基础课时落实(四)　原电池的工作原理

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．下列关于原电池的说法中，正确的是(　　)

A．任何化学反应理论上都能设计成原电池

B．原电池工作时，阳离子向负极移动

C．原电池的负极发生氧化反应

D．原电池工作时，电子通过电解质溶液流向正极

C　[A．自发进行的放热的氧化还原反应能设计成原电池，非氧化还原反应一定不能设计成原电池，故A错误；B．原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故B错误；C．原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故C正确；D．原电池工作时，电子从负极经导线流向正极，溶液中存在离子的定向迁移，电解质溶液中不存在电子的移动，故D错误。]

2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是(　　)

A　　　　　B

C　　　　　　D

A　[装置B、C中无化学反应发生；D不能形成闭合回路；只有A能形成原电池，铜电极上有氢气产生。]

3．如图是Zn和Cu形成的原电池，则下列结论中正确的是(　　)

①铜为阳极，锌为阴极；②铜极上有气泡；③SO向铜极移动；④若有0.5 mol 电子流经导线，则可产生0.25 mol气体；⑤电子的流向是铜到锌；⑥正极反应式：Cu＋2e－===Cu2＋。

A．①②③　　　　　 B．②④

C．④⑤⑥   D．④⑤

B　[①Cu为正极，Zn为负极，故①错误；

②Cu极上氢离子得电子生成氢气，铜极上有气泡，故②正确；

③SO向负极(Zn极)移动，故③错误；

④由2H＋＋2e－===H2↑可知，若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体，故④正确；

⑤电子的流向是Zn→Cu，故⑤错误；

⑥正极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，故⑥错误；②④正确，答案选B。]

4．根据Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu的反应原理所设计原电池装置，正确的是(　　)

A．   B．

C．   D．

D　[A．该装置中锌为负极，铜为正极，电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，故A错误；B．镁的金属性比锌的活泼性强，所以该装置的总反应为Mg＋Cu2＋===Mg2＋＋Cu，故B错误；C．电解质溶液为氯化铁溶液，则该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，故C错误；D．该电池电解质溶液为硫酸铜溶液，Zn为负极，Cu为正极，电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故D正确。]

5．将反应Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是(　　)

Cu(NO3)2溶液　AgNO3溶液

A．KNO3盐桥中的K＋移向Cu(NO3)2溶液

B．该原电池可使用KCl盐桥

C．工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大

D．取出盐桥后，电流计的指针依然发生偏转

C　[该原电池中Cu为负极，Cu极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Ag为正极，Ag极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。A项，KNO3盐桥中的K＋移向正极，移向AgNO3溶液，错误；B项，KCl与AgNO3反应生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，错误；C项，负极反应生成的Cu2＋进入Cu(NO3)2溶液中，工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大，正确；D项，取出盐桥后，不能形成闭合回路，电流表的指针不会发生偏转，错误；答案选C。]

6．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(　　)

甲　　　　　　　乙

A．均发生了化学能转化为电能的过程

B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物

C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu

D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高

B　[两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化为电能的过程，故A正确；根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，故B错误；锌作负极，电子从负极经导线流向正极，故C正确；图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，故D正确。]

7．在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是(　　)

A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大

B．a是正极，b是负极

C．导线中有电子流动，电子从a极流向b极

D．a极上发生了氧化反应

B　[a为活泼金属，比碳棒活泼，作负极。]

8．根据下式表示的氧化还原反应设计一个原电池：Zn(s)＋Fe2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋Fe(s)

(1)装置采用烧杯和盐桥，画出此原电池装置的简图：________。

(2)注明外电路的电子流向________。

(3)写出2个电极上的电极反应______________、___________。

[解析]　(1)由分析知装置图为：

，

负极：Zn－2e－===Zn2＋　正极：Fe2＋＋2e－===Fe

(2)外电路中，电子从负极流向正极，从锌流向铁；

(3)负极上锌发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极电极反应式为Fe2＋＋2e－===Fe。

[答案]　

(1)

(2)从负极流向正极，从锌流向铁

(3)Zn－2e－===Zn2＋　Fe2＋＋2e－===Fe

9．为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题：

(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_______________________________

________________________________________________________________，

电池总反应式为__________________________________________________。

(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成________，铜和铜盐溶液组成________，中间通过盐桥连接起来。

