高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案及答案，共21页。学案主要包含了新知学习，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
第1课时 原电池的工作原理
课程学习目标
1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
2．了解原电池的工作原理。
学科核心素养
1．以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，培养宏观辨识与微观探析的能力。
2．通过对锌铜原电池工作原理的分析，建立对电化学过程的系统分析思路，培养证据推理与模型认知的意识。
【新知学习】
一．原电池原理
1．原电池的概念和实质：
(1)概念：将__化学能__转化为__电能__的装置。
(2)实质：利用能自发进行的__氧化还原__反应把化学能转化为电能。
2．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)：
原电池工作原理示意图：
3．原电池形成的条件：
(1)闭合回路。
(2)两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作__负极__。
(3)__电解质__溶液或__熔融__电解质。
(4)自发的__氧化还原__反应。
二．原电池的应用
1．加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。
2．比较金属活动性强弱
例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。
3．设计原电池
理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
(a)外电路
负极——化合价升高的物质
正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒
(b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。
如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
【知识进阶】
一．原电池的工作原理
【问题探究】
1.在Cu­Zn­H2SO4原电池中，1 ml Zn完全反应，流经电解质溶液的电子数是多少？
0。电子只能沿着导线移动，不经过电解质溶液。
2．某原电池工作时，a电极质量增加，则该电池的电解质溶液可以是盐酸吗？
不能，因为a电极质量增加，说明该电极上应有金属析出，应是溶液中的金属阳离子得电子而析出金属，故电解质不可能是盐酸。
【知识归纳总结】
1．原电池的工作原理简图：
【注意】电子及离子的移动
(1)电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。
(2)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
(3)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
2．原电池中盐桥的作用：
(1)通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。
(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能。
3．原电池中正负极的判断方法：
【典例1】有关如图所示原电池(盐桥中吸附有KNO3饱和溶液)的叙述不正确的是( )
A．盐桥中的K＋向Cu片移动
B．电子沿导线由Cu片流向Ag片
C．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag
D．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应
【答案】A
【解析】
该原电池中，Cu为负极，Ag为正极，放电时溶液中阳离子向正极移动，即盐桥中K＋向Ag片移动，A项错误；该电池放电时电子由负极Cu片经导线流向Ag片，B项正确；正极电极反应式为：Ag＋＋e－===Ag，C项正确；Cu为负极，失电子发生氧化反应，Ag为正极，得电子发生还原反应，D项正确。
〔变式训练1〕图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SOeq \\al(2－,4))
【答案】C
【解析】
