新教材適用2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第4章化學(xué)反應(yīng)與電能第1節(jié)原電池第1課時原電池的工作原理提能作業(yè)新人教版選擇性必修1

第四章第一節(jié)第1課時A級·基礎(chǔ)達標(biāo)練一、選擇題1.某化學(xué)愛好小組利用反應(yīng)Zn＋2FeCl3=ZnCl2＋2FeCl2，設(shè)計了如圖所示的原電池裝置，下列說法正確的是(D)A．Zn為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)B．b電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋C．電子流淌方向是a電極→FeCl3溶液→b電極D．電池的正極材料可以選用石墨、鉑電極，也可以用銅解析：Zn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項錯；因Cl－向負(fù)極移動，b是負(fù)極，a是正極，F(xiàn)e3＋在a極上發(fā)生還原反應(yīng)，2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，B項錯誤；電子由負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，電子不能通過電解質(zhì)溶液，C項錯誤；正極材料本身不參與反應(yīng)，可以選石墨、鉑電極，也可選比鋅活潑性差的銅，D項正確。2．有關(guān)如圖所示原電池的敘述，正確的是(鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液)(C)A．銅片上發(fā)生氧化反應(yīng)B．取出鹽橋后，電流計依舊發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．反應(yīng)中，鹽橋中的K＋會移向CuSO4溶液D．反應(yīng)前后銅片質(zhì)量不變更解析：Cu為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；取出鹽橋后，原電池斷路，電流計指針不偏轉(zhuǎn)，B項錯誤；原電池工作時，陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，鹽橋中K＋會向CuSO4溶液移動，C項正確；Cu極上的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，正極上析出銅，使銅片質(zhì)量增加，D項錯誤。3．有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的反應(yīng)裝置及部分反應(yīng)現(xiàn)象如下：試驗裝置部分試驗現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生，c極無變更d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流計指示在導(dǎo)線中電流從a極流向d極由此可推斷這兩種金屬的活動性依次是(C)A．d>a>c>b B．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c解析：原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中陽離子移向正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)。a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加，a是負(fù)極，b是正極，金屬性a>b；b極有氣體，c極無變更，說明金屬性b>c；d極溶解，c極有氣體，說明d是負(fù)極，金屬性d>c；a、d構(gòu)成的原電池中，電流從a極流向d極，說明a作正極，金屬性d>a，所以金屬活動性d>a>b>c，選C。4．某原電池的工作原理如圖所示，總反應(yīng)為Zn＋2NHeq\o\al(＋,4)=Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，下列說法正確的是(B)A．石墨為電池的負(fù)極B．電池工作時Zn漸漸被消耗C．電子由石墨電極經(jīng)外電路流向Zn電極D．反應(yīng)2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=2NH3↑＋H2↑在負(fù)極上發(fā)生解析：有總反應(yīng)為Zn＋2NHeq\o\al(＋,4)=Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑知，鋅元素的化合價上升失去電子被氧化，作負(fù)極，石墨是正極，故A錯誤；有總反應(yīng)為Zn＋2NHeq\o\al(＋,4)=Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑可知，鋅漸漸被消耗，故B正確；有A分析可知，鋅是負(fù)極，石墨是正極，電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，即電子由鋅經(jīng)外電路流向石墨，故C錯誤；在原電池中，正極發(fā)生還原反應(yīng)，則反應(yīng)2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=2NH3↑＋H2↑在正極上發(fā)生，故D錯誤。二、非選擇題5．能源是現(xiàn)代社會發(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_C__(填字母)。(2)寫出該裝置正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式2H＋＋2e－=H2↑。(3)該裝置中溶液里的陰離子移向_Zn__(填電極的化學(xué)式)極。(4)若裝置中轉(zhuǎn)移了0.2mol電子，則理論上溶液增加的質(zhì)量是_6.3_g__。解析：(1)原電池的構(gòu)成條件：①有兩個活潑性不同的電極，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)地進行氧化還原反應(yīng)，C裝置符合構(gòu)成原電池的條件，故C正確。(2)C裝置中Ag作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣，其電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑。(3)陰離子移向負(fù)極鋅。