高中第四章 化学反应与电能第一节 原电池第1课时随堂练习题

第四章　化学反应与电能

第一节　原电池

▶第1课时　原电池的工作原理

基础过关练

题组一　原电池的构成条件

1.在理论上可设计成原电池的化学反应是(　　)

A.HCl(aq)+NaOH(aq) NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH<0

B.CO2(g)+2NaOH(aq) Na2CO3(aq)+H2O(l)　ΔH<0

C.CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s)　ΔH<0

D.CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0

2.(2021河北唐山一中期中)下列装置能够组成原电池的是(　　)

3.(2022湖北高中协作体期中)如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则下列各项中符合的是(　　)

A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸

B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸

C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液

D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液

题组二　原电池的工作原理

4.(2022福建宁德期中)铜锌原电池为电化学构建认识模型奠定了重要的基础,懂得原理才能真正做到举一反三,应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶,内含氯化钾。有关下图两种原电池的说法错误的是(　　)

A.原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+ Zn2++Cu

B.电池工作时,导线中电子流向为Zn→Cu

C.正极反应为Zn-2e- Zn2+,发生还原反应

D.电池Ⅱ工作时,盐桥中的K+向右侧烧杯移动,Cl-向左侧烧杯移动

5.(2021河北六校期中联考)某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含KNO3饱和溶液的琼胶)设计成一个原电池,装置示意图如图所示,下列判断中正确的是(　　)

A.该原电池的工作原理是Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+

B.实验过程中取出盐桥,原电池能继续工作

C.实验过程中,左侧烧杯中N的浓度不变

D.实验过程中电子流向为Cu电极→Cu(NO3)2溶液→AgNO3溶液→Ag电极

6.(2020江西南昌十中期末)某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中含有饱和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S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

7.某电池的总反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,能实现该反应的原电池是(　　)

8.10 mL浓度为0.1 mol·L-1的H2SO4溶液与过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是(　　)

A.加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液

B.加入适量的蒸馏水

C.加入数滴硫酸铜溶液

D.加入适量的硫酸钠溶液

9.(2020山东青岛平度九中期中)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

10.(2021山东师范大学附中学业测评)已知氧化性:Au3+>Ag+>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。现有如图所示的电化学装置,下列叙述中正确的是(　　)

A.若X为Ti,则Y极的电极反应式可能是Zn-2e- Zn2+

B.若X为Cr,则Y可以选Zn或Ti

C.若Y为Cu,则X极的电极反应式可能是Cr-3e- Cr3+

D.若Y为Pb,则左侧烧杯溶液中阴离子数会减少

能力提升练

题组一　原电池工作原理的理解与应用

1.如图所示,甲和乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　)

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,理论上正极有108 g Ag析出

2.(2022江西赣州期中)控制合适的条件,将反应2Fe3++2I- 2Fe2++I2设计成如图所示原电池(盐桥中含有饱和KCl溶液),下列判断不正确的是(　　)

A.反应开始时,电流方向是从甲中石墨经导线流向乙中石墨

B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原

C.电流计示数为零时,反应达到化学平衡状态

D.电流计示数为零后,在甲中加入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极

题组二　原电池正、负极的判断及电极反应式的书写

3.锂电池是新型高能电池,它质量轻、能量高,目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li+MnO2 LiMnO2,下列说法正确的是(　　)

A.Li是正极,电极反应式为Li-e- Li+

B.Li是负极,电极反应式为Li-e- Li+

C.MnO2是负极,电极反应式为MnO2+e- Mn

D.Li是负极,电极反应式为Li-2e- Li2+

4.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 mol·L-1,溶液的体积均为200 mL,盐桥中装有含饱和K2SO4溶液的琼胶。

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S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 mol·L-1,则反应中转移的电子为　　　　mol。 

答案全解全析

基础过关练

1.D　原电池将化学能转化为电能,其实质是发生自发进行的氧化还原反应。A、B、C项反应均为非氧化还原反应,不能设计成原电池,D项符合题意。

2.B　A项,两个电极都是Zn,不能组成原电池;B项,有活泼性不同的电极,Zn与AgNO3溶液发生氧化还原反应,能组成原电池;C项,乙醇是非电解质,不能组成原电池;D项,不能形成闭合回路,不能组成原电池。

3.D　A极逐渐变粗,说明A极发生还原反应,有金属析出,A极为正极;B极逐渐变细,说明B极失电子发生氧化反应,B极为负极,D符合题意。

4.C　原电池Ⅰ和Ⅱ中,Zn为负极,Cu为正极,工作原理都是Zn+Cu2+ Zn2++Cu,A正确;在原电池中,电子从负极经外电路流向正极,B正确;正极反应为Cu2++2e- Cu,发生还原反应,C错误;在原电池内部,阳离子移向正极,阴离子移向负极,所以盐桥中的K+向右侧烧杯移动,Cl-向左侧烧杯移动,D正确。

