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中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
2025魯科版化學(xué)選擇性必修1
分層作業(yè)3　原電池的工作原理
A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練
題組1.原電池原理
1.如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置,下列敘述正確的是(　　)
A.氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應(yīng)
B.電極Ⅱ上發(fā)生還原反應(yīng),作原電池的正極
C.該原電池的總反應(yīng)為2Fe3++CuCu2++2Fe2+
D.鹽橋中如裝有含氯化鉀的瓊膠,K+移向負(fù)極區(qū)
2.探究化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化,實(shí)驗(yàn)裝置(裝置中的試劑及用量完全相同)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(注:50 mL注射器用于收集氣體并讀取氣體體積)。
裝置① 裝置②
氣體體積/mL 溶液溫度/℃ 氣體體積/mL 溶液溫度/℃
0 0 22.0 0 22.0
8.5 30 24.8 50 23.8
10.5 50 26.0 - -
下列說法不正確的是(　　)
A.裝置②中的Cu表面有氣泡產(chǎn)生,而裝置①中的Cu表面無氣泡
B.裝置①和②中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式都為Zn+2H+Zn2++H2↑
C.原電池反應(yīng)能加快化學(xué)反應(yīng)速率,導(dǎo)致裝置①中反應(yīng)的平均速率比裝置②中的小
D.由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,原電池反應(yīng)的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能
3.一種處理垃圾滲透液并用其發(fā)電的裝置如圖所示,裝置工作時(shí),下列說法不正確的是(　　)
A.微生物對(duì)氮的硝化起氧化作用
B.鹽橋中的K+向Y極移動(dòng)
C.電子由Y極沿導(dǎo)線流向X極
D.Y極發(fā)生的電極反應(yīng)為2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-
4.如圖所示裝置中,觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn),M棒變粗,N棒變細(xì)。由此判斷下列M、N、P物質(zhì)可以成立的是(　　)
A.M為Mg,N為Al,P為NaOH溶液
B.M為Cu,N為Fe,P為稀鹽酸
C.M為Zn,N為C(石墨),P為CuSO4溶液
D.M為Ag,N為Zn,P為AgNO3溶液
題組2.原電池原理的應(yīng)用
5.下列關(guān)于原電池的敘述正確的是(　　)
A.構(gòu)成原電池的兩極必須是兩種不同金屬
B.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置
C.原電池工作時(shí)總是負(fù)極溶解,正極上有物質(zhì)析出
D.原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng),總是溶液中的陽離子在此被還原
6.下面是四個(gè)化學(xué)反應(yīng),你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計(jì)成原電池的化學(xué)反應(yīng)是(　　)
A.Fe+2FeCl33FeCl2
B.2H2+O22H2O
C.Zn+CuSO4Cu+ZnSO4
D.AgNO3+HClAgCl↓+HNO3
7.現(xiàn)有a、b、c三種金屬,把a(bǔ)、b用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀鹽酸中,b極有氣泡;把b、c用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀硫酸中,電子流動(dòng)方向?yàn)閎→導(dǎo)線→c。這三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?　　)
A.b>c>a B.c>a>b
C.a>b>c D.b>a>c
8.能源是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大支柱之一,化學(xué)在提高能源的利用率和開發(fā)新能源中起到了重要的作用。電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛的二次能源。
(1)下列裝置中能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是　　　　　　　　(填字母)。
(2)寫出所選裝置正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式: 　 　　　　　　　　　　　　　　。
(3)所選裝置中溶液里的陰離子移向　　　(填電極的化學(xué)式)極。
(4)若所選裝置中轉(zhuǎn)移了0.2 mol電子,則理論上溶液增加的質(zhì)量是　　　　。
B級(jí)關(guān)鍵能力提升練
以下選擇題中有1~2個(gè)選項(xiàng)符合題意。
