PAGE10-原電池的工作原理(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括10小題,每小題4分,共40分)1.(2024·蕪湖高二檢測)對于原電池的電極名稱,下列敘述錯誤的是 ()A.發生氧化反應的一極為負極B.正極為電子流入的一極C.相對不活潑的金屬為負極D.電流流出的一極為正極【解析】選C。原電池中相對活潑的金屬為負極,發生氧化反應;相對不活潑的金屬(或非金屬導體)為正極,發生還原反應。2.(2024·西城高二檢測)在如圖所示的水果(檸檬)電池中,外電路上的電流從X電極流向Y電極。若X為鐵,則Y可能是 ()A.鋅 B.石墨C.銀 D.銅【解析】選A。電流的方向與電子的移動方向相反,由已知條件知電子由Y電極流向X電極,因此Y電極的金屬活動性強于鐵,故Y電極只能為選項中的鋅。3.(2024·蘭州高二檢測)在理論上不能用于設計原電池的化學反應是()A.H2SO4(aq)+BaCl2(aq)BaSO4(s)+2HCl(aq)ΔH<0B.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)ΔH<0C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)ΔH<0D.3Cu(s)+8HNO3(aq)3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l)ΔH<0【解析】選A。A、屬于復分解反應,不是氧化還原反應,不能用于設計原電池,符合題意;B、C、D屬于自發的氧化還原反應,能設計成原電池。4.(2024·成都高二檢測)等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸,同時向a中加少量的CuSO4溶液,如圖中產生H2的體積V(L)與時間t(min)的關系,正確的是 ()世紀金榜導學號【解析】選A。若向a中加入少量的CuSO4溶液,則發生反應:Zn+CuSO4Cu+ZnSO4,消耗一部分Zn,生成的Cu附著于Zn上,構成多數微小的Cu-Zn原電池,加快了Zn的反應速率,所以Zn與稀硫酸反應時,加入CuSO4溶液則反應速率加快,生成H2的量a小于b。【互動探究】若將題干中“等質量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸”改為“足量的等質量兩份鋅粉a、b分別加入50mL等濃度的稀硫酸”,其余不變,則哪個選項符合?提示:B選項。鋅是足量的,此時產生氫氣的量取決于硫酸的量,而兩者稀硫酸的物質的量相等,因此產生氫氣的量相等。5.某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是 ()A.電池工作中,鹽橋中的Cl-向負極移動B.負極反應式:2H++2e-H2↑C.工作一段時間后,兩燒杯中溶液pH均不變D.Fe作正極,發生氧化反應【解析】選A。依據原電池工作原理,陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,鹽橋的作用是構成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷,所以Cl-向負極移動,故A正確;鐵作負極,電極反應式:Fe-2e-Fe2+,正極反應式為2H++2e-H2↑,故B錯誤;左燒杯中pH基本不變,右燒杯中消耗H+,c(H+)減小,pH增大,故C錯誤;總電極反應式為Fe+2H+Fe2++H2↑,鐵作負極,發生氧化反應,故D錯誤。【補償訓練】(2024·臨沂高二檢測)銅鋅原電池(如圖)工作時,下列敘述正確的是()A.正極反應為Zn-2e-Zn2+B.電池反應為Zn+Cu2+Zn2++CuC.在外電路中,電流從負極流向正極D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液【解析】選B。電池的正極得電子,A選項錯誤;結合該電池的裝置圖可知,該過程中的氧化還原反應為Zn+Cu2+Zn2++Cu,B選項正確;外電路中,電子從負極流向正極,C選項錯誤;左燒杯中由于Zn失去電子形成Zn2+,使得該燒杯中正電荷的離子增加,為維持電中性,K+應當通過鹽橋流向CuSO4所在的右燒杯,D選項錯誤。6.(2024·南陽高二檢測)某小組為探討電化學原理,設計如圖裝置,下列敘述不正確的是 世紀金榜導學號()A.a和b不連接時,鐵片上會有金屬銅析出B.a和b用導線連接時,銅片上發生的反應為Cu2++2e-CuC.無論a和b是否連接,鐵片均會溶解,溶液均從藍色漸漸變成淺綠色D.a、b連接起來,鐵失電子的速率等于兩端不連接的速率【解析】選D。a、b不連接,未形成原電池,Cu2+與Fe在接觸面上干脆反應,A項正確;a、b用導線連接,銅片作正極,Cu2+在該電極上得電子,B項正確;a、b連接與否,溶液中的Cu2+均得電子發生還原反應生成Cu,Fe均失電子發生氧化反應生成Fe2+,故溶液均從藍色漸漸變成淺綠色,C項正確;a、b連接起來,鐵失電子的速率大于兩端不連接的速率,D項錯誤。【互動探究】(1)a和b用導線連接時與a和b分別連接直流電源正、負極時,a極發生的反應是否一樣?提示:不一樣。a、b用導線連接,銅片作正極,發生反應:Cu2++2e-Cu;a和b分別連接直流電源正、負極時,a極作陽極,發生反應:Cu-2e-Cu2+。(2)當a和b分別連接直流電源負、正極且通過2mol電子時,溶液中的質量如何變更?提示:當a和b分別連接直流電源負、正極時,b極為陽極,鐵失電子變為亞鐵離子進入溶液,a為陰極,銅離子得電子變為銅單質析出,當通過2mol電子時,兩者恰為1mol,所以溶液質量削減8g。7.(2024·豐臺區高二檢測)一種子彈頭形的納米銅鉑電池,它在稀溴水中能沿著銅極方向移動(如圖),電池反應為Cu+Br2CuBr2。下列說法正確的是 ()A.銅為電池的正極B.鉑不斷溶解C.稀溴水為電解質溶液D.電池工作時實現機械能向電能再向化學能轉化【解析】選C。由信息可知,銅鉑電池中,Cu為負極,不斷溶解,Pt為正極,質量不變,該裝置中能量變更是將化學能轉化為電能。8.下圖甲和乙是雙液原電池裝置,由圖可推斷下列說法錯誤的是 世紀金榜導學號()A.甲圖電池反應的離子方程式為Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)B.2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)反應能夠發生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.乙圖當有1mol電子通過外電路時,正極有108gAg析出【解析】選B。依據電子轉移方向知,甲中Cd為負極,電極反應為Cd-2e-Cd2+,Co電極為正極,電極反應為Co2++2e-Co,總反應為Cd+Co2+Co+Cd2+,A正確;乙中Co為負極,電極反應為Co-2e-Co2+,Ag電極為正極,電極反應為2Ag++2e-2Ag,總反應為Co+2Ag+2Ag+Co2+,結合甲圖分析可知金屬活潑性:Cd>Co>Ag,B錯誤;鹽橋的作用是平衡電荷且構成閉合回路,C正確;依據Ag++e-Ag知轉移1mol電子時,正極析出Ag為108g·mol-1×1mol=108g,D正確。9.(2024·衡陽高二檢測)有A、B、D、E四種金屬,當A、B組成原電池時,電子流淌方向是A→B;當A、D組成原電池時,A為正極;B與E構成原電池時,電極反應式為E2++2e-E,B-2e-B2+。則A、B、D、E金屬性由強到弱的依次為()A.A>B>E>D B.A>B>D>EC.D>E>A>B D.D>A>B>E【解析】選D。原電池電子由負極流向正極,負極活潑,故活動性A>B;當A、D組成原電池時,A為正極,金屬活動性為D>A;B與E構成原電池時,B失去電子,即B作負極,金屬活動性為B>E,故A、B、D、E金屬性由強到弱的依次為D>A>B>E。10.(2024·哈爾濱高二檢測)一個原電池的總反應方程式為Zn+Cu2+Zn2++Cu,該原電池可能為 ()選項ABCD正極CuAlZnFe負極ZnZnCuZn電解質溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2【解析】選D。由總反應式可知,Zn被氧化,失去電子,Zn應為負極;Cu2+被還原,得電子,即電解質溶液應含Cu2+,由此解除選項A、C,而且正極金屬應比Zn活動性弱,可解除選項B。二、非選擇題(本題包括2小題,共30分)11.(16分)(2024·九江高二檢測)依據氧化還原反應:2Ag+(aq)+Cu(s)Cu2+(aq)+2Ag(s),設計的原電池如圖所示,其中鹽橋內裝瓊脂-飽和KNO3溶液。請回答下列問題: 世紀金榜導學號(1)電極X的材料是____________;電解質溶液Y是____________。

