原电池构成条件与工作原理试题

原电池构成条件与工作原理试题一、原电池构成条件判断题1.下列关于原电池构成条件的说法正确的是（）A.必须有两个活泼性不同的金属电极B.电极材料必须与电解质溶液发生氧化还原反应C.闭合回路是形成原电池的必要条件之一D.盐桥是所有原电池的必备组件答案：C解析：原电池的构成需满足四个核心条件：①两个活动性不同的电极（金属与金属或金属与非金属导体，如石墨）；②电解质溶液（或熔融电解质）；③闭合回路（包括外电路导线连接和内电路离子迁移）；④自发进行的氧化还原反应。A项错误，电极可包含非金属（如石墨）；B项错误，电极材料不一定直接参与反应（如燃料电池中电极仅起导电作用）；D项错误，单液原电池无需盐桥，盐桥主要用于双液原电池以消除液接电势。2.下列装置中能形成原电池的是（）（选项图示描述：A.两个铜电极插入稀硫酸中；B.锌片和铜片用导线连接后插入酒精中；C.锌片和石墨用导线连接后插入稀盐酸中；D.锌片和铜片未用导线连接插入稀硫酸中）答案：C解析：A项中两电极材料相同（均为铜），无法形成电势差；B项中酒精是非电解质，不能导电；D项未形成闭合回路，电子无法定向移动。C项符合条件：锌（活泼金属）作负极，石墨（惰性电极）作正极，稀盐酸为电解质溶液，导线连接形成闭合回路，且锌与盐酸可自发发生氧化还原反应（Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑）。3.以下实验装置能产生电流的是（）（选项图示描述：A.锌片和铜片分别插入硫酸锌溶液和硫酸铜溶液中，两溶液用盐桥连接，导线接电流计；B.铜片和银片插入同一烧杯的蔗糖溶液中，导线接电流计；C.铁片和铜片用导线连接后插入蒸馏水中；D.锌片和石墨用导线连接后插入四氯化碳中）答案：A解析：A项为典型双液原电池，锌作负极发生氧化反应（Zn-2e⁻=Zn²⁺），铜作正极发生还原反应（Cu²⁺+2e⁻=Cu），盐桥中K⁺移向硫酸铜溶液、Cl⁻移向硫酸锌溶液以维持电荷平衡，闭合回路中产生电流。B、C、D项中电解质溶液均不导电（蔗糖溶液、蒸馏水、四氯化碳均为非电解质或弱电解质），无法形成电流。二、原电池工作原理选择题4.铜锌原电池（电解质溶液为稀硫酸）工作时，下列说法正确的是（）A.电子从铜片经导线流向锌片B.正极反应式为：2H⁺+2e⁻=H₂↑C.硫酸根离子向正极移动D.溶液的pH逐渐减小答案：B解析：铜锌原电池中，锌为负极（失电子，氧化反应：Zn-2e⁻=Zn²⁺），铜为正极（得电子，还原反应：2H⁺+2e⁻=H₂↑）。电子从负极（锌）经外电路流向正极（铜），A项错误；内电路中阴离子（SO₄²⁻）向负极移动，阳离子（H⁺）向正极移动，C项错误；反应消耗H⁺，溶液酸性减弱，pH增大，D项错误。5.某原电池装置如图所示（X、Y为电极，电解质溶液为CuSO₄），电流计指针偏转，Y极质量增大，则X、Y可能是（）A.X：Zn，Y：CuB.X：Cu，Y：AgC.X：Fe，Y：C（石墨）D.X：Ag，Y：Fe答案：A解析：Y极质量增大，说明有Cu单质在Y极析出，即Y为正极，发生还原反应（Cu²⁺+2e⁻=Cu）。因此X应为活泼性强于Cu的金属，作负极。A项中Zn活泼性强于Cu，X（Zn）为负极，Y（Cu）为正极，符合题意；B项Cu与Ag均不与CuSO₄反应，无法形成原电池；C项石墨为惰性电极，Y极不会析出Cu；D项Ag活泼性弱于Fe，若Y为Fe，则Fe会与CuSO₄直接反应，无法形成电流。6.关于原电池电极反应的说法错误的是（）A.负极发生氧化反应，失去电子B.正极发生还原反应，得到电子C.电子从正极通过导线流向负极D.内电路中阳离子向正极移动答案：C解析：原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，电流方向则相反（从正极到负极）。