9.有關(guān)圖中裝置的說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.在原電池中氧化劑與還原劑不必直接接觸,就能發(fā)生反應(yīng)
B.乙池中電極反應(yīng)式為N+2H++e-NO2↑+H2O
C.當(dāng)銅棒質(zhì)量減少6.4 g時(shí),甲池溶液質(zhì)量增加6.4 g
D.當(dāng)銅棒質(zhì)量減少6.4 g時(shí),向乙池密封管中通入1.12 L O2,將使氣體全部溶于水
10.某同學(xué)研究FeSO4溶液和AgNO3溶液的反應(yīng),設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
實(shí) 驗(yàn) Ⅰ Ⅱ
現(xiàn) 象 連通電路后,電流表指針向右偏轉(zhuǎn),分別取反應(yīng)前和反應(yīng)一段時(shí)間后甲燒杯中的溶液,滴加KSCN溶液,前者幾乎無色,后者顯紅色 連通電路后,電流表指針向左發(fā)生微小的偏轉(zhuǎn),丙、丁燒杯中均無明顯現(xiàn)象
下列說法正確的是(　　)
A.僅由Ⅰ中的現(xiàn)象可推知Ag+的氧化性強(qiáng)于Fe3+
B.Ⅱ中電流表指針向左偏轉(zhuǎn)的原因是Fe2+氧化了銀電極
C.Ⅱ中若將銀電極換成石墨電極,電流表指針可能不再向左偏轉(zhuǎn)
D.對(duì)比Ⅰ、Ⅱ可知,Ⅰ中N氧化了Fe2+
11.利用如圖所示裝置測(cè)定某原電池工作時(shí)在一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量。量筒的規(guī)格為1 000 mL,電極材料是鎂片和鋁片。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.電流由a經(jīng)外電路流向b
B.負(fù)極上的電極反應(yīng)式為Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-
C.若用稀硫酸代替NaOH溶液,溶液中的H+移向鋁片一極
D.當(dāng)量筒中收集到448 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量為0.04 mol
12.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料得知氧化性:Cr2>Fe3+,據(jù)此設(shè)計(jì)了含鹽橋的原電池,如圖鹽橋中裝有瓊脂凝膠(含K2SO4)。下列敘述正確的是(　　)
A.甲燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng)
B.乙燒杯中發(fā)生的電極反應(yīng)為Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
C.外電路的電流方向是從a到b
D.電池工作時(shí),鹽橋中的S移向乙燒杯
13.下圖甲和乙是雙液原電池裝置,由圖可判斷下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.甲圖電池反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)
B.2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)反應(yīng)能夠發(fā)生
C.鹽橋的作用是形成閉合回路,并使兩邊溶液保持電中性
D.乙圖當(dāng)有1 mol電子通過外電路時(shí),正極有216 g Ag析出
C級(jí)學(xué)科素養(yǎng)拔高練
14.某課外小組利用原電池原理驅(qū)動(dòng)某簡(jiǎn)易小車(用電動(dòng)機(jī)表示)。
(1)初步設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示,CuSO4溶液在圖1所示裝置中的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (答兩點(diǎn))。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):該裝置不能驅(qū)動(dòng)小車。
(2)該小組同學(xué)提出假設(shè):
可能是氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)沒有完全隔開,降低了能量利用率,為進(jìn)一步提高能量利用率,該小組同學(xué)在原有反應(yīng)的基礎(chǔ)上將氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)隔開進(jìn)行,優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示,圖2中A溶液和B溶液分別是　　　　　　　和　　　　　　　,鹽橋?qū)儆凇　　　　　　?填“電子導(dǎo)體”或“離子導(dǎo)體”),鹽橋中的Cl-移向　　　(填“A”或“B”)溶液。為降低電池自重,該小組用陽離子交換膜代替鹽橋,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示。
(3)利用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置(圖3),仍不能驅(qū)動(dòng)小車,該小組同學(xué)再次提出假設(shè):
可能是電壓不夠;可能是電流不夠;可能是電壓和電流都不夠。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):1.5 V的干電池能驅(qū)動(dòng)小車,其電流為750 μA。
實(shí)驗(yàn)裝置示意圖3的最大電壓為1.0 V,最大電流為200 μA。
