高中第1章 化学反应与能量转化第2节 化学能转化为电能——电池第1课时课时训练

课时分层作业(三)　原电池的工作原理

 (建议用时：40分钟)

[合格过关练]

1．下列装置可以形成原电池的是(　　)

　A　　　　B　　　C　　　　　D

A　[选项B中两个电极都是Ag，选项C中酒精不是电解质，选项D中不能形成闭合回路。]

2．理论上不能设计为原电池的化学反应是(　　)

A．CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH<0

B．HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)　ΔH<0

C．2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH<0

D．2FeCl3(aq)＋Fe(s)===3FeCl2(aq)　ΔH<0

B　[原电池反应均是自发进行的放热的氧化还原反应，选项A、C、D均属氧化还原反应，理论上可以设计成原电池，而选项B是非氧化还原反应，不能设计成原电池。]

3．如图为铁、铜水果电池装置示意图，下列说法不正确的是

(　　)

A．铜片为正极

B．铁片上发生氧化反应

C．负极反应：Fe－2e－===Fe2＋

D．电子由铜片沿导线流向铁片

D　[在铁、铜水果电池中，较活泼的铁作负极，Fe－2e－===Fe2＋，发生氧化反应，电子由铁片沿导线流向铜片，A、B、C正确，D不正确。]

4．有关电化学知识的描述正确的是(　　)

A．CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

C．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

D．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

C　[CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，不能设计成原电池，A错误；原电池的电极也可以是碳棒，B错误；正极表面也可能产生固体也可能无明显变化，D错误。]

5．有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接后放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡产生；③N、E用导线连接后放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则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＞P

C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N

A　[由①知，还原性：M＞N；由②知，M为原电池正极，故还原性：P＞M；由③知，N为原电池负极，故还原性：N＞E。综上所述，还原性：P＞M＞N＞E。]

6．已知空气－锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；石墨：O2＋H2O＋2e－===2OH－。据此可推断出锌片是(　　)

A．负极，被氧化   B．负极，被还原

C．正极，被氧化 D．正极，被还原

A　[Zn失电子，化合价升高，发生氧化反应，故Zn为负极。]

7．(双选)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是(　　)

A．电极Ⅰ上发生还原反应，该电极作原电池的正极

B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu

C．该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋

D．盐桥中装有含琼脂的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子

AC　[电极Ⅰ上铁离子得到电子发生还原反应，该电极作原电池的正极，A项正确。电极Ⅱ为原电池的负极，发生氧化反应，即Cu－2e－===Cu2＋，B项错误。该装置中发生的氧化还原反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，C项正确。盐桥中的电解质电离出的离子发生定向移动进而形成电流，即盐桥中移动的是离子，D项错误。]

8．如图装置，在盛水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈) (　　)

A．铁圈和银圈左右摇摆不定

B．保持平衡状态不变

C．铁圈向下倾斜

D．银圈向下倾斜

D　[构成原电池，较活泼的铁作负极，失去电子，发生氧化反应生成亚铁离子，质量减小；较不活泼的银作正极，铜离子在正极得到电子，发生还原反应生成铜，在银圈上析出，质量增加，所以铁圈向上倾斜，银圈向下倾斜，D正确。]

9．(双选)根据下图原电池装置，可判断出下列离子方程式中错误的是(　　)

A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)

B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)

C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)

D．Co2＋(aq)＋2Ag(s)===2Ag＋(aq)＋Co(s)

AD　[从两个原电池的电极可以判断出三种金属的活动性关系为Cd>Co>Ag，则氧化性关系为Cd2＋<Co2＋<Ag＋，根据氧化还原反应规律知A、D项错误。]

10．将铜片和银片用导线连接插入硝酸银溶液中，当线路中有0.2 mol的电子发生转移时，负极质量的变化是(　　)

A．增加6.4 g   B．增加2.16 g

C．减轻6.4 g D．减轻2.16 g

C　[构成的原电池中负极是单质铜失去电子变成铜离子进入溶液，每mol铜失去2 mol电子，所以负极有0.1 mol 铜失去电子变成Cu2＋进入溶液，质量减轻6.4 g。]

11．利用反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：

(1)该原电池的负极材料是______，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。

(2)X是________，Y是________。

(3)正极上出现的现象是_________________________________________。

(4)在外电路中，电子从________(填写电极材料)极流向________极。

[解析]　在反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋中，Cu作还原剂，即为原电池的负极材料，失去电子，发生氧化反应；Ag＋作氧化剂，在原电池的正极得电子，故银棒上有银白色物质析出。左右两个烧杯中的电解质溶液依据其中的电极材料选择，在双液原电池中，电极材料中的金属元素一般与电解质溶液中的相同，故X是CuSO4溶液或其他可溶性铜盐溶液，Y是AgNO3溶液。

[答案]　(1)Cu　氧化

(2)CuSO4[CuCl2、Cu(NO3)2等可溶性铜盐也可]溶液　AgNO3溶液

(3)银棒上有银白色物质析出　(4)Cu　Ag

12．由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如图所示。

(1)原电池的负极反应式为__________________________________________

________________________________________________________________；

正极反应式为____________________________________________________。

(2)电流的方向是_________________________________________________。

(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗 ________g锌，有________个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是________________________(设溶液体积不变)。

[解析]　(3)产生＝0.075 mol H2，通过0.075 mol×2＝0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4，所以m(Zn)＝0.075 mol×65 g·mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝＝0.75 mol·L－1。