内电路中，阳离子向正极移动（补充正电荷），阴离子向负极移动（补充负电荷），以维持溶液电中性。C项混淆了电子流向与电流方向，故错误。三、原电池原理综合应用题7.某同学设计如图所示原电池（左侧烧杯：ZnSO₄溶液，插入Zn片；右侧烧杯：CuSO₄溶液，插入Cu片；两烧杯用盐桥连接，导线接电流计）。回答下列问题：（1）写出正负极的电极反应式；（2）说明盐桥中K⁺和Cl⁻的移动方向；（3）若将CuSO₄溶液替换为FeCl₃溶液，电流计指针是否偏转？写出此时的总反应方程式。答案及解析：（1）负极（Zn）：Zn-2e⁻=Zn²⁺（氧化反应）；正极（Cu）：Cu²⁺+2e⁻=Cu（还原反应）。（2）盐桥中K⁺向右侧CuSO₄溶液移动（补充正极消耗的Cu²⁺所减少的正电荷），Cl⁻向左侧ZnSO₄溶液移动（中和负极生成的Zn²⁺所增加的正电荷）。（3）指针偏转。Fe³⁺具有强氧化性，可与Zn发生自发氧化还原反应，总反应方程式为：Zn+2Fe³⁺=Zn²⁺+2Fe²⁺。此时正极为Cu，电极反应式为Fe³⁺+e⁻=Fe²⁺。8.如图所示装置中，A、B为多孔石墨电极，电解质溶液为KOH溶液，向A极通入H₂，向B极通入O₂，电流计指针偏转。（1）判断正负极并写出电极反应式；（2）若电路中转移0.4mol电子，计算生成水的质量。答案及解析：（1）该装置为氢氧燃料电池，负极（A极）：2H₂+4OH⁻-4e⁻=4H₂O（H₂失电子被氧化）；正极（B极）：O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻（O₂得电子被还原）。（2）总反应方程式为2H₂+O₂=2H₂O，转移4mol电子生成2molH₂O。当转移0.4mol电子时，生成H₂O的物质的量为0.2mol，质量为0.2mol×18g/mol=3.6g。9.银器表面因发生反应2Ag+S=Ag₂S（黑色）而变黑，可利用原电池原理除去黑斑。将银器与铝片接触后浸入稀NaOH溶液中，一段时间后黑斑消失。（1）写出正负极的电极反应式；（2）解释黑斑消失的原因。答案及解析：（1）负极（Al）：Al-3e⁻+4OH⁻=AlO₂⁻+2H₂O（Al在碱性条件下被氧化）；正极（Ag₂S）：Ag₂S+2e⁻=2Ag+S²⁻（Ag₂S被还原为Ag）。（2）正极反应生成的S²⁻与溶液中的Al³⁺（由Al氧化生成，在碱性条件下转化为AlO₂⁻）不共存，进一步反应生成Al(OH)₃和H₂S气体，而Ag₂S被还原为Ag单质，故黑斑消失。总反应方程式为：2Al+3Ag₂S+8OH⁻=6Ag+3S²⁻+2AlO₂⁻+4H₂O。四、原电池原理拓展分析题10.某实验小组用Fe、Cu、FeCl₃溶液设计原电池，发现有如下两种工作模式：模式一：Fe作负极，Cu作正极；模式二：Cu作负极，Fe作正极。（1）分别写出两种模式的总反应方程式；（2）分析两种模式发生的条件。答案及解析：（1）模式一：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（Fe比Cu活泼，Fe失电子作负极，Cu作正极，Fe³⁺在Cu表面得电子）；模式二：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺（若Fe表面覆盖绝缘层或Cu与Fe³⁺接触更充分，Cu可优先与Fe³⁺反应，此时Cu作负极，Fe作正极）。（2）模式一发生条件：Fe与Cu直接接触或通过导线连接，Fe表面洁净，Fe³⁺浓度较低（不足以快速氧化Cu）；模式二发生条件：Fe表面被氧化膜覆盖（如铁锈）或Cu与Fe³⁺接触更紧密（如Cu粉与Fe³⁺溶液反应），此时Cu的还原性相对更强。11.锂电池（Li-Al/FeS）是一种新型储能电池，总反应为2Li+FeS=Li₂S+Fe。（1）写出放电时的正负极反应式；（2）若用该电池给手机供电，外电路中通过1mol电子时，负极质量减少多少克？