在正极Cu上，溶液中的H＋获得电子变为氢气，铜棒的质量不变，A项错误；由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，B项错误；由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，C项正确；SOeq \\al(2－,4)不参加反应，其浓度不变，D项错误。
二．原电池原理应用
【问题探究】
1．实验室常用粗锌和稀硫酸反应制备H2，请讨论为何不用纯锌？
粗锌中的锌、杂质和稀硫酸构成原电池，加快化学反应速率，而纯锌与稀硫酸反应比粗锌缓慢。
2．根据原电池原理如何比较Fe、Cu两种金属的活动性强弱？
将铁片和铜片用导线连接浸入稀硫酸中，发现铁片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，说明铁比铜活泼。
3．中和反应能够放出大量的热，有人设想将其设计成原电池，你认为他是否能成功？原因是什么？
不能；原因是中和反应不属于氧化还原反应。
【知识归纳总结】
1．比较金属活动性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
2．加快氧化还原反应的速率：
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。
3．设计原电池：
(1)分析氧化还原反应，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物，将其分成氧化反应和还原反应两个半反应。
(2)设计成无盐桥电池：发生氧化反应的物质作负极，找一种比负极不活泼的物质作正极，以与负极发生反应的溶液为电解质溶液，用导线将两个电极构成闭合回路即可。
(3)设计成有盐桥的电池：发生氧化反应的物质作负极，找一种比负极不活泼的物质作正极，以含负极氧化产物的溶液作为负极电解质溶液，以含氧化剂的溶液作为正极电解质溶液，然后用盐桥连接两个电池，用导线连接两个电极即可。
4．用于金属保护：
根据原电池的工作原理，负极金属发生氧化反应。将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
【典例2】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
____。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
【答案】2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，
负极反应：Cu－2e－===Cu2＋
【解析】依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。氧化反应为Cu－2e－===Cu2＋，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，则设计思路明确：
原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
〔变式训练2〕10 mL浓度为1 ml·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A．H2SO4 B．CH3COONa
C．CuSO4 D．Na2CO3
【答案】B
【解析】
当加入其他物质能够减慢反应速率，且不影响氢气的总量，采取的方式为降低氢离子浓度，不减小氢离子的量。A项，加入硫酸，增大氢离子物质的量，影响了氢气的总量，错误；C项，加入硫酸铜，锌置换出铜，锌与铜构成原电池，反应速率加快，错误；D项，加入Na2CO3消耗了氢离子，氢气总量减少，错误。
【效果检测】
1．（2021·黑龙江·哈尔滨三中高二月考）下列能量的转化过程中，由化学能转化为电能的是
【答案】B
【详解】
A．太阳能照明是直接将光能转变为电能的发电方式，故A错误；
B．干电池属于二次电池，放电时将化学能转化为电能，故B正确；
C．风力发电是将风能转化为机械能，再转化为电能的过程，故C错误；
D．电解熔融氯化钠是将电能转化为化学能，故D错误；
答案选B。
2．（2021·贵州遵义·高二月考）0.2ml液态肼(N2H4)在氧气中充分燃烧生成氮气和液态水，放出124.4kJ热量。下列判断错误的是
A．该反应是氧化还原反应
B．理论上可以利用该反应的原理设计燃料电池
C．该反应的热化学方程式为N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=+622kJ•ml-1
D．每生成18g水，该反应转移2ml电子
【答案】C
【详解】
A．有元素化合价发生变化的反应是氧化还原反应，该反应中有单质氧气参加，一定有氧元素的化合价发生变化，所以该反应是氧化还原反应，故A正确；
B．自发的放热的氧化还原反应可以设计成原电池，所以理论上可以利用该反应的原理设计燃料电池，故B正确；