(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向________移动，硫酸铜溶液中SO向________移动。

(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________的定向移动来导电的。在工作时，K＋移向________。

[解析]　(1)该装置为锌铜原电池，总反应式为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，电池工作时，观察到①锌片不断溶解，②铜片上有红色物质析出，③电流表指针发生偏转。(2)Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。(3)电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极或锌电极移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动。(4)盐桥中，K＋向正极区或CuSO4溶液移动，Cl－向负极区或ZnSO4溶液移动，这样依靠离子的定向移动形成闭合回路而导电。

[答案]　(1)锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu　(2)锌半电池　铜半电池　(3)锌电极(或负极)　盐桥　(4)离子　正极区(或CuSO4溶液)

10．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 mol·L－1NaOH溶液中，如图所示。

甲　　　　　乙

(1)写出甲池中发生的有关电极反应式：

负极_________________________________________________________，

正极_______________________________________________________。

(2)乙池中负极为________，正极发生________反应，总反应的离子方程式为_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________(填写元素符号，下同)金属活动性更强，而乙会判断出________金属活动性更强。

(4)由此实验，可得到如下哪些结论？________(填字母)。

A．利用原电池反应判断金属活动性顺序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表已过时，已没有实用价值

D．该实验说明化学研究对象复杂，反应条件多变，应具体问题具体分析

(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：___________________________________

_______________________________________________________________。

[解析]　(1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。

(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。

(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极。若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg金属活动性强，乙判断Al金属活动性强。

[答案]　(1)Mg－2e－===Mg2＋　2H＋＋2e－===H2↑

(2)Al　还原　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑

(3)Mg　Al　(4)AD

(5)不可靠　根据电路中电流的方向或电子转移的方向

[拓展培优练]

11．已知反应2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag可设计成如图所示的原电池。普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液，根据这一物理化学特点，科学家利用该电池发明了电动势法测水泥的初凝时间。下列有关说法正确的是(　　)

A．电子方向从Cu→Ag2O→电解质溶液→Cu，形成闭合回路

B．正极的电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－===2Ag＋H2O

C．2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量低于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量

D．电池工作时，OH－向Cu极移动

D　[A．原电池工作时，电子由负极Cu流出、经过导线流向正极Ag，不能进入溶液中，故A错误；B．由电池反应方程式2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag知，较不活泼的金属银作正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B错误；C．因为原电池的构成条件之一为自发的放热的氧化还原反应，所以该反应为放热反应，则2 mol Cu与1 mol Ag2O的总能量大于1 mol Cu2O与2 mol Ag的总能量，故C错误；D．该原电池中Cu作负极、Ag作正极，原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即OH－向Cu极移动，故D正确。]

12．某同学设计如下原电池，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．该装置将化学能转化为电能

B．负极的电极反应是：Ag ＋I－－e－===AgI

C．电池的总反应是Ag＋ ＋I－===AgI

D．盐桥(含KNO3的琼脂)中NO从左向右移动

D　[A．经分析，该装置是原电池装置，则该装置将化学能转化为电能，A正确；B．根据电子的移动方向，可以推断出左侧电极为负极，该电极反应为：Ag ＋I－－e－===AgI，B正确；C．该电池中，表面上看，只有Ag＋和I－反应，所以总反应是Ag＋ ＋I－===AgI，C正确；D．左侧电极为负极，右侧电极为正极，NO带负电荷，向负极移动，所以应该是从右向左移动，D错误。]

13．某同学设计了如图所示的盐桥式原电池，下列说法正确的是(　　)

A．X若为Fe、Y可以为Na2SO4溶液

B．X若为Cu、Y可以为AgNO3溶液

C．电子由X电极经盐桥流向Ag电极

D．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动

B　[若X若为Fe、Y为Na2SO4溶液不能构成带盐桥的原电池，A答案错，C选项中盐桥内部是靠离子移动导电，非自由电子。 D 选项中根据左边为负极，Cu失电子，正电荷增多，应该是盐桥中的Cl－移动过来，才能保持电荷守恒，K＋应向右侧烧杯移动。]

14．(易错题)图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　)

甲　　　　　　　　乙

A．甲中电池总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．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性

D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出

B　[由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。]