5.A　Cu电极为负极,Ag电极为正极,该原电池的工作原理是Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+,A正确;实验过程中取出盐桥,不能形成闭合回路,因此原电池不能继续工作,B错误;实验过程中,盐桥中的N不断向左侧迁移,因此左侧烧杯中N的浓度增大,C错误;实验过程中电子流向为Cu电极→导线→Ag电极,电子不能通过电解液,D错误。

6.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。

7.A　能实现反应Fe+2Fe3+ 3Fe2+的原电池应符合以下条件:①负极为Fe,正极材料为活泼性比Fe差的金属或可导电的非金属;②电解质溶液应为含Fe3+的溶液。故选A。

方法技巧　

原电池的设计方法——“两极一液一连线”

(1)根据电池总反应式写出电极反应式。

(2)电极材料的选择:电池的电极必须导电。一般,电池中的负极能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料,两个电极可以是活泼性不同的金属或一种金属和一种非金属。

(3)电解质溶液的选择:一般,电解质溶液为正极提供放电的物质,能够与负极材料发生反应。

(4)形成闭合回路。

8.C　加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液,增大了氢离子的浓度,也增大了氢离子的物质的量,生成H2的总量会增多,A错误;加入适量蒸馏水,氢离子的浓度减小,化学反应速率减小,B错误;加入数滴硫酸铜溶液,Zn足量,构成锌铜原电池,加快反应速率,且没有改变氢离子的物质的量,不影响生成氢气的总量,C正确;加入适量的硫酸钠溶液,氢离子的浓度减小,化学反应速率减小,D错误。

9.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,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,c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,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。

10.C　根据装置图可知,X电极是负极,失去电子发生氧化反应,Y电极是正极,得到电子发生还原反应。若X为Ti,由于Y电极是正极,应得到电子发生还原反应,A不正确;若X为Cr,则Y的金属性需要弱于Cr的金属性,Zn和Ti的金属性均强于Cr的金属性,则Y不能选Zn或Ti,可以选择Cu或Pb等,B不正确;若Y为Cu,由于X是负极,则X的金属性要强于Cu,所以可以选择Cr,负极反应式可能是Cr-3e- Cr3+,C正确;若Y为Pb,由于X电极是负极,失去电子,发生氧化反应,故左侧烧杯溶液中阴离子数会增大,D不正确。

能力提升练

1.B　甲中Cd失电子,Co2+得电子,所以其电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq) Co(s)+Cd2+(aq),A正确;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错误;盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性,C正确;乙中电池总反应为Co(s)+2Ag+(aq) 2Ag(s)+Co2+(aq),当有1 mol电子通过外电路时,理论上正极有108 g Ag析出,D正确。

2.D　分析题图或电池总反应确定正、负极→联系原电池工作原理,确定电子、电流、离子的移动方向→结合选项解答问题。

第1步:确定正、负极。由2Fe3++2I- 2Fe2++I2可知,开始时乙中碘离子失电子生成碘单质,乙中石墨电极为负极,而甲中铁离子发生得电子的还原反应生成亚铁离子,甲中石墨电极为正极。

第2步:分析移动方向。

(1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极;

(2)电流移动方向:从正极沿导线流向负极;

(3)离子移动方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。

第3步:分析选项。电流方向是从甲中石墨经导线流向乙中石墨,A正确;由电池总反应知,Fe3+得电子被还原成Fe2+,B正确;当电流计示数为零时,各物质的浓度不变,则反应达到平衡状态,C正确;电流计示数为零后,甲中加入FeCl2固体,c(Fe2+)增大,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨电极为负极,乙中石墨电极为正极,D错误。

反思升华

　　解答陌生原电池反应时,难点是判断原电池的正、负极。在确定原电池正、负极时需把握一个原则,就是负极发生氧化反应,正极发生还原反应,找出题中化合价发生变化的物质或元素,进而确定正、负极的电极反应。

3.B　由电池总反应式O2 O2可知,Li元素在反应后化合价升高(0→+1),Mn元素在反应后化合价降低(+4→+3)。Li被氧化,在电池中作负极,电极反应式为Li-e- Li+,MnO2在正极上反应,电极反应式为MnO2+e- Mn。

4.答案　(1)a　还原　

(2)乙

(3)Mn+5e-+8H+ Mn2++4H2O　5Fe2+-5e- 5Fe3+　

(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,S向负极移动,即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为Mn+5e-+8H+ Mn2++4H2O;乙烧杯中的电极反应式为5Fe2+-5e- 5Fe3+。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L-1变为1.5 mol·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 mol·L-1×0.2 L=0.1 mol,故转移的电子为0.1 mol×5=0.5 mol。