C．燃烧0.2ml液态肼放出124.4kJ的热量，则燃烧1ml肼放出622kJ的热量，放出热量时△H为负值，所以该反应的热化学方程式为N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l) △H=-622kJ•ml-1，故C错误；
D．由C可知，每生成2ml水，即36g水，转移4ml电子，所以每生成18g水，该反应转移2ml电子，故D正确；
故选C。
3．（2021·福建·泉州现代中学高二月考）有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，导线中电子从a流向b；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：，则四种金属的活动性出强到弱的顺序是
A．dcabB．dabcC．dbacD．badc
【答案】B
【分析】
原电池中活泼金属作负极，金属与酸的反应中活泼金属反应剧烈，金属的置换反应中较活泼金属置换出较不活泼金属，以此来解答。
【详解】
有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，导线中电子从a流向b，则a为负极，可知金属性a>b；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈，说明金属性d>a；一定条件下能发生如下离子反应：，说明金属性b>c；综上所述，四种金属的活动性由强到弱的顺序是dabc，故选B。
4．（2021·贵州·贵阳市第三十七中学高二月考）某原电池的结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是
A．锌棒为正极B．铜棒为正极
C．锌棒质量增大D．电子从铜棒经外电路流向锌棒
【答案】B
【详解】
A．金属性锌强于铜，因此锌棒为负极，铜棒为正极，A错误；
B．铜棒为正极，B正确；
C．锌棒为负极，锌失去电子，锌棒质量减小，C错误；
D．锌棒为负极，铜棒为正极，电子从锌棒经外电路流向铜棒，D错误；
答案选B。
5．（2021·江苏·涟水县第一中学高二月考）某原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是
A．石墨棒为正极B．铁皮的质量反应前后不变
C．硫酸反应前后不变D．电子从石墨棒经导线流向铁片
【答案】A
【分析】
在用铁、石墨和硫酸组成的原电池装置中，铁的活泼性大于石墨的活泼性，所以铁片作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，石墨作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，以此解答。
【详解】
A．由分析可知，石墨为正极，故A正确；
B．铁片作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，质量减小，故B错误；
C．硫酸中氢离子得电子发生还原反应，故硫酸浓度减小，故C错误；
D．电子从铁片棒经导线流向石墨，故D错误。
答案选A。
6．（2021·云南·弥勒市一中高二月考）某原电池的结构如图所示，下列说法错误的是
A．Zn为该原电池的负极，发生氧化反应
B．Cu电极上的反应为Cu2++2e-=Cu
C．电子由Zn电极流出，经过溶液流入Cu电极
D．反应一段时间后，溶液的蓝色变浅
【答案】C
【详解】
A．该原电池中，锌失去电子，作负极，发生氧化反应，故A正确；
B．该原电池，铜作正极，铜离子在铜电极得到电子发生还原反应，Cu电极上的反应为Cu2++2e-=Cu，故B正确；
C．原电池工作时，电子由负极锌电极流出，经导线流向正极铜电极，电子不能进入到溶液中，故C错误；
D．反应一段时间后，溶液中的铜离子以单质的形式析出，所以溶液的蓝色变浅，故D正确；
答案选C。
7．（2021·甘肃靖远·高二期末）下列装置中，电流表指针会发生偏转的是
A．B．C．D．
【答案】D
【分析】
电流表指针发生偏转，说明形成了原电池反应，据此分析判断。
【详解】
A．两电极的构成材料相同，不能构成原电池，电流表指针不会发生偏转，故A不选；
B．两池中间不是盐桥，不能发生自发的氧化还原反应，不能形成原电池，电流表指针不会发生偏转，故B不选；
C．蔗糖是非电解质，不能形成原电池，电流表指针不会发生偏转，故C不选；
D．该装置符合原电池的构成条件，能形成原电池，锌为负极，碳棒为正极，电流表指针会发生偏转，故D选；
故选D。
8．有a、b、c、d四种金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是
A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c
【答案】C
【详解】
装置一：发生电化学腐蚀，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a＞b；
