高二化學(xué)反應(yīng)原理課時作業(yè)14：1.3.1原電池的工作原理

高二《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池第1課時原電池的工作原理分層訓(xùn)練[基礎(chǔ)過關(guān)]一、原電池工作原理的應(yīng)用1.100mL2mol·L－1的鹽酸跟過量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是()A.加入適量的6mol/L的鹽酸B.加入數(shù)滴氯化銅溶液C.加入適量蒸餾水D.加入適量的氯化鈉溶液[解析]A項，加入6mol·L－1的鹽酸，會使產(chǎn)生的H2總量增加；B項，加入CuCl2溶液后，Zn置換出Cu，Cu附著在Zn上，形成原電池，加快反應(yīng)速率；C、D兩項，蒸餾水和NaCl溶液都會稀釋原鹽酸溶液，使反應(yīng)速率減慢。[答案]B2.如圖，在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是()A.外電路的電流方向為X→外電路→YB.若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為碳棒，Y為FeC.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)D.若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序為X>Y[解析]由圖示電子流向知X為負(fù)極，Y為正極，則電流方向為Y→外電路→X，故A錯；若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為Fe，Y為碳棒，B錯；負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，C錯；若兩電極均為金屬，活潑金屬作負(fù)極，故有活動性X>Y，D正確。[答案]D3.如圖所示的裝置，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸吊在盛水的燒杯中，使之平衡。小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是()A.鐵圈和銀圈左右搖擺不定B.保持平衡狀況C.鐵圈向下傾斜D.銀圈向下傾斜[解析]滴入CuSO4溶液后，形成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，Ag作正極，在鐵圈上：Fe－2e－=Fe2＋，使鐵圈質(zhì)量減少；在Ag圈上：Cu2＋＋2e－=Cu，生成的Cu附著在Ag上，使Ag圈質(zhì)量增多，所以銀圈向下傾斜。[答案]D4.按下圖裝置實驗，若x軸表示流出負(fù)極的電子的物質(zhì)的量，則y軸應(yīng)表示()①c(Ag＋)②c(NOeq\o\al(－,3))③a棒的質(zhì)量④b棒的質(zhì)量⑤溶液的質(zhì)量A.①③ B.③④C.①②④ D.②[解析]在這個原電池中，負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋，正極：Ag＋＋e－=Ag，使a棒減輕、b棒增重，溶液中c(NOeq\o\al(－,3))不變，溶液的質(zhì)量減輕。[答案]D二、原電池正極、負(fù)極的判斷5.對于原電池的電極名稱，敘述錯誤的是()A.發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極B.正極為電子流入的一極C.比較不活潑的金屬為負(fù)極D.電流流出的一極為正極[解析]原電池中相對活潑的金屬為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；相對不活潑的金屬(或非金屬導(dǎo)體)為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。[答案]C6.在如圖所示的裝置中，a的金屬活動性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，下列關(guān)于此裝置的敘述不正確的是()A.碳棒上有氣體放出，溶液pH變大B.a是正極，b是負(fù)極C.導(dǎo)線中有電子流動，電子從a極流向b極D.a極上發(fā)生了氧化反應(yīng)[解析]本題考查原電池基本知識，難度不大，但概念容易混淆。電極a、b與電解質(zhì)溶液稀H2SO4組成原電池。因活動性a>b(碳棒)，所以a為電池的負(fù)極，b為正極。電極反應(yīng)式：a(負(fù))極：a－ne－=an＋(氧化反應(yīng))b(正)極：nH＋＋ne－=eq\f(n,2)H2↑(還原反應(yīng))由于正極消耗H＋，溶液中[H＋]減小，pH增大。在外電路中，電子由a極流出經(jīng)檢流計流向b極。[答案]B7.如圖所示裝置中，觀察到電流計指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷下表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是()選項MNPA鋅銅稀硫酸溶液B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液[解析]本題通過電極變化來確定電極，N棒變細(xì)，即N極上發(fā)生氧化反應(yīng)，N棒金屬較活潑，排除A、D，由M棒變粗，可知B不正確。[答案]C三、電極反應(yīng)式的書寫8.原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中不正確的是()A.由Al、Cu、稀硫酸組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－=Al3＋B.由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－＋4OH－=[Al(OH)4]－C.由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋D.由Al、Cu、濃硝酸組成原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋[解析]原電池正、負(fù)極的判斷不能完全依賴金屬的活動性，因為可能會出現(xiàn)特殊情況：濃硝酸使鐵、鋁鈍化；鋁與NaOH溶液反應(yīng)，而鎂不能與NaOH溶液反應(yīng)等。[答案]C9.微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯誤的是()A.正極反應(yīng)中有CO2生成B.微生物促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移C.質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)D.電池總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O[解析]A.根據(jù)C元素的化合價的變化，C6H12O6生成二氧化碳的反應(yīng)為氧化反應(yīng)，應(yīng)在負(fù)極生成，錯誤；B.微生物加速了葡萄糖的腐蝕，促進(jìn)了反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，正確；C.原電池中陽離子向正極移動，正確；D.電池的總反應(yīng)實質(zhì)是葡萄糖的氧化反應(yīng)，正確，[答案]選A。[答案]A10.鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已成功研制多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)方程式為Li＋MnO2=LiMnO2，下列說法正確的是()A.Li是正極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋B.Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋C.MnO2是負(fù)極，電極反應(yīng)為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)D.Li是負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－2e－=Li2＋[解析]由總反應(yīng)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元素在反應(yīng)后化合價升高(0→＋1)，Mn元素在反應(yīng)后化合價降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在電池中作負(fù)極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋，MnO2在正極上反應(yīng)，電極反應(yīng)為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)。[答案]B[能力提升]11.由鋅片、銅片和200mL稀H2SO4組成的原電池如圖所示。(1)原電池的負(fù)極反應(yīng)是_______________________________________________，正極反應(yīng)是_________________________________________________________。(2)電流的方向是__________________________________________________。(3)一段時間后，當(dāng)在銅片上放出1.68L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時，H2SO4恰好消耗一半。則產(chǎn)生這些氣體的同時，共消耗________g鋅，有________________個電子通過了導(dǎo)線，原硫酸的物質(zhì)的量濃度是_____________________________________(設(shè)溶液體積不變)。[解析]產(chǎn)生0.075molH2，通過0.075mol×2＝0.15mol電子，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極經(jīng)導(dǎo)線流向Zn極(3)4.8759.03×10220.75mol·L－112.如圖所示裝置可構(gòu)成原電池。試回答下列問題：(1)電解質(zhì)溶液為濃硝酸時，燈泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。a.若燈泡亮，則Mg電極上發(fā)生的反應(yīng)為________。b.若燈泡不亮，則理由為______________________________________________。(2)電解質(zhì)溶液為NaOH溶液時，燈泡________(填“亮”或“不亮”，填“亮”做a，填“不亮”做b)。a.若燈泡亮，則Mg電極上發(fā)生的反應(yīng)為________；Al電極上發(fā)生的反應(yīng)為___________________________________________________________________。b.若燈泡不亮，則理由為____________________________________________________________________________________________________________________。[解析]燈泡是否亮取決于該裝置中是否有電流通過，即該裝置是否能構(gòu)成原電池，若能構(gòu)成原電池，則燈泡亮；否則，燈泡不亮。Mg—Al—濃硝酸構(gòu)成的原電池中，Mg與濃硝酸反應(yīng)，Al遇濃硝酸發(fā)生鈍化，所以Mg電極為負(fù)極；但Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，Al與NaOH反應(yīng)，Mg與NaOH不反應(yīng)，所以Al電極為負(fù)極。[答案](1)亮Mg－2e－=Mg2＋(2)亮6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－2Al＋8OH－－6e－=2[Al(OH)4]－13.現(xiàn)有如下兩個反應(yīng)：(A)NaOH＋HCl=NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag(1)根據(jù)兩反應(yīng)本質(zhì)，判斷能否設(shè)計成原電池：___________________________________________________________________________________________。(2)如果不能，說明其原因：______________________________________________________________________________________________________________。(3)如果可以，則寫出正、負(fù)極材料及其電極反應(yīng)式和反應(yīng)類型(“氧化反應(yīng)”或“還原反應(yīng)”)：負(fù)極：________，____________________，_______________________；正極：________，____________________，__________________________；若導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移電子1mol，則正極質(zhì)量增加______g，電解質(zhì)溶液為________________。[解析](1)只有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計成原電池，(B)是氧化還原反應(yīng)且能自發(fā)進(jìn)行。(3)根據(jù)電池反應(yīng)式Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag可知，Cu失電子作負(fù)極，負(fù)極材料是Cu，正極材料應(yīng)是比銅還不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘伲籄g＋得電子，所以此電解質(zhì)溶液只能為AgNO3溶液。[答案](1)(A)不能，(B)可以(2)(A)為非氧化還原反應(yīng)，沒有電子轉(zhuǎn)移(3)CuCu－2e－=Cu2＋氧化反應(yīng)碳棒、Ag、Pt、Au(任選一)2Ag＋＋2e－=2Ag還原反應(yīng)108AgNO3溶液[拓展探究]14.某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計實驗驗證Fe、Cu金屬活動性的相對強(qiáng)弱，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關(guān)實驗項目：方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片分別同時放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動性。該原理的離子方程式為_____________________________________________________________________________________________________________________________________。方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計成原電池，以確定它們活動性的相對強(qiáng)弱。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)式：______________________________________；負(fù)極反應(yīng)式：_______________________________________________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識，幫助他們再設(shè)計一個驗證Fe、Cu活動性相對強(qiáng)弱的簡單實驗方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：___________