該小組選用反應(yīng)Mg+H2SO4MgSO4+H2↑,從電極材料、電極反應(yīng)、離子導(dǎo)體等角度對(duì)裝置做進(jìn)一步優(yōu)化,請(qǐng)補(bǔ)全優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖4,并在圖中標(biāo)明陽離子的流向。
圖4
分層作業(yè)3　原電池的工作原理
1.C　解析 該原電池反應(yīng)中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個(gè)不同的燒杯中進(jìn)行,因此氧化劑和還原劑沒有直接接觸,A項(xiàng)錯(cuò)誤;Cu電極為原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+,B項(xiàng)錯(cuò)誤;正極電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-2Fe2+,K+移向正極區(qū)補(bǔ)充正電荷,D項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)正負(fù)極電極反應(yīng)式可得,該原電池的總反應(yīng)為2Fe3++CuCu2++2Fe2+,C項(xiàng)正確。
2.D　解析 裝置②中的Cu表面有氣泡產(chǎn)生,是原電池的正極,而裝置①中的Cu表面無氣泡,Zn表面有氣泡,A正確;裝置①為鋅與稀硫酸的反應(yīng),裝置②為Zn、Cu與稀硫酸形成的原電池,離子方程式均為Zn+2H+Zn2++H2↑,B正確;根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知,收集相同體積的氣體,裝置②需要的時(shí)間短,故原電池反應(yīng)能加快化學(xué)反應(yīng)速率,C正確;形成原電池時(shí),化學(xué)能有一部分轉(zhuǎn)化為熱能,而不是全部轉(zhuǎn)化為電能,表現(xiàn)在溶液的溫度升高,D錯(cuò)誤。
3.C　解析 垃圾滲透液發(fā)電裝置。
信息 原理 結(jié)論
X電極:NH3→N2 1.正極:氧化反應(yīng) 負(fù)極:還原反應(yīng) 2.陽離子→正極 X電極:負(fù)極; 電子:X電極→負(fù)載→Y電極
Y電極:N→N2 Y電極:正極;K+→Y電極; 2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-
N→微生物硝化→N 微生物對(duì)氮的硝化起氧化作用
由以上分析知,C錯(cuò)誤。
4.D　解析 該裝置是原電池;M棒變粗,N棒變細(xì),說明N極失電子是負(fù)極,M極是正極;M棒變粗,所以溶液中的金屬陽離子析出生成金屬單質(zhì),電解質(zhì)溶液中的陽離子為金屬陽離子。A中N極鋁是負(fù)極,M極H+放電生成H2,所以M極質(zhì)量不變,A錯(cuò)誤;B中N極鐵是負(fù)極,M極H+放電生成H2,所以M極質(zhì)量不變,B錯(cuò)誤;C中M極(Zn)失電子作為負(fù)極,變細(xì),N極(石墨)上析出Cu而變粗,C錯(cuò)誤;D中N極Zn溶解,M極上有銀析出,所以M棒變粗,N棒變細(xì),D正確。
5.B　解析 構(gòu)成原電池的正極材料只要能導(dǎo)電即可,可以是非金屬如石墨等,燃料電池中,兩極材料都可用金屬Pt,A錯(cuò)誤;對(duì)于燃料電池,電極不參與反應(yīng),像氫氧燃料電池,兩極分別為H2和O2參加反應(yīng),C、D錯(cuò)誤。
6.D　解析 A、B、C中的反應(yīng)均為自發(fā)的氧化還原反應(yīng),可設(shè)計(jì)成原電池,選項(xiàng)A、B、C不符合題意;D中反應(yīng)不屬于氧化還原反應(yīng),不能設(shè)計(jì)成原電池,選項(xiàng)D符合題意。
7.C　解析 a、b、c三種金屬,把a(bǔ)、b用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀鹽酸中,a、b和稀鹽酸構(gòu)成原電池,b極有氣泡,則a為負(fù)極,金屬活動(dòng)性:a>b;把b、c用導(dǎo)線連接后同時(shí)浸入稀硫酸中,b、c和稀硫酸構(gòu)成原電池,電子流動(dòng)方向?yàn)閎→導(dǎo)線→c,所以b為負(fù)極、c為正極,金屬活動(dòng)性:b>c,這三種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閍>b>c,故選C。
8.答案 (1)C　(2)2H++2e-H2↑　(3)Zn　(4)6.3 g
解析 (1)原電池的構(gòu)成條件:①有兩個(gè)活潑性不同的電極,②將電極插入電解質(zhì)溶液中,③兩電極間構(gòu)成閉合回路,④能自發(fā)的氧化還原反應(yīng),C裝置符合構(gòu)成原電池的條件。
(2)C裝置中Ag作為正極,正極上H+得電子生成H2,其電極反應(yīng)式為2H++2e-H2↑,負(fù)極為Zn失電子生成Zn2+,電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+;總反應(yīng)式為2H++ZnZn2++H2↑。
(3)陰離子移向負(fù)極鋅。
(4)裝置中轉(zhuǎn)移了0.2 mol電子,根據(jù)總反應(yīng)式:2H++ZnZn2++H2↑,則理論上溶液質(zhì)量增重0.1×65 g-0.1×2 g=6.3 g。