装置二：发生化学腐蚀，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b＞c；
装置三：发生电化学腐蚀，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d＞c；
装置四：发生电化学腐蚀，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d＞a；
所以这四种金属的活动性顺序d＞a＞b＞c，
故选：C。
9．（2021·福建·泉州现代中学高二月考）全钒氧化还原液流电池是一种新型绿色的二次电池，具有容量和功率可调、大电流无损深度放电、使用寿命长、易操作和维护等优点，其放电时的工作原理如图所示，下列叙述正确的是
A．B为该原电池的正极
B．该电池放电时H+向B极室迁移，起到了导电作用
C．A极的电极反应式为：VO+2H++e—=VO2++H2O
D．反应过程中，每转移1ml电子，正极区n(H+)的变化量为2ml
【答案】C
【分析】
由图可知，A极为电池的正极，酸性条件下，VO在正极得到电子发生还原反应生成VO2+，电极反应式为VO+2H++e—=VO2++H2O，B极为负极，V2+离子在负极失去电子发生氧化反应生成V3+离子，电极反应式为V2+—e—= V3+，放电的总反应为VO+2H++ V2+= VO2++ V3++H2O。
【详解】
A．由分析可知，B极为原电池的负极，故A错误；
B．电池放电时，氢离子透过氢离子交换膜向正极A极室迁移，起到了导电作用，故B错误；
C．由分析可知，A极为电池的正极，酸性条件下，VO在正极得到电子发生还原反应生成VO2+，电极反应式为VO+2H++e—=VO2++H2O，故C正确；
D．由分析可知，反应过程中，每转移1ml电子，正极消耗2ml氢离子，有1ml氢离子通过氢离子交换膜进入正极区，则正极区氢离子的变化量为1ml，故D错误；
故选C。
10．如图所示是和形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下。则卡片上的描述合理的是
，实验后的记录：
①为正极，为负极
②极上有气泡产生，发生还原反应
③向极移动
④若有0.5电子流经导线，则可产生0.25气体
⑤电子的流向是：
⑥正极反应式：，发生氧化反应
A．①②④B．②④C．②③④D．③④⑤
【答案】A
【分析】
Zn和Cu形成的原电池中，Zn比Cu活泼，Zn作负极，发生 Zn-2e-=Zn2+； Cu电极为正极，发生2H++2e-=H2↑，总电池反应Zn+2H+=Zn2++H2↑，电子由负极流向正极，阴离子向负极移动。
【详解】
①根据分析可知，Zn为负极，Cu为正极，故①正确；
②根据分析，Cu电极上发生的电极反应为：2H++2e-=H2↑，所以Cu极上有气泡产生，发生还原反应，故②正确；
③原电池中，阴离子向负极移动，Zn为负极，则向Zn极移动，故③错误；
④由2H++2e-=H2↑可知，有0.5ml电子流向导线，产生氢气0.25ml，故④正确；
⑤原电池外电路，电子由负极经导线流向正极，电流与电子运动方向相反，电流由正极流向负极，Zn为负极，Cu为正极，则电流的流向是：Cu→Zn，故⑤错误；
⑥根据分析，负极反应式:Zn-2e-= Zn2+，发生氧化反应，正极反应式：2H++2e-=H2↑，发生还原反应，故⑥错误；
综上所述①②④正确，故选A。
11．（2020·河南郑州·高二期中）用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气的生成速率加大的是
A．不用铁片，改用铁粉B．加热
C．滴加几滴CuSO4溶液D．不用稀硫酸，改用98%浓硫酸
【答案】D
【详解】
A．改用铁粉后，Fe与硫酸反应接触面积增大，反应速率加快，A不符合题意；
B．加热后物质的内能增大，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快，B不符合题意；
C．滴加几滴CuSO4溶液后Fe与CuSO4溶液发生置换反应产生Cu单质，Fe、Cu、稀硫酸构成原电池反应，使反应速率大大加快，C不符合题意；
D．浓硫酸具有强氧化性，在室温下遇Fe后，在金属Fe表面产生一层致密的氧化物保护膜，阻止金属的进一步氧化，即发生钝化现象，因此反应不再进行，故反应速率大大降低，D符合题意；
故合理选项是D。
12．（2021·安徽·高二月考）NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图所示的装置对NO2进行回收利用，装置中a、b均为多孔石墨电极。下列说法错误的是
A．a为电池的负极，发生氧化反应
B．电子流向a电极→用电器→b电极→溶液→a电极
C．一段时间后，a极附近HNO3浓度增大
