cl－，再与电解质中的Ag＋结合，电极反应式为Cl2＋2e－＋2Ag＋=2AgCl，B正确；依据电池总反应可知，既没有消耗Ag＋也没有生成Ag＋，所以电解质中Ag＋总数保持不变，C正确；原电池中，电子从负极经过外电路的导线流向正极，电子不能通过电解质，故电子移动方向应是银→外电路导线→铂，D错误。8.下列关于右图所示原电池的说法正确的是(B)A．当a为Cu，b为含有碳杂质的Al，c为稀硫酸时，b极上视察不到气泡产生B．当a为石墨，b为Fe，c为浓硫酸时，不能产生连续的稳定电流C．当a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液时，依据现象可推知Al的活动性强于Mg的D．当a为石墨，b为Cu，c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过解析：A项，因为b为含有碳杂质的Al，C、Al、稀硫酸可构成原电池，溶液中的H＋在该极上获得电子而产生H2，所以在b极上可视察到气泡产生。B项，起先时，能形成原电池，有短暂的电流产生，但Fe被浓硫酸钝化后，铁表面生成致密的氧化膜，内部的铁不再失去电子而不能形成电流。C项，由于Al可与NaOH溶液反应，所以Al为原电池的负极，事实上，Mg的活动性强于Al的，故不能据此推断Al的活动性强于Mg的。D项，Cu能与FeCl3发生氧化还原反应，形成原电池而产生电流。9．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述中正确的是(C)A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析：活泼金属锌作负极，铜作正极，铜电极上发生还原反应，故A错误；电池工作一段时间后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))不变，故B错误；铜电极上发生电极反应Cu2＋＋2e－=Cu，同时Zn2＋通过阳离子交换膜从甲池移向乙池，所以乙池溶液的总质量增加，故C正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子不能通过阳离子交换膜，故D错误。10．最近科学家开发出一种新型的燃料电池——固体氧化物电池，该电池用辛烷(C8H18)作燃料，电池中间部分为固体氧化物陶瓷，可传递氧离子。下列说法中正确的是(C)A．电池工作时，氧气发生氧化反应B．电池正极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．电池负极的电极反应式：C8H18＋25O2－－50e－=8CO2↑＋9H2OD．若消耗的O2为11.2L(标准状况)，则电池中有1mol电子发生转移解析：该燃料电池工作时，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－=2O2－，故A、B错误；负极上燃料辛烷失电子发生氧化反应，电极反应式为C8H18＋25O2－－50e－=8CO2↑＋9H2O，故C正确；标准状况下11.2L氧气的物质的量为0.5mol，依据O2＋4e－=2O2－知，转移电子的物质的量为2mol，故D错误。11．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是(C)A．X为负极，电极反应为：Si－4e－=Si4＋B．X为正极，电极反应为：4H2O＋4e－=4OH－＋2H2↑C．X为负极，电极反应为：Si＋6OH－－4e－=SiOeq\o\al(2－,3)＋3H2OD．Y为负极，电极反应为：Fe－2e－=Fe2＋解析：硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：Si－4e－＋6OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋3H2O；铁为正极：4H2O＋4e－=4OH－＋2H2↑，总反应式：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。二、非选择题(56分)12．(16分)有甲、乙两位同学均想利用原电池反应验证金属的活动性依次，并探究产物的有关性质，分别设计了如图所示的原电池，请完成下列问题：(1)甲池中正极上的试验现象是产生气泡。(2)乙池中总反应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑。(3)上述试验证明白“利用金属活动性依次表可干脆推断原电池正负极”，这种作法不行靠(“牢靠”或“不行靠”)，如不行靠，请你提出另一种推断原电池正负极的可行的方案：将两种金属电极连上电流表而构成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而推断电子流淌方向，由此确定原电池正负极(若你认为牢靠，此空可不作答)。(4)一段时间后，乙学生将乙池两极取出，然后取少许乙池溶液逐滴滴加6mol·L－1稀硫酸直至过量，可能视察到的现象是起先无明显现象，过一段时间产生白色沉淀，沉淀渐渐溶解最终消逝，各阶段对应的离子方程式分别是H＋＋OH－=H2O，AlOeq\o\al(－,2)＋H＋＋H2O=Al(OH)3↓，Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O。解析：当稀硫酸是电解质溶液时，Mg作负极(活泼性Mg>Al)，Al作正极，电极上产生气泡；当NaOH是电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)，总反应为：2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑。通过本题可知原电池的两极与电解质溶液有关，电解质溶液不同，导致两极发生变更(正、负极变更)；将乙池两极取出，电解液中含有AlOeq\o\al(－,2)，是NaOH和NaAlO2的混合溶液，所以逐滴滴加H2SO4，应当先中和掉NaOH，再与NaAlO2反应生成沉淀，当硫酸过量时，Al(OH)3沉淀渐渐消逝。13．(16分)某化学爱好小组的同学设计了如图所示的装置，完成下列问题：(1)反应过程中，锌棒质量削减。(2)正极的电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu。(3)反应过程中，当一电极质量增加2g，另一电极减轻的质量大于(填“大于”“小于”或“等于”)2g。(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中供应NHeq\o\al(＋,4)和Cl－，使两烧杯溶液中保持电荷守恒。①反应过程中Cl－将进入甲(填“甲”或“乙”)烧杯。②当外电路中转移0.2mol电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是NHeq\o\al(＋,4)。解析：(3)转移0.2mol电子时，铜棒质量增加6.4g，锌棒质量削减6.5g，故反应过程中，当铜电极质量增加2g时，另一电极削减的质量大于2g。(4)反应过程中，溶液为了保持电中性，Cl－将进入甲烧杯，NHeq\o\al(＋,4)进入乙烧杯。当外电路中转移0.2mol电子时，乙烧杯中有0.1molCu2＋消耗，还剩余0.1molCu2＋，有0.2molNHeq\o\al(＋,4)进入乙烧杯，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是NHeq\o\al(＋,4)。14．(24分)(1)利用反应Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示的原电池，回答下列问题：①写出电极反应式：正极：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋；负极：Cu－2e－=Cu2＋。②图中X溶液的溶质是FeCl3(填化学式，下同)，Y溶液的溶质是CuCl2。③原电池工作时，盐桥中的阳(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。(2)限制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。请回答下列问题：①反应起先时，乙中石墨电极上发生氧化(填“氧化”或“还原”，下同)反应，电极反应式为2I－－2e－=I2。甲中石墨电极上发生还原反应，电极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。②电流计读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作正(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为I2＋2e－=2I－。(3)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O。解析：(1)①原电池中正极发生还原反应，则依据原电池反应可知正极是Fe3＋得到电子，正极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋；负极是Cu失去电子，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋。②图中碳棒是正极，铜棒是负极，因此X溶液是