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高中化学第一节 原电池第1课时一课一练
展开第1课时 原电池的工作原理
基础过关练
题组一 不含盐桥的原电池
1.(2020江苏淮安教学协作体高二上联考)某兴趣小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.铜片为负极
B.锌片发生还原反应
C.将电能转化为化学能
D.电子由锌片经导线流向铜片
2.(2020广东佛山一中高二上期中)某原电池结构如图所示,下列有关该原电池的说法正确的是( )
A.能将电能转换成化学能
B.碳棒发生氧化反应
C.该装置中发生的反应为Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+
D.电子从碳棒经外电路流向铜棒
题组二 含有盐桥的原电池工作原理
3.(2020广东梅州高二上期末)锌铜原电池装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.铜片作负极
B.电流方向:锌片→铜片
C.盐桥的作用是传递电子
D.锌电极上的反应为Zn-2e- Zn2+
4.(2020江西南昌十中高二上期末)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是Cu2++2e- Cu
B.甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
C.盐桥中的SO42-流向甲烧杯
D.若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,电流表指针反向偏转
题组三 原电池工作原理的应用
5.(2020山东青岛平度九中高二上期中)a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。a、b相连时,电流由a经导线流向b;c、d相连时,电子由d到c;a、c相连时,a极上产生大量气泡;b、d相连时,H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为 ( )
A.a>b>c>d B.a>c>d>b
C.c>a>b>d D.b>d>c>a
6.依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s) Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是 ;电解质溶液Y是 。
(2)银电极为电池的 极,电极反应式为 ;X电极上的电极反应式为 。
(3)外电路中的电子是从 极流向 极。
能力提升练
题组一 原电池工作原理的理解与应用
1.(2020河南驻马店高二上期末,)某含有铝电极的原电池工作时,电子从铝电极上流出,下列有关该电池另一种电极的材料与电解质溶液的选择肯定不符合题意的是( )
A.铜、稀盐酸 B.镁、NaOH溶液
C.铁、CuCl2溶液 D.锌、浓硝酸
2.(双选)(2020河南省实验中学高二上期中,)将图1所示装置中的盐桥(含琼脂-饱和KCl溶液)换成铜丝与石墨棒连接得到图2所示装置,发现电流计指针仍然有偏转。下列说法正确的是( )
A.图1中,电路中转移电子0.2 ml,则甲池NaCl溶液的质量增加大于5.6 g
B.图1中的石墨电极与图2中乙池石墨a电极的电极反应式相同
C.两图所示装置的能量变化均是将化学能转化为电能
D.图2中电子流向为Fe→电流计→石墨a→经电解质到达石墨b→铜丝→石墨c→Fe
3.()根据下图,判断下列离子方程式中错误的是 ( )
A.2Ag(s)+Cd2+(aq) 2Ag+(aq)+Cd(s)
B.C2+(aq)+Cd(s) C(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s) 2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+C(s) 2Ag(s)+C2+(aq)
4.(2020湖北荆州沙市中学高二上期中,)控制适合的条件,将反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流表读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流表读数为零后,在甲中加入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
题组二 原电池正、负极的判断与电极反应式的书写
5.(2020江西南昌二中高二上期末,)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(如图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,已知O-t1时,原电池的负极是Al片,反应过程中有红棕色气体产生。下列说法不正确的是(深度解析)
A.O-t1时,正极的电极反应式为2H++NO3--e- NO2↑+H2O
B.O-t1时,溶液中的H+向Cu电极移动
C.t1时,负极的电极反应式为Cu-2e- Cu2+
D.t1时,原电池中电子流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al的进一步反应
6.()某研究性学习小组根据反应2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4 2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 ml·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题:
(1)此原电池的正极是石墨 (填“a”或“b”),发生 反应。
(2)电池工作时,盐桥中的SO42-移向 (填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)写出两烧杯中的电极反应式:
甲 ,
乙 。
(4)若不考虑溶液的体积变化,MnSO4浓度变为1.5 ml·L-1,则反应中转移的电子为 ml。
答案全解全析