(2)銀電極為電池的____________極,寫出兩電極的電極反應式:

銀電極:_______________________________;

X電極:________________________________。

(3)外電路中的電子是從____________電極流向____________電極。

(4)鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是____________(填字母)。

A.K+ B.NC.Ag+ D.S(5)其中CuSO4溶液能否被H2SO4(稀)溶液代替____________。Ag電極能否被石墨代替______________________________________。

【解析】(1)由反應方程式可知,Cu為還原劑,作負極,即Cu為X極;Ag+(aq)為氧化劑,即Y應為AgNO3溶液。(2)銀電極為電池的正極,正極發生還原反應:2Ag++2e-2Ag,負極(X電極)發生氧化反應:Cu-2e-Cu2+。(3)外電路中的電子從Cu電極(負極)流向Ag電極(正極)。(4)左邊燒杯中Cu-2e-Cu2+,陽離子濃度增加,故鹽橋中的陰離子N移向CuSO4溶液中。(5)CuSO4溶液主要具有導電性的作用,可以被其他不與Cu反應的電解質溶液代替。正極本身不參加反應,只要是活潑性比Cu差的金屬或能導電的非金屬均可以作電極,故Ag電極能被石墨代替。答案:(1)CuAgNO3溶液(2)正2Ag++2e-2AgCu-2e-Cu2+(3)CuAg(4)B(5)能能12.(14分)(2024·大連高二檢測)有A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進行試驗。裝置現象二價金屬A不斷溶解C的質量增加A上有氣體產生依據試驗現象回答下列問題:(1)裝置甲中負極的電極反應式是_______________________。

