高考化学一轮复习题组训练6.2原电池化学电源1含解析

原电池 化学电源

原电池的工作原理

1.某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是              (　　)

A.该原电池的正极反应式为Cu2++2e-Cu

B.甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅

C.盐桥中的S移向甲烧杯

D.若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转

【解析】选B。正极Fe3+得电子,发生还原反应,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,A错;左边烧杯中发生Fe3++e-Fe2+,则左边烧杯中溶液的红色逐渐变浅,B正确;阴离子向负极移动,C错;若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,可氧化Cu,Cu为负极,电流表指针偏转方向不变,D错。

2.(2019·顺义区模拟)实验小组探究铝片作电极材料时的原电池反应,实验如下:

下列说法不正确的是 (　　)

A.实验①中,镁片作原电池的负极

B.实验②中,初始时的实验现象对应的原电池反应为2Mg+O2+2H2O2Mg(OH) 2

C.实验②中,一段时间后,铝片发生的电极反应式为Al-3e-Al3+

D.实验①～③可推知,铝片作电极材料时的原电池反应与另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2等因素有关

【解析】选C。实验①中,电解质溶液为盐酸,镁和铝都可以和盐酸反应,但是金属镁更活泼为负极,故A正确;实验②中,初始时镁为负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2↓,Al为正极,溶解的氧气在此电极得电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,电池总反应2Mg+O2+2H2O

2Mg(OH)2,故B正确;实验②中,一段时间后,铝为负极失电子发生氧化反应,电极反应式为2Al+8OH--6e-2Al+4H2O,镁为正极,氢离子在此电极得电子发生还原反应,电极反应式为6H2O+6e-3H2↑+6OH-,故C错误; 实验①～③可推知,铝片作电极材料时的原电池反应与另一个电极的电极材料、溶液的酸碱性、溶液中溶解的O2等因素有关,故D正确。

3.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是 (　　)

A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极

B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑

C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+

D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑

【解析】选B。②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;②中电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑,负极反应式为2Al+8OH--6e-2Al+4H2O,二者相减得到正极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2↑,B项正确;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子作负极,A、C两项错误;④中Cu是正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。

【归纳提升】

1.构建原电池思维模型

2.原电池中正、负极判断的5种方法

判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化还原反应进行分析,如图:

注意:原电池的正负极与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关,不要形成思维定式——活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,Mg为正极。

原电池原理的应用

4.一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时,为了加快反应速率又不影响生成H2的总量,可采取的措施是              (　　)

A.加入少量稀NaOH溶液

B.加入少量CH3COONa固体

C.加入少量NH4HSO4固体

D.加入少量CuSO4溶液

【解析】选D。A中加入NaOH溶液,消耗盐酸,H2的生成量会减少,错误;B中加入CH3COONa固体,在溶液中CH3COO-会结合H+生成醋酸,减慢反应速率,错误;C中加入NH4HSO4固体,增加了H+的量,生成的H2会增多,错误;D中加入少量CuSO4溶液,Zn置换出少量Cu附着在锌表面,形成原电池可以加快反应速率,并且不影响H2的生成量,正确。

5.有A、B、C、D四种金属,做如下实验:①将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀;②将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中,D比A反应剧烈;③将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是              (　　)

A.A>B>C>D B.C>D>A>B

C.D>A>B>C　 D.A>B>D>C

【解析】选C。①A与B用导线连接后浸入电解质溶液中会构成原电池,B不易腐蚀,说明B为原电池的正极,说明金属活动性:A>B;②A、D与等物质的量浓度的盐酸反应,D比A反应剧烈,说明金属活泼性:D>A;③根据置换反应规律,Cu不能置换出B,说明金属活泼性:B>Cu;Cu能置换出C,说明金属活动性:Cu>C。则四种金属活动性的排列顺序是D>A>B>C。

6.能量之间可相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。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(见图),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______________________________。 

【解析】以Zn和Cu作电极为例分析,如果不用盐桥,则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2+的置换反应,反应放热,会使部分化学能以热能形式散失,使其不能完全转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的直接接触,从而避免能量损失,提供稳定电流。

答案:(1)如图所示

(2)电极逐渐溶解,表面有红色固体析出

(3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应,化学能在转化为电能时损耗较小

【归纳提升】

原电池设计类试题的解题思路

(1)利用氧化还原反应知识判断题给总反应中的氧化反应、还原反应。

(2)选择合适的电极材料和电解质溶液。

(3)画出原电池装置图。画图时应注意:电极材料、电解质溶液、简易装置图和带有盐桥的装置图的区别等。

聚焦“盐桥”原电池

7.如图为锌铜原电池装置图,下列说法不正确的是 (　　)

A.电子经导线由Zn极流向Cu极

B.该装置的总反应Zn+Cu2+Zn2++Cu

C.一段时间后,A池带正电荷,B池带负电荷

D.取出盐桥,电流表指针不再偏转

【解析】选C。原电池电子从负极流向正极,A项正确;该电池负极为锌,电解质溶液是硫酸铜溶液,总反应Zn+Cu2+Zn2++Cu,B项正确;盐桥中阳离子移向B池,阴离子移向A池,起到平衡电荷的作用,故A池和B池中溶液仍然保持电中性,C项错误;取出盐桥后,不再是闭合回路,电流表指针不再偏转,D项正确。

8.(2020·桂林模拟)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液,电池工作一段时间后,甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是              (　　)

A.b极是电池的正极

B.甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯

C.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小

D.电池的总反应离子方程式为Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O

【解析】选D。由Mn元素的化合价降低,得到电子,Fe元素的化合价升高,失去电子,则b为负极,a为正极,所以总的电极反应为2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4

2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,结合原电池中负极发生氧化反应,电流从正极流向负极,阴离子向负极移动。由于Fe2+在b电极失去电子,发生氧化反应,所以b极是电池的负极,A错误; K+向正极移动,所以乙烧杯中K+经盐桥流向甲烧杯,B错误;甲烧杯中(a电极)Mn获得电子,发生还原反应,锰元素的化合价降低,电极反应为Mn+8H++5e-Mn2++4H2O,所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大,C错误;由总的电极反应可知:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,反应的离子方程式为Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O,D正确。

【加固训练】

　　某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了盐桥式的原电池,如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是              (　　)

A.甲烧杯的溶液中发生还原反应

B.乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+

C.外电路的电流方向为从b到a

D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯

【解析】选C。A项,甲烧杯中发生的反应为Fe2+-e-Fe3+,为氧化反应,错误;B项,乙烧杯中发生还原反应,得到电子,错误;C项,a极为负极,b极为正极,外电路的电流由b→a,正确;D项,S向负极移动,即移向甲烧杯,错误。