答案及解析：（1）负极（Li-Al合金）：Li-e⁻=Li⁺（Li为活泼金属，失电子生成Li⁺）；正极（FeS）：FeS+2e⁻+2Li⁺=Li₂S+Fe（FeS得电子被还原为Fe，Li⁺参与反应生成Li₂S）。（2）负极反应为Li失电子，每转移1mol电子消耗1molLi，质量减少7g（Li的摩尔质量为7g/mol）。五、原电池故障分析与改进题12.某同学组装原电池时，将锌片和铜片插入稀硫酸中，用导线连接电流计后，发现指针不偏转。请分析可能的原因（至少列举3点），并提出改进方案。答案及解析：可能原因：导线接触不良或电流计损坏（未形成闭合回路）；锌片表面有氧化膜（ZnO），阻碍电子转移；稀硫酸浓度过低（离子浓度不足，导电性差）；两电极未同时插入电解质溶液中。改进方案：检查导线连接，更换新电流计；用砂纸打磨锌片表面，去除氧化膜；更换浓稀硫酸（如1mol/LH₂SO₄）；确保两电极均浸入溶液，形成完整回路。13.双液原电池中，盐桥（含KCl琼脂）的作用是（）A.提供电解质，参与电极反应B.隔离两种电解质溶液，防止混合C.传导电子，形成闭合回路D.维持两溶液的电中性，避免液接电势答案：D解析：盐桥的核心作用是通过离子迁移（K⁺移向正极，Cl⁻移向负极）维持两溶液的电中性，避免因离子浓度变化导致原电池效率下降。盐桥不参与电极反应（A错误），隔离溶液是辅助作用（B非主要目的），电子通过导线传导而非盐桥（C错误）。六、原电池与生活应用题14.某同学用苹果、铜片、锌片和导线制作简易水果电池，发现电流计指针偏转微弱。如何改进可提高电池效率？（至少列举4种方法）答案及解析：改进方法：增加电极表面积（将铜片、锌片剪成网状或折叠）；用砂纸打磨电极表面，去除氧化膜；在苹果中插入多组电极（如串联2-3组铜锌电极）；更换电解质更丰富的水果（如柠檬、橙子，酸性更强）；在电极与导线连接处涂导电胶，减少接触电阻。15.铅蓄电池是常用的二次电池，放电时总反应为Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。放电时，负极材料是______，正极反应式为______，电解质溶液pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。答案：Pb；PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻+2e⁻=PbSO₄+2H₂O；增大解析：放电时，Pb失电子作负极（Pb+SO₄²⁻-2e⁻=PbSO₄），PbO₂得电子作正极（PbO₂+4H⁺+SO₄²⁻+2e⁻=PbSO₄+2H₂O）。反应消耗H⁺和SO₄²⁻，生成H₂O，故电解质溶液酸性减弱，pH增大。七、原电池反应速率与能量转化题16.相同条件下，将锌粒分别加入①盛有稀硫酸的烧杯、②盛有稀硫酸且插入铜片的烧杯中，比较两者的反应速率，并解释原因。答案及解析：②的反应速率更快。原因：②中形成Cu-Zn原电池，Zn为负极，Cu为正极，电子通过导线从Zn转移到Cu表面，H⁺在Cu表面得电子生成H₂，避免了Zn表面因H₂气泡附着而导致的“极化作用”，从而加快反应速率。①中仅发生化学腐蚀，Zn表面直接产生H₂气泡，阻碍进一步反应。17.某原电池总反应为Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，若反应过程中有0.5molCu²⁺被还原，则：（1）外电路中通过的电子数为______；（2）负极质量减少______g；（3）若该电池能量转化率为80%，则理论上需消耗Zn的质量为______g。答案及解析：（1）1mol（或6.02×10²³）。由反应式可知，1molCu²⁺被还原转移2mol电子，故0.5molCu²⁺转移1mol电子。