(2)裝置乙中正極的電極反應式是_______________________。

(3)裝置丙中溶液的pH_______________(填“變大”“變小”或“不變”)。

(4)四種金屬活動性由強到弱的依次是____________________________。

【解析】甲、乙、丙均為原電池裝置。依據原電池原理,甲中A不斷溶解,則A為負極、B為正極,活動性A>B;乙中C極增重,即析出Cu,則B為負極,活動性B>C;丙中A上有氣體產生即有H2產生,則A為正極,活動性D>A,隨著H+的消耗,丙溶液pH變大。答案:(1)A-2e-A2+(2)Cu2++2e-Cu(3)變大(4)D>A>B>C【補償訓練】(2024·運城高二檢測)有a、b、c、d四個金屬電極,有關的試驗裝置及部分試驗現象如下:試驗裝置部分試驗現象a極質量減小;b極質量增加b極有氣體產生;c極無變更d極溶解;c極有氣體產生電流從a極流向d極由此可推斷這四種金屬的活動性依次是 ()A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c【解析】選C。由第一個裝置a極溶解,可知a極是負極,金屬活動性a>b,其次個裝置依據氧化性、還原性的規律知金屬活動性b>c,由第三個裝置知金屬活動性d>c,由第四個裝置電流從a→d,則電子從d→a,故金屬活動性d>a。(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括1小題,共10分)13.(2024·德陽高二檢測)工業上常將鉻鍍在其他金屬表面,同鐵、鎳組成各種性質的不銹鋼,在如圖裝置中,視察到圖1裝置銅電極上產生大量的無色氣泡,而圖2裝置中銅電極上無氣體產生,鉻電極上產生大量有色氣體,則下列敘述正確的是 ()A.圖1為原電池裝置,Cu電極上產生的是O2B.圖2裝置中Cu電極上發生的電極反應式為Cu-2e-Cu2+C.由試驗現象可知:金屬活動性Cu>CrD.兩個裝置中,電子均由Cr電極流向Cu電極【解析】選B。A項,圖1為原電池裝置,由于銅電極上產生大量的無色氣泡,可知應為H+得電子生成H2,故銅為正極,錯誤;B項,圖2裝置中銅電極上無氣體產生,鉻電極上產生大量有色氣體,說明銅為負極,鉻電極為正極,負極發生Cu-2e-Cu2+,正確;C項,由圖1可知,Cr為負極,Cu為正極,依據原電池原理可知金屬鉻的活動性比銅強,錯誤;D項,圖1中,電子由負極Cr經導線流向正極Cu,圖2中電子由負極Cu經導線流向正極Cr,錯誤。【補償訓練】1.(2024·泰安高二檢測)常溫下,將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃硝酸中組成原電池(如圖甲),測得原電池的電流(I)隨時間(t)的變更如圖乙所示。已知O～t1s時,原電池的負極是Al片,反應過程中有紅棕色氣體產生。下列說法不正確的是 ()A.O～t1s時,正極的電極反應式為2H++N-e-NO2↑+H2OB.O～t1s時,溶液中的H+向Cu電極移動C.t1s之后,負極的電極反應式為Cu-2e-Cu2+D.t1s時,原電池中電子流淌方向發生變更是因為Al在濃硝酸中鈍化,氧化膜阻礙了Al的進一步反應【解析】選A。原電池的正極發生還原反應,電極反應式為2H++N+e-NO2↑+H2O,故A錯誤;在O～t1s時,鋁作負極,在電場作用下,陽離子向電池正極移動,即溶液中的H+向Cu電極移動,故B正確;由圖乙得t1s時刻電流方向變更,說明電池的負極發生變更,所以t1s之后,負極的電極反應式為Cu-2e-Cu2+,故C正確;t1s時,原電池中電子流淌方向發生變更是因為Al在濃硝酸中鈍化,氧化膜阻礙了Al的進一步反應,故D正確。2.(2024·寧波高二檢測)原電池的電極反應式不僅與電極材料的性質有關,也與電解質溶液有關。下列說法錯誤的是 ()A.由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池,負極反應式為Cu-2e-Cu2+B.由Al、Cu、稀硫酸組成的原電池,負極反應式為Al-3e-Al3+C.由Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池,負極反應式為Al+4OH--3e-Al+2H2OD.由Al、Cu、濃硝酸組成的原電池,負極反應式為Cu-2e-Cu2+【解析】選A。鐵比銅活潑,鐵作負極,負極反應式為Fe-2e-Fe2+,故A錯誤;鋁比銅活潑,鋁作負極,負極反應式為Al-3e-Al3+,故B正確;雖然鎂比鋁活潑,但鎂不與氫氧化鈉溶液反應,因此鋁作負極,負極反應式為Al+4OH--3e-Al+2H2O,故C正確;Al遇濃硝酸發生鈍化反應,則銅作負極,負極反應式為Cu-2e-Cu2+,故D正確。