(4)裝置中轉(zhuǎn)移了0.2mol電子，依據(jù)總反應(yīng)：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，則理論上溶液質(zhì)量增重0.1×65g－0.1×2g＝6.3g。6.(1)限制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2設(shè)計成如圖所示的原電池。請回答下列問題：①反應(yīng)起先時，乙中石墨電極上發(fā)生_氧化__(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2I－－2e－=I2。甲中石墨電極上發(fā)生_還原__(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。②電流表讀數(shù)為0時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，此時在甲中加入FeCl2固體，則乙中的石墨作_正__(填“正”或“負(fù)”)極，該電極的電極反應(yīng)式為I2＋2e－=2I－。(2)利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計為原電池，其正極電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。解析：(1)依據(jù)反應(yīng)2Fe3＋＋2I－=2Fe2＋＋I2，原電池的電極反應(yīng)：負(fù)極2I－－2e－=I2，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，發(fā)生還原反應(yīng)。①反應(yīng)起先時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)；②當(dāng)電流表讀數(shù)為0時反應(yīng)已平衡，此時，在甲中加入FeCl2固體，反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移動。因此，右側(cè)石墨作正極，電極反應(yīng)式為I2＋2e－=2I－；左側(cè)石墨作負(fù)極，電極反應(yīng)式為2Fe2＋－2e－=2Fe3＋。(2)Cu作負(fù)極，O2在正極上得電子：O2＋4e－＋4H＋=2H2O。7．反應(yīng)Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2，請回答下列問題。(1)若要使該反應(yīng)的反應(yīng)速率加快，下列措施可行的是_C__(填字母)。A．將鐵粉改為鐵片B．加入少量醋酸鈉固體C．滴加少量CuSO4D．將稀硫酸改為98%的濃硫酸(2)若將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，石墨棒為原電池某一極材料，則石墨棒為極_正__(填“正”或“負(fù)”)。石墨棒上產(chǎn)生的現(xiàn)象為_有氣泡產(chǎn)生__，該極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，原電池工作時溶液中的SOeq\o\al(2－,4)移向_負(fù)__(填“正”或“負(fù)”)極，若反應(yīng)產(chǎn)生3.36L氣體(已換算成標(biāo)況下)，則理論上消耗鐵的質(zhì)量是_8.4__g。(3)試驗后同學(xué)們經(jīng)過充分探討，認(rèn)為符合某些要求的化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池的是_D__。A．AgNO3＋HCl=AgCl＋HNO3B．NaOH＋HCl=NaCl＋H2OC．C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)D．Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O在所選反應(yīng)中選擇其中某個反應(yīng)設(shè)計成原電池，該電池負(fù)極反應(yīng)為：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4。解析：(1)將鐵粉改為鐵片則減小鐵與硫酸的接觸面積，故反應(yīng)速率減慢，A不合題意；加入少量醋酸鈉固體則有反應(yīng)CH3COO－＋H＋CH3COOH，將導(dǎo)致溶液中H＋離子濃度減小，故反應(yīng)速率減慢，B不合題意；滴加少量CuSO4由于反應(yīng)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，在置換出銅附在鐵上可形成微小的原電池，故反應(yīng)速率加快，C符合題意；常溫下濃硫酸將鐵鈍化，在鐵表面形成致密的氧化物愛護膜，阻擋反應(yīng)接著進行，故將稀硫酸改為98%的濃硫酸，將使反應(yīng)速率減慢，D不合題意。(2)若將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，則鐵電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為：Fe－2e－=Fe2＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，作負(fù)極，故石墨棒為原電池某一極材料，則石墨棒為正，發(fā)生的電極反應(yīng)式為：2H＋＋2e－=H2↑，石墨棒上產(chǎn)生的現(xiàn)象為有大量的無色氣泡產(chǎn)生，原電池工作時陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，故溶液中的SOeq\o\al(2－,4)移向負(fù)極，依據(jù)總反應(yīng)方程式可知，若反應(yīng)產(chǎn)生3.36L氣體(已換算成標(biāo)況下)，則理論上消耗鐵的質(zhì)量是eq\f(3.36L,22.4L·mol－1)×56g·mol－1＝8.4g。(3)由于原電池中是電子的定向移動形成電流的，故理論上任何一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計成原電池，據(jù)此分析解題：AgNO3＋HCl=AgCl＋HNO3反應(yīng)中各元素的化合價沒有發(fā)生變更，不是氧化還原反應(yīng)，A不合題意；NaOH＋HCl=NaCl＋H2O反應(yīng)中各元素的化合價沒有發(fā)生變更，不是氧化還原反應(yīng)，B不合題意；C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)反應(yīng)中雖然C和H元素的化合價發(fā)生了變更，但是該反應(yīng)不能自發(fā)進行，故不能設(shè)計成原電池，C不合題意；Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O反應(yīng)中Pb的化合價發(fā)生變更，且能夠自發(fā)進行，可以設(shè)計成原電池，D符合題意；Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O反應(yīng)中Pb轉(zhuǎn)化PbSO4，化合價上升，發(fā)生氧化反應(yīng)，故該電池負(fù)極反應(yīng)為：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4。