（2）32.5g。负极反应为Zn-2e⁻=Zn²⁺，转移1mol电子消耗0.5molZn，质量为0.5mol×65g/mol=32.5g。（3）40.625g。实际消耗Zn的质量=理论质量÷转化率=32.5g÷80%=40.625g。八、原电池与氧化还原反应综合题18.根据下列氧化还原反应设计原电池，并写出正负极材料、电解质溶液及电极反应式。（1）2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂（2）CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O（酸性条件）答案及解析：（1）负极材料：Cu（失电子，发生氧化反应）；正极材料：石墨或Pt（惰性电极）；电解质溶液：FeCl₃溶液。负极反应：Cu-2e⁻=Cu²⁺；正极反应：2Fe³⁺+2e⁻=2Fe²⁺。（2）负极材料：石墨（CH₄失电子）；正极材料：石墨或Pt（O₂得电子）；电解质溶液：稀H₂SO₄溶液。负极反应：CH₄+2H₂O-8e⁻=CO₂+8H⁺；正极反应：2O₂+8H⁺+8e⁻=4H₂O。19.某原电池装置中，电解质溶液为KMnO₄酸性溶液，分别向两极通入H₂S和SO₂气体。（1）写出正负极的电极反应式；（2）若两极气体体积相等（同温同压），则反应后溶液的pH如何变化？答案及解析：（1）负极（通入H₂S）：H₂S-2e⁻=S↓+2H⁺（H₂S被氧化为S）；正极（通入SO₂）：SO₂+2H₂O-2e⁻=SO₄²⁻+4H⁺（SO₂被氧化为SO₄²⁻）。（2）pH减小。总反应为2H₂S+SO₂=3S↓+2H₂O，但在酸性KMnO₄溶液中，KMnO₄会进一步氧化H₂S和SO₂，生成更多H⁺，故溶液酸性增强，pH减小。九、原电池设计与评价题20.设计一个能将化学能转化为电能的装置，要求：①使用镁片和铝片作电极；②电解质溶液为NaOH溶液；③写出电极反应式并判断正负极。答案及解析：负极（Al）：Al+4OH⁻-3e⁻=AlO₂⁻+2H₂O（Al与NaOH溶液反应，失电子被氧化）；正极（Mg）：2H₂O+2e⁻=H₂↑+2OH⁻（H₂O得电子被还原）。设计原因：Mg虽比Al活泼，但Mg与NaOH溶液不反应，而Al能与NaOH溶液发生自发氧化还原反应（2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑），故Al作负极，Mg作正极。21.某同学设计“水果电池”时，将铜片和铝片插入橙子中，用导线连接发光二极管，发现二极管不亮。请分析可能的原因，并提出改进措施。答案及解析：可能原因：橙子汁液导电性差（离子浓度低）；电极表面积过小，电流微弱；铜片与铝片间距过大，内阻过大；二极管正负极接反。改进措施：在橙子中插入多组电极（如串联3-4个橙子电池）；将铜片、铝片打磨成网状以增大表面积；向橙子中滴加少量稀盐酸（增加离子浓度）；交换二极管正负极接线。十、原电池与电化学腐蚀题22.钢铁在潮湿空气中易发生电化学腐蚀（吸氧腐蚀）。（1）写出吸氧腐蚀的正负极反应式；（2）如何通过原电池原理防止铁生锈？举例说明。答案及解析：（1）负极（Fe）：2Fe-4e⁻=2Fe²⁺；正极（C，碳杂质）：O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻。总反应：2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂，进一步氧化为Fe(OH)₃，脱水后形成铁锈（Fe₂O₃·xH₂O）。（2）牺牲阳极法：在钢铁表面镀锌或镀锡（锌比铁活泼，作负极被腐蚀，保护铁）；或连接活泼金属（如镁块），形成原电池，镁作负极，铁作正极。例如，轮船外壳焊接锌块以防止腐蚀。23.下列金属防腐措施中，利用原电池原理的是（）A.