高二化学反应原理课时作业14：1.3.1原电池的工作原理

高二《化学反应原理》PAGEPAGE1第3节化学能转化为电能——电池第1课时原电池的工作原理分层训练[基础过关]一、原电池工作原理的应用1.100mL2mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，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6mol/L的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液C.加入适量蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液[解析]A项，加入6mol·L－1的盐酸，会使产生的H2总量增加；B项，加入CuCl2溶液后，Zn置换出Cu，Cu附着在Zn上，形成原电池，加快反应速率；C、D两项，蒸馏水和NaCl溶液都会稀释原盐酸溶液，使反应速率减慢。[答案]B2.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为X→外电路→YB.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y[解析]由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y→外电路→X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为Fe，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y，D正确。[答案]D3.如图所示的装置，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中，使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是()A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状况C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜[解析]滴入CuSO4溶液后，形成原电池，Fe作负极，Ag作正极，在铁圈上：Fe－2e－=Fe2＋，使铁圈质量减少；在Ag圈上：Cu2＋＋2e－=Cu，生成的Cu附着在Ag上，使Ag圈质量增多，所以银圈向下倾斜。[答案]D4.按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表示()①c(Ag＋)②c(NOeq\o\al(－,3))③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的质量A.①③ B.③④C.①②④ D.②[解析]在这个原电池中，负极：Fe－2e－=Fe2＋，正极：Ag＋＋e－=Ag，使a棒减轻、b棒增重，溶液中c(NOeq\o\al(－,3))不变，溶液的质量减轻。[答案]D二、原电池正极、负极的判断5.对于原电池的电极名称，叙述错误的是()A.发生氧化反应的一极为负极B.正极为电子流入的一极C.比较不活泼的金属为负极D.电流流出的一极为正极[解析]原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。[答案]C6.在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出，溶液pH变大B.a是正极，b是负极C.导线中有电子流动，电子从a极流向b极D.a极上发生了氧化反应[解析]本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：a(负)极：a－ne－=an＋(氧化反应)b(正)极：nH＋＋ne－=eq\f(n,2)H2↑(还原反应)由于正极消耗H＋，溶液中[H＋]减小，pH增大。在外电路中，电子由a极流出经检流计流向b极。[答案]B7.如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液[解析]本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。[答案]C三、电极反应式的书写8.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.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－=Cu2＋[解析]原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与NaOH溶液反应，而镁不能与NaOH溶液反应等。[答案]C9.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O[解析]A.根据C元素的化合价的变化，C6H12O6生成二氧化碳的反应为氧化反应，应在负极生成，错误；B.微生物加速了葡萄糖的腐蚀，促进了反应中电子的转移，正确；C.原电池中阳离子向正极移动，正确；D.电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，正确，[答案]选A。[答案]A10.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li＋MnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()A.Li是正极，电极反应为Li－e－=Li＋B.Li是负极，电极反应为Li－e－=Li＋C.MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)D.Li是负极，电极反应为Li－2e－=Li2＋[解析]由总反应eq\o(Li,\s\up6(0))＋eq\o(Mn,\s\up6(＋4))O2=eq\o(Li,\s\up6(＋1))eq\o(Mn,\s\up6(＋3))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，电极反应为Li－e－=Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)。[答案]B[能力提升]11.由锌片、铜片和200mL稀H2SO4组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应是_______________________________________________，正极反应是_________________________________________________________。(2)电流的方向是__________________________________________________。(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68L(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]产生0.075molH2，通过0.075mol×2＝0.15mol电子，消耗0.075molZn和0.075molH2SO4。所以m(Zn)＝0.075mol×65g·mol－1＝4.875g，N(e－)＝0.15mol×6.02×1023mol－1＝9.03×1022，[H2SO4]＝eq\f(0.075mol×2,0.2L)＝0.75mol·L－1。[答案](1)Zn－2e－=Zn2＋2H＋＋2e－=H2↑(2)由Cu极经导线流向Zn极(3)4.8759.03×10220.75mol·L－112.如图所示装置可构成原电池。试回答下列问题：(1)电解质溶液为浓硝酸时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。a.若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为________。b.若灯泡不亮，则理由为______________________________________________。(2)电解质溶液为NaOH溶液时，灯泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。a.若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为________；Al电极上发生的反应为___________________________________________________________________。b.若灯泡不亮，则理由为____________________________________________________________________________________________________________________。[解析]灯泡是否亮取决于该装置中是否有电流通过，即该装置是否能构成原电池，若能构成原电池，则灯泡亮；否则，灯泡不亮。Mg—Al—浓硝酸构成的原电池中，Mg与浓硝酸反应，Al遇浓硝酸发生钝化，所以Mg电极为负极；但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，Al与NaOH反应，Mg与NaOH不反应，所以Al电极为负极。[答案](1)亮Mg－2e－=Mg2＋(2)亮6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－2Al＋8OH－－6e－=2[Al(OH)4]－13.现有如下两个反应：(A)NaOH＋HCl=NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池：___________________________________________________________________________________________。(2)如果不能，说明其原因：______________________________________________________________________________________________________________。(3)如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：________，____________________，_______________________；正极：________，____________________，__________________________；若导线上转移电子1mol，则正极质量增加______g，电解质溶液为________________。[解析](1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。(3)根据电池反应式Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属；Ag＋得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。[答案](1)(A)不能，(B)可以(2)(A)为非氧化还原反应，没有电子转移(3)CuCu－2e－=Cu2＋氧化反应碳棒、Ag、Pt、Au(任选一)2Ag＋＋2e－=2Ag还原反应108AgNO3溶液[拓展探究]14.某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们活动性的相对强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：______________________________________；负极反应式：_______________________________________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性相对强弱的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：___________