D．电池总反应为4NO2+O2+2H2O=4HNO3
【答案】B
【详解】
A．燃料电池，O2在正极发生还原反应，NO2在负极发生氧化反应，A正确
B．“电子不入水”，溶液中是离子的定向移动，B错误；
C．a极区发生反应：4NO2-4e- +4H2O=8H++4，a极产生了硝酸，C正确；
D．a极区发生反应：4NO2-4e- +4H2O=8H++4，b极区发生反应：O2+4H+ +4e-=2H2O，根据两极得失电子守恒，可得总反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3，D正确；
故选B。
13．（2021·山东省济钢高级中学高二月考）已知可逆反应：AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O。据此设计出如图所示的实验装置，其中C1、C2均为铂电极，A烧杯中为KI溶液，B烧杯中为Na3AsO4溶液。以下关于该装置的说法错误的是
A．盐桥中的阳离子向B烧杯移动
B．电流的方向由C2极到C1极
C．电流表读数为0时，再向B烧杯中滴加浓NaOH溶液，C2作正极
D．电流表读数为0时，表明该可逆反应达到了平衡状态
【答案】C
【详解】
A．AsO得到电子，碘离子失去电子，所以C1极是负极，C2极是正极，因此盐桥中的阳离子向B烧杯移动，故A正确；
B．C1极是负极，C2极是正极，因此电流的方向由C2极到C1极，故B正确；
C．电流表读数为0时，再向B烧杯中滴加浓NaOH溶液，氢离子浓度减小，反应逆向进行，单质碘作氧化剂，所以C1极是正极，C2作负极，故C错误；
D．该反应为可逆反应，当反应达到平衡状态时，各物质的浓度不再改变，则没有电流通过电流计，所以电流计读数为零，故D正确；
故选C。
14．（2021·山东省实验中学高二期中）一种生产和利用氢能的途径如图所示，下列说法错误的是
A．氢能是利用太阳能等产生的，故属于二次能源
B．图中能量转化的方式至少有五种
C．太阳能、风能、氢能都属于新能源
D．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同
【答案】D
【详解】
A．氢能是利用太阳能等产生的，故属于二次能源，选项A正确；
B．图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能与化学能的相互转化，电能与光能、热能的转化等，选项B正确；
C．太阳能、风能、氢能都属于新能源，选项C正确；
D．太阳能电池的供电原理实际是热能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以二者是不相同的，选项D错误；
答案选D。
15．（2021·浙江台州·高二期中）下图是利用原电池原理提取碘的两个实验装置，下列说法中正确的是
A．两个装置中，石墨Ⅰ和石墨Ⅱ均作负极
B．装置①中MnO2的电极反应式为
C．碘元素在装置①中被还原，在装置②中被氧化
D．装置①、②中反应分别生成等量的I2时，导线上通过的电子数之比为1：1
【答案】B
【详解】
A．装置①中碘离子失去电子，石墨I为负极；装置②中碘酸钠得电子石墨II作正极，所以两个装置中石墨I作负极而石墨II作正极，故A错误；
B．装置①中MnO2电极是正极，二氧化锰得到电子，反应的电极反应式为，故B正确；
C．装置①中碘离子失去电子，被氧化；在装置②中碘酸钠得电子被还原，故C错误；
D．装置①中碘离子失去电子，1ml碘化钠失去1ml电子；装置②中碘酸钠得电子，1ml碘酸钠得到5ml的电子，所以反应①、②中生成等量的I2时导线上通过的电子数之比为1：5，故D错误；
故选B。
16．（2021·浙江省开化中学高二期中）氨不仅应用于化肥生产，也可以应用于能源领域，与氢氧燃料电池比，氨氧燃料电池有其独特优势，某研究小组设计的氨氧燃料电池装置如图，下列有关说法正确的是
A．电极2为负极，发生氧化反应
B．电极1的电极反应式为：2NH3-6e-=N2↑+6H+
C．放电过程中溶液中的OH-朝正极移动
D．标准状况下，2.24 LO2参加反应，转移电子数为0.4NA
【答案】D
【详解】
A．根据图示可知：在电极1上NH3失去电子变为N2、H2O，则电极1为负极；在电极2上O2得到电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故电极2为正极，A错误；
B．电解质溶液显碱性，不可能大量存在H+，B错误；
C．在放电过程中溶液中的OH-向正电荷较多的负极移动，C错误；
D．标准状况下，2.24 LO2的物质的量是0.1 ml，若其参加反应，电子转移的物质的量是0.1 ml×4=0.4 ml，则转移的电子数目是0.4NA，D正确；
故合理选项是D。
17．设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。