铁表面涂油漆B.自行车钢圈镀铬C.地下钢管连接镁块D.不锈钢中加入铬、镍元素答案：C解析：A、B项为物理隔离法（隔绝空气和水）；D项为改变金属内部结构（形成合金）；C项为牺牲阳极法，镁块作负极被腐蚀，钢管作正极被保护，利用原电池原理。十一、原电池与离子移动方向题24.某原电池装置如图所示（Zn|ZnSO₄溶液||CuSO₄溶液|Cu），工作一段时间后，下列说法正确的是（）A.盐桥中的K⁺向ZnSO₄溶液移动B.铜电极质量减少C.溶液中Cu²⁺浓度保持不变D.电子从Zn电极经导线流向Cu电极答案：D解析：A项错误，K⁺向正极（CuSO₄溶液）移动；B项错误，Cu电极上Cu²⁺得电子生成Cu，质量增加；C项错误，Cu²⁺不断被还原，浓度减小；D项正确，电子从负极（Zn）经外电路流向正极（Cu）。25.原电池工作时，电解质溶液中离子的移动方向是（）A.阳离子向负极移动，阴离子向正极移动B.阳离子向正极移动，阴离子向负极移动C.阴阳离子均向正极移动D.阴阳离子均向负极移动答案：B解析：原电池正极发生还原反应，阳离子在正极得电子，导致正极附近正电荷减少，故阳离子向正极移动；负极发生氧化反应，阴离子向负极移动以中和过剩的正电荷，维持溶液电中性。十二、原电池反应限度与平衡题26.某原电池总反应为Fe+Cu²⁺⇌Fe²⁺+Cu，达到平衡时，下列说法正确的是（）A.正负极反应仍在进行，但电子转移速率相等B.溶液中Cu²⁺和Fe²⁺浓度相等C.电流计指针偏向正极D.盐桥中离子停止移动答案：A解析：原电池反应达到平衡时，正逆反应速率相等，电子转移速率相等（净电流为零），但反应并未停止（动态平衡），A项正确；平衡时Cu²⁺和Fe²⁺浓度不再变化，但不一定相等，B项错误；电流计指针回到零点，C项错误；盐桥中离子仍在移动以维持平衡状态，D项错误。27.在Cu-Zn原电池中，若将CuSO₄溶液替换为FeCl₃溶液，电池的电动势如何变化？解释原因。答案及解析：电动势增大。原电池电动势（E）取决于正负极的电极电势差（E=E⁺-E⁻）。Fe³⁺/Fe²⁺的标准电极电势（0.77V）高于Cu²⁺/Cu（0.34V），即正极电势升高，而负极（Zn²⁺/Zn，-0.76V）电势不变，故E增大，电池输出电压更高。十三、原电池与化学计算综合题28.用石墨作电极，电解CuSO₄溶液，若阳极产生5.6LO₂（标准状况），则：（1）阴极析出Cu的质量为多少克？（2）若将此反应设计为原电池，负极材料可选用什么？写出负极反应式。答案及解析：（1）32g。阳极反应：4OH⁻-4e⁻=O₂↑+2H₂O，生成5.6LO₂（0.25mol）转移1mol电子；阴极反应：Cu²⁺+2e⁻=Cu，转移1mol电子生成0.5molCu，质量为0.5mol×64g/mol=32g。（2）负极材料可选用Zn（或Fe等活泼金属），负极反应式：Zn-2e⁻=Zn²⁺（或Fe-2e⁻=Fe²⁺）。29.某燃料电池以CH₄和O₂为原料，电解质溶液为KOH溶液，写出其负极反应式，并计算消耗16gCH₄时，转移电子的物质的量。答案及解析：负极反应式：CH₄+10OH⁻-8e⁻=CO₃²⁻+7H₂O（CH₄在碱性条件下被氧化为CO₃²⁻）。转移电子：8mol。16gCH₄的物质的量为1mol，由反应式可知1molCH₄失去8mol电子，故转移8mol电子。十四、原电池与实验探究题30.为探究原电池的形成条件，某同学进行如下实验：|实验编号|电极材料|电解质溶液|导线连接|电流计偏转||----------|----------------|------------|----------|------------||①|Zn片、Cu片|稀硫酸|是|是||②|Zn片、Zn片|稀硫酸|是|否||③|Zn片、Cu片|酒精|是|否||④|Zn片、Cu片|稀硫酸|否|否|根据实验结果，总结原电池的构成条件。答