基础过关练
1.D 电池工作时,Zn失去电子,为负极,A错误;锌是负极,发生氧化反应,B错误;原电池中化学能转化为电能,C错误;Zn为负极,电子由锌片经导线流向铜片,D正确。
2.C 该装置为原电池装置,可将化学能转化为电能,A错误;碳棒为正极,发生还原反应,B错误;负极发生氧化反应,电极反应为Cu-2e- Cu2+,正极反应为Fe3++e- Fe2+,总反应为Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+,C正确;电子从负极经外电路流向正极,D错误。
3.D Zn易失电子,发生氧化反应,作负极,Cu作正极,A错误;Cu作正极,Zn作负极,则电流由铜片流向锌片,B错误;电子不能通过电解质溶液,盐桥不能传递电子,C错误;Zn作负极,Zn失去电子生成锌离子,电极反应为Zn-2e- Zn2+,D正确。
4.B 该原电池反应为Cu+2FeCl3 2FeCl2+CuCl2,正极发生还原反应,为Fe3++e- Fe2+,A错误;甲烧杯中发生反应Fe3++e- Fe2+,则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅,B正确;阴离子向负极移动,C错误;若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,Cu仍为负极,Pt仍为正极,电流表指针偏转方向不变,D错误。
5.D a、b相连时,电流由a经导线流向b,则a为正极,b的金属活动性强于a;c、d相连时,电子由d到c,所以c上得电子发生还原反应,故d的金属活动性强于c;a、c相连时,a极上产生大量气泡,a上得电子发生还原反应,所以c上失电子发生氧化反应,故c的金属活动性强于a;b、d相连时,H+移向d极,所以d是正极,b是负极,b的金属活动性强于d,所以a、b、c、d四种金属的活动性由强到弱的顺序为b>d>c>a。
6.答案 (1)Cu AgNO3溶液
(2)正 Ag++e- Ag Cu-2e- Cu2+
(3)负(Cu) 正(Ag)
解析 原电池中负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应,盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu,发生氧化反应,电解质溶液Y是可溶性银盐的溶液,常用AgNO3溶液。负极反应式为Cu-2e- Cu2+,正极反应式为Ag++e- Ag,电子由负极(Cu)流出,经外电路流向正极(Ag)。
能力提升练
1.D 含有铝电极的原电池工作时,电子从铝电极上流出,则金属铝是负极,正极材料的活泼性比金属铝弱,电解质和金属铝之间可以发生自发的氧化还原反应。锌、铝、浓硝酸能形成原电池,常温下铝在浓硝酸中钝化,锌失去电子被氧化,则金属铝是正极。
2.AB 图1中铁棒质量减少5.6 g,则甲池NaCl溶液中增加了5.6 g亚铁离子,而盐桥中的氯离子向甲池中移动,所以甲池质量增加大于5.6 g,A正确;图1为原电池,石墨上铜离子得电子生成Cu,图2中乙池为电解池,石墨a电极与负极Fe相连为阴极,阴极上铜离子得电子生成Cu,所以两个电极的反应式相同,B正确;图1为原电池,将化学能转化为电能,图2中甲池为原电池,乙池为电解池,则乙池中电能转化为化学能,C错误;电子只在导线中移动,不能进入溶液,则图2中电子流向为Fe→电流计→石墨a,石墨b→铜丝→石墨c,D错误。
3.A 根据原电池知识,金属活动性:负极>正极,则三种金属的活动性顺序应为Cd>C>Ag,故选项中符合此关系的置换反应成立。
4.D 根据反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2可知,铁元素的化合价降低,碘元素的化合价升高,则甲烧杯中的石墨作正极,乙烧杯中的石墨作负极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。乙中石墨周围碘离子发生氧化反应,生成碘单质,电极反应式为2I--2e- I2,A正确;甲中石墨电极上Fe3+得电子发生还原反应生成亚铁离子,B正确;当电流表读数为零时,反应达到平衡状态,C正确;加入FeCl2固体,平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨电极为负极,而乙中石墨电极为正极,D错误。
5.A 正极得电子发生还原反应,电极反应式为2H++NO3-+e- NO2↑+H2O,A项错误;在O-t1时,铝作负极,溶液中的H+向Cu电极移动,B项正确;由题图可知,t1时刻电流方向发生改变,说明电池的负极发生变化,所以t1时,负极的电极反应式为Cu-2e- Cu2+,C项正确;t1时,原电池中电子流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al的进一步反应,D项正确。
反思升华 原电池是将化学能转化为电能的装置,构成原电池的首要条件是存在自发的氧化还原反应。在该原电池装置中,根据电流强度与时间的关系图可以看出,电流的方向发生变化,所以电池的正、负极发生变化。起始时,铝与浓硝酸发生反应,铝为负极,随后铝在浓硝酸中发生钝化,氧化膜阻碍了Al与硝酸的进一步反应,然后铜与浓硝酸发生反应,此时铜为负极。
6.答案 (1)a 还原
(2)乙
(3)MnO4-+5e-+8H+ Mn2++4H2O Fe2+-e- Fe3+
(4)0.5
解析 (1)根据题目提供的总反应方程式可知,KMnO4作氧化剂,发生还原反应,故石墨a是正极。(2)电池工作时,SO42-向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO4-+5e-+8H+ Mn2++4H2O;乙烧杯中的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 ml·L-1变为1.5 ml·L-1,由于溶液的体积未变,则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 ml·L-1×0.2 L=0.1 ml,故转移的电子为0.1 ml×5=0.5 ml。
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