（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：___________。
（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：
①负极：___________
②正极：___________。
（3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
【答案】
（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（2） Cu-2e-=Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋
（3）
【分析】
（1）Fe3+具有强氧化性，会将Cu单质氧化变为Cu2+，其本身被还原产生Fe2+，反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。
（2）原电池的负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应，因此要将上述反应设计为原电池，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2＋；正极反应式为：2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋。
（3）①若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极，含有Fe3+的溶液如FeCl3为电解质溶液，若不含有盐桥，则装置图为：；
②若将上述反应设计为原电池，Cu为负极，活动性比Cu弱的电极如石墨为正极。若含有盐桥，则Cu电极插入含有Cu2+的电解质溶液如CuCl2溶液中；正极石墨插入含有Fe3+的溶液如FeCl3溶液中，则装置图为。
18．（2021·陕西商洛·高二期末）生活中，电池无处不在。形式多样化的电池，满足不同的市场需求。下列是几种不同类型的原电池装置。
(1)某实验小组设计了如图甲所示装置：a为铝棒，b为镁棒。
①若容器中盛有溶液，a极为_______(填“正极”或“负极”)；b极附近观察到的现象是_______。
②若容器中盛有浓硫酸，b极的电极反应式是_______，导线中电子的流动方向是_______(填“a→b”或“b→a”)。
(2)铜—银原电池装置如图乙所示，下列有关叙述正确的是_______(填标号)。
A．银电极上发生还原反应
B．电池工作一段时间后，铜极的质量增加
C．取出盐桥后，电流计依旧发生偏转
D．电池工作时，每转移0.1ml电子，两电极的质量差会增加14g
(3)乙烯是水果的催熟剂，又可用作燃料，由和组成的燃料电池的结构如图丙所示。
①乙烯燃料电池的正极反应式是_______。
②物质B的化学名称为_______。
③当消耗2.8g乙烯时，生成物质B的体积为_______L(标准状况下)。
【答案】负极 有气泡产生 AD 二氧化碳 4.48
【详解】
(1)①若容器中盛有溶液，Al和NaOH溶液反应，Mg和NaOH溶液不反应，因此a极(Al)为负极；b极(正极)附近观察到的现象是有气泡产生；故答案为：负极；有气泡产生。
②若容器中盛有浓硫酸，Al和浓硫酸发生钝化，Mg为负极，因此b极的电极反应式是，导线中电子的流动方向是负极(b)到正极(a)；故答案为：；。
(2)A．铜—银原电池中铜为负极，银为正极，因此银电极上发生还原反应，故A正确；B．铜为负极，铜极的质量减少，故B错误；C．取出盐桥后，不能形成原电池，因此电流计不能偏转，故C错误；D．电池工作时，每转移0.1ml电子，铜溶解0.05ml，生成银0.1ml，则两电极的质量差会增加0.05ml×64 g∙ml−1＋0.1×108 g∙ml−1=14g，故D正确；综上所述，答案为：AD。
(3)①乙烯燃料电池的负极是乙烯反应，正极是氧气反应，其正极反应式是；故答案为：。
②乙烯在酸性条件下反应生成二氧化碳，因此物质B的化学名称为二氧化碳；故答案为：二氧化碳。
③根据C2H4～2CO2，因此消耗2.8g乙烯即0.1ml时，生成物质B的物质的量为0.2ml，即体积为0.2ml×22.4 L∙ml−1=4.48L；故答案为：4.48。
19．（2021·福建·永安市第三中学高中校高二月考）I.某研究性学习小组根据反应设计如图原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为，溶液的体积均为，盐桥中装有饱和溶液。
回答下列问题：
（1）此原电池的负极是石墨___________(填“a”或“b”)，电池工作时，盐桥中的移向___________(填“甲”或“乙”)烧杯。
（2）正极反应式为：___________。
II.