9.CD　解析 原電池中氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)可在兩個(gè)不同的燒杯中完成,因此氧化劑與還原劑不必直接接觸,A項(xiàng)正確;石墨是正極,溶液中的N得電子,電極反應(yīng)式為N+2H++e-NO2↑+H2O,B項(xiàng)正確;當(dāng)銅棒質(zhì)量減少6.4 g時(shí),甲池溶液中Cu2+增加0.1 mol,但由于鹽橋中Cl-向甲池中移動(dòng),Cu2+也會(huì)有少量進(jìn)入鹽橋,所以溶液增加的質(zhì)量不是6.4 g,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)銅棒質(zhì)量減少6.4 g(即0.1 mol)時(shí),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.2 mol,所以根據(jù)電極反應(yīng)式N+2H++e-NO2↑+H2O可知,生成NO2的物質(zhì)的量是0.2 mol,則根據(jù)反應(yīng)4NO2+O2+2H2O4HNO3可知,需要氧氣的物質(zhì)的量是0.05 mol,題中未注明O2所處溫度和壓強(qiáng),不能確定其體積,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
10.C　解析 由實(shí)驗(yàn)Ⅰ可知甲燒杯溶液在反應(yīng)后生成Fe3+,電子由石墨電極流向銀電極,則石墨電極為負(fù)極,銀電極為正極,負(fù)極電極反應(yīng):Fe2+-e-Fe3+;由實(shí)驗(yàn)Ⅱ可知:銀電極為負(fù)極,石墨電極為正極,負(fù)極電極反應(yīng):Ag-e-Ag+,而Fe的還原性強(qiáng)于Ag,故正極溶液中的Fe2+不參與反應(yīng)。若Ag+的氧化性強(qiáng)于Fe3+,那么Ⅰ中原電池的總反應(yīng)為Ag++Fe2+Fe3++Ag,而實(shí)驗(yàn)Ⅱ隨著反應(yīng)進(jìn)行丁燒杯中也能生成Ag+,也可以構(gòu)成原電池,生成Fe3+,溶液顏色會(huì)改變,但是實(shí)驗(yàn)Ⅱ中無明顯現(xiàn)象,故Ⅰ中的現(xiàn)象是空氣中的氧氣氧化Fe2+導(dǎo)致,A錯(cuò)誤;由分析可知,是空氣中的氧氣氧化銀電極,B錯(cuò)誤;Ⅱ中若將銀電極換成石墨電極,石墨為惰性電極,不能失去電子,不能形成原電池,電流表指針不再向左偏轉(zhuǎn),C正確;若是N氧化了Fe2+,那么Ⅱ中的Fe2+也會(huì)被N氧化,D錯(cuò)誤。
11.A　解析 該裝置中鋁失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成[Al(OH)4]-,為負(fù)極;鎂極上水得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,為正極;結(jié)合裝置可知,b為正極,a為負(fù)極。電流由正極流向負(fù)極,即電流由b經(jīng)外電路流向a,A錯(cuò)誤;鋁為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,B正確;若用稀硫酸代替NaOH溶液,則鎂極為負(fù)極,鋁極為正極,原電池中陽離子向正極移動(dòng),故溶液中的H+移向鋁片一極,C正確;標(biāo)準(zhǔn)狀況下,量筒中收集到448 mL氣體,則n(H2)=0.02 mol,反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.04 mol,D正確。
12.B　解析 甲燒杯的溶液中發(fā)生氧化反應(yīng):Fe2+-e-Fe3+,A錯(cuò)誤;乙燒杯的溶液中發(fā)生還原反應(yīng),Cr2得到電子生成Cr3+,B正確;a極為負(fù)極,b極為正極,外電路中電流由b到a,C錯(cuò)誤;S向負(fù)極移動(dòng),即移向甲燒杯,D錯(cuò)誤。
13.BD　解析 根據(jù)電子轉(zhuǎn)移方向知,甲中Cd為負(fù)極,電極反應(yīng)為Cd-2e-Cd2+,Co為正極,電極反應(yīng)為Co2++2e-Co,總反應(yīng)為Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq),A正確;乙圖中Co為負(fù)極,電極反應(yīng)為Co-2e-Co2+,Ag為正極,電極反應(yīng)為2Ag++2e-2Ag,總反應(yīng)為Co(s)+2Ag+(aq)2Ag(s)+Co2+(aq),結(jié)合甲、乙圖分析可知金屬活動(dòng)性:Cd>Co>Ag,B錯(cuò)誤;鹽橋的作用是平衡電荷且構(gòu)成閉合回路,C正確;根據(jù)Ag++e-Ag知轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí),正極析出Ag為108 g·mol-1×1 mol=108 g,D錯(cuò)誤。
14.答案 (1)傳導(dǎo)離子、作為正極反應(yīng)物
(2)硫酸鋅溶液　硫酸銅溶液　離子導(dǎo)體　A
(3)
解析 (1)由圖1可知,CuSO4是電解質(zhì),可傳導(dǎo)離子,該原電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+,正極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,故CuSO4可作為正極反應(yīng)物。
(2)由圖2可知,A溶液中電極為Zn,故A溶液中應(yīng)含Zn2+,同理,B溶液中含Cu2+,由(1)知陰離子為S。鹽橋是由瓊脂和飽和的鹽溶液組成,屬于離子導(dǎo)體。原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng),Zn為負(fù)極,故Cl-向A溶液移動(dòng)。
(3)由圖4可知,電子由左邊移向右邊,左邊為負(fù)極,右邊為正極,根據(jù)所選用的反應(yīng),故選取電極材料Mg和石墨,陽離子向正極移動(dòng)。
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