B級·實力提升練一、選擇題1．下列裝置不行以組成原電池的是(C)解析：C中的裝置沒有形成閉合回路。2．下列關(guān)于試驗現(xiàn)象的描述不正確的是(C)A．把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B．把鎂條和鋁條緊靠在一起浸入氫氧化鈉溶液中，鎂條表面出現(xiàn)氣泡C．把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D．把鋅粒放入盛有稀鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率增大解析：選項A形成原電池，銅片作正極，表面出現(xiàn)氫氣泡；選項B也形成原電池，但在強堿性溶液中，鋁可以反應(yīng)，鎂不能，鋁失去電子作負(fù)極，鎂作正極，表面出現(xiàn)氫氣泡；C選項銅片把三價鐵離子還原為亞鐵離子，不能置換出金屬鐵；D選項鋅能置換出銅，鋅、銅形成多數(shù)微小原電池，增大氣泡放出速率。3．某鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是(C)A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時間后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))減小C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動，保持溶液中電荷平衡解析：Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；電池工作過程中，SOeq\o\al(2－,4)不參與電極反應(yīng)，故甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))基本不變，B項錯誤；電池工作時，甲池反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，甲池中Zn2＋會通過陽離子交換膜進入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64gCu析出，則進入乙池的Zn2＋為65g，溶液總質(zhì)量略有增加，C項正確；由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，D項錯誤。4．圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說法不正確的是(C)A．甲中電池總反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)＋Co2＋(aq)=Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反應(yīng)2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=Cd(s)＋2Ag＋(aq)不能發(fā)生C．鹽橋的作用是形成閉合回路，并傳導(dǎo)電子D．乙中有1mol電子通過外電路時，正極有108gAg析出解析：由甲可知，Cd的活動性強于Co，由乙可知，Co的活動性強于Ag，即Cd的活動性強于Ag，故Ag不能置換出Cd，B項錯誤；電子不能通過鹽橋，C項錯誤。5．將如圖所示試驗裝置的K閉合(已知：鹽橋中裝有瓊脂凝，內(nèi)含KCl)，下列推斷正確的是(A)A．Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)B．電子沿Zn→a→b→Cu路徑移動C．片刻后甲池中c(SOeq\o\al(2－,4))增大D．片刻后可視察到濾紙b處變紅色解析：該原電池中Zn作負(fù)極，Cu作正極，正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，A正確；電子沿Zn→a，b→Cu路徑流淌，電子不進入電解質(zhì)溶液，B錯誤；原電池中陰離子向負(fù)極移動，即鹽橋中的Cl－移向甲燒杯，所以片刻后甲池中c(Cl－)增大，c(SOeq\o\al(2－,4))不變，C錯誤；濾紙b電極是電解池的陽極，溶液中OH－放電，使得b處c(H)＋增大，故濾紙b處不會變色，而a處是電解池的陰極，溶液中H＋放電，使得a處c(OH－)增大，故變紅的是濾紙a處，D錯誤。二、非選擇題6．某探討性學(xué)習(xí)小組依據(jù)反應(yīng)2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設(shè)計如圖原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1mol·L－1，溶液的體積均為200mL，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。回答下列問題：(1)此原電池的負(fù)極是石墨_b__(填“a”或“b”)，電池工作時，鹽橋中的SOeq\o\al(2－,4)移向_乙__(填“甲”或“乙”)燒杯。(2)正極反應(yīng)式為：MnOeq\o\al(－,4)＋8H＋＋5e－=Mn2＋＋4H2O。(3)若不考慮溶液的體積變更，MnSO4濃度變?yōu)?.5mol·L－1，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子為_0.5__mol。解析：(1)由總反應(yīng)方程式可知，石墨b是原電池的負(fù)極，硫酸亞鐵在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成硫酸鐵，電池工作時，陰離子硫酸根離子向負(fù)極移動，即向乙燒杯移動。(2)由總反應(yīng)方程式可知，石墨a是正極，酸性條件下，高錳酸根離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成錳離子，電極反應(yīng)式為MnOeq\o\al(－,4)＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O。(3)由電極反應(yīng)式可知，生成1mol錳離子，反應(yīng)轉(zhuǎn)移5mol電子，則溶液的體積未變，溶液中的M