[答案]　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑

(2)由Cu极流向Zn极

(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol·L－1

13．(素养题)如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，甲、乙两同学在确定电池的正、负极时发生了争执，甲认为Fe比Pb活泼，Fe应为负极；乙认为Fe在浓硝酸中钝化，Pb应为负极。

(1)丙同学认为将浓硝酸换成另一种溶液，根据检流计指针偏转的情况可判断甲与乙谁的观点对。则换成的另一种溶液可以是________，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向________(填“相同”或“不相同”)，则证明甲同学的观点对。

(2)若在Fe、Pb足量的情况下，观察到后来检流计指针反方向偏转，该现象支持_____(填“甲”或“乙”)同学的观点，检流计指针反方向偏转的原因是___

____________________________________________________________________。

[解析]　已知对比实验中原电池的正、负极，将对比实验中检流计指针的偏转方向与图示原电池中检流计指针的偏转方向对照，来确定图示原电池的正、负极。若证明甲同学的观点正确，则需将浓硝酸换成能与铁和铅都反应的酸溶液，但不能使铁发生钝化，因此该酸溶液可以是稀硫酸或稀盐酸。

[答案]　(1)稀硫酸或稀盐酸(合理即可)　相同

(2)乙　开始时，Pb作负极失电子，电子经导线流向Fe极；随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，Fe作负极失电子，电子经导线流向Pb极

[素养培优练]

14．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是(　　)

A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋

B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH===[Al(OH)4]－

C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

D．常温下，由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===

Cu2＋

C　[Al、Cu、稀硫酸组成的原电池中，较活泼金属Al为负极，A正确；因为Mg与NaOH溶液不反应，故Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池中，Al为负极，发生氧化反应，B正确；因Fe比Cu活泼，Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池时，Fe失电子被氧化，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C错误；因常温下Al可被浓硝酸钝化，故Al、Cu、浓硝酸原电池中，Cu为负极，失电子被氧化，D正确。]

15．(双选)Mg­H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。如图所示该电池以海水为电解质溶液。该电池工作时，下列说法正确的是 (　　)

A．Mg电极是该电池的正极

B．H2O2在石墨电极上发生还原反应

C．石墨电极附近溶液的pH增大

D．溶液中Cl－向正极移动

BC　[由电池总反应Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O可知，在该过程中镁被氧化，故镁电极为负极，A错误；H2O2为氧化剂，在石墨电极上被还原为水，发生的电极反应为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，则石墨电极附近溶液的pH增大，B、C正确；在原电池中，阴离子移向负极，D错误。]

16．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)

A．①②中Mg作为负极，③④中Fe作为负极

B．②中Mg作为正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．③中Fe作为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B　[Mg比Al活泼，在①中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故②中Al是负极。在③浓硝酸中铁会钝化，故Cu为负极、Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H＋得电子能力强，故Fe失电子，在Cu极O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]

17．有关图中装置的说法中正确的是(　　)

A．氧化剂与还原剂必须直接接触，才能发生反应

B．乙池中电极反应式为NO＋4H＋＋e－===NO2↑＋2H2O

C．当铜棒质量减少6.4 g时，甲池溶液质量增加6.4 g

D．当铜棒质量减少6.4 g时，向乙池密封管中通入标准状况下1.12 L O2，将使气体全部溶于水

D　[A项，该原电池中氧化反应与还原反应是在两个不同的烧杯中完成的，因此氧化剂与还原剂没有直接接触，A项错误；B项，乙池是正极，溶液中的NO得到电子，电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O，B项错误；C项，当铜棒质量减少6.4 g(即0.1 mol)时，甲池溶液中Cu2＋增加0.1 mol，但由于盐桥中Cl－向甲池中移动，所以溶液增加的质量大于6.4 g，C项错误；D项，当铜棒质量减少6.4 g(即0.1 mol)时，转移电子的物质的量是0.2 mol，所以根据电极反应式：NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O可知，生成NO2的物质的量是0.2 mol，则根据反应式：4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3可知，需要氧气的物质的量是0.05 mol，其在标准状况下的体积是1.12 L，D项正确。]

18．已知反应AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，现设计如图实验装置，进行下列操作：

(Ⅰ)向右侧烧杯内逐滴加入浓盐酸，发现检流计指针偏转；

(Ⅱ)若改向右侧烧杯中滴加40%NaOH溶液，发现检流计指针与(Ⅰ)实验的偏转方向相反。

请回答下列问题：

(1)两次操作中指针发生偏转的原因是________________________________

________________________________________________________________。

(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

(3)(Ⅰ)操作过程中C1棒上发生的反应为_______________________________

________________________________________________________________。

(4)(Ⅱ)操作过程中C2棒上发生的反应为_______________________________

________________________________________________________________。

[解析]　由于反应AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O是可逆的，也是氧化还原反应。而且满足：①不同环境中的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中，可发生自发的氧化还原反应)；③形成闭合回路。因此可构成原电池。

当加酸时，c(H＋)增大，平衡正向移动；C1：2I－－2e－===I2，是负极；C2：AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O，是正极。

当加碱时，c(OH－)增大，平衡向逆反应方向移动；C1：I2＋2e－===2I－，是正极；C2：AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O，是负极。

[答案]　(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转化成电能

(2)(Ⅰ)加酸，c(H＋)增大，平衡正向移动，AsO得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。(Ⅱ)加碱，c(OH－)增大，平衡逆向移动，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即检流计指针偏转方向不同

(3)2I－－2e－===I2

(4)AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O