（3）下列反应通过原电池装置，可实现化学能直接转化为电能的是___________(填序号)。
A．2H2+O22H2O B．CaO+H2O=Ca(OH)2 C．Fe+Cu2+=Cu+Fe2+
（4）双液原电池的作用___________。
A、能量转化率高 B、能提供持续稳定的电流 C、形成闭合回路
【答案】
（1） b 乙
（2）
（3）AC
（4）ABC
【解析】
（1）由电池的总反应可知，KMnO4为氧化剂，得电子作为正极的反应物，FeSO4为还原剂，失电子作为负极的反应物，因此负极为石墨b；原电池中，阴离子向负极移动，故移向乙烧杯；
（2）正极得电子生成Mn2+，电极反应为；
（3）原电池的反应为自发的氧化还原反应。
A．反应2H2+O22H2O中有H、O元素化合价的变化，是自发的氧化还原反应，A符合题意；
B．反应CaO+H2O=Ca(OH)2中没有化合价的变化，不是氧化还原反应，B不符合题意；
C．反应Fe+Cu2+=Cu+Fe2+中有Fe、Cu元素化合价的变化，是自发的氧化还原反应，C符合题意；
故选AC。
（4）A．双液原电池将正极区和负极区分开，防止两极的物质直接反应，提高能量转化率，A正确；
B．双液原电池中两极反应能持续进行，能提供持续稳定的电流，B正确；
C．双液原电池中通过盐桥形成闭合回路，使电池稳定工作，C正确；
故选ABC。
20．（2021·河南·高二期中）人们的日常生活和工农业生产都离不开电能，当今世界电能的开发和利用已是科学工作者十分重视的课题。
(1)可自发进行，据此设计的下列实验装置中属于原电池，且电池工作时可发生上述反应的是___________(填序号)。
A． B． C． D．
(2)上述D装置若能构成原电池，其盐桥的作用是___________(回答两点)，盐桥中物质能不能改用含的琼胶？并说明理由：___________。
(3)在某新型催化剂作用下可形成新型燃料电池，其工作原理如图。
①Y极的电极反应式为___________。
②当有电子通过负载时，X极生成的体积为___________L(标准状况)。
【答案】BD 平衡电荷，形成闭合回路(合理即可) 不能，因为盐桥中的会与反应生成沉淀，使盐桥失去作用 11.2
【分析】
，铜作负极，Ag+作电解液，盐桥平衡电荷，形成闭合回路；在某新型催化剂作用下可形成新型燃料电池，乙醇作负极，氧气得电子作正极，根据电子转移数与CO2的关系式计算。
【详解】
(1)A．，故A不符；
B．铜作负极，发生，故B符合；
C．不能构成闭合回路，故C不符；
D．铜作负极，发生，通过盐桥形成闭合回路，故D符合；
故答案为：BD；
(2)上述D装置能构成原电池，其盐桥的作用是平衡电荷，形成闭合回路(合理即可)(回答两点)，盐桥中物质不能改用含的琼胶，理由：因为盐桥中的会与反应生成沉淀，使盐桥失去作用。故答案为：平衡电荷，形成闭合回路(合理即可)；不能，因为盐桥中的会与反应生成沉淀，使盐桥失去作用；
(3)①Y极的氧气得电子，电极反应式为。故答案为：；
②当有电子通过负载时，，V==11.2L， X极生成的体积为11.2L(标准状况)。故答案为：11.2。装置图
电极名称
负极
正极
电极材料
__锌__片
__铜__片
电极反应
__Zn－2e－===Zn2＋__
__Cu2＋＋2e－===Cu__
反应类型
__氧化__反应
__还原__反应
电子流向
由__锌__片沿导线流向__铜__片
离子迁移方向
阴离子向__负极__迁移；阳离子向__正极__迁移
电池反应方程式
__Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu__
两类装置
的不同点
还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗
Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故能量转化率高，电流稳定，持续时间长
①化合价升高的物质
负极：Cu
②活泼性较弱的物质
正极：C
③化合价降低的物质
电解质溶液：FeCl3
示意图
A．太阳能照明
B．干电池工作
C．风力发电
D．电解熔融氯化钠
实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
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
①不含盐桥
②含盐桥
___________
___________