课时精练22 原电池的工作原理-2022-2023学年高二化学精讲精练（人教选择性必修1）（解析版）

课时精练22原电池的工作原理1．下列装置中，能构成原电池的是(　　)【答案】D【解析】酒精为非电解质，A错误；选项B中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。2．下列有关原电池的电极名称的叙述错误的是(　　)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【答案】C【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。3．某电池的总反应式为Cu+PbO2+2H2SO4=CuSO4+PbSO4+2H2O，下列有关说法正确的是(　　)A．铜为该原电池的正极B．随着电池放电，溶液pH减小C．正极反应式为PbO2+2e-+4H+=Pb2++2H2OD．32gCu参与反应时转移1mol电子【答案】D【解析】依题意可知，铜被氧化，作负极，A项错误；随着电池放电，硫酸被消耗，溶液pH增大，B项错误；正极上二氧化铅发生还原反应，应生成难溶的硫酸铅，C项错误；负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，n(Cu)=0.5mol，转移1mol电子，D项正确。4．锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　)A．正极反应式为Zn-2e-=Zn2+B．电池总反应为Zn+Cu2+=Zn2++CuC．在外电路中，电流从负极流向正极D．盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 【答案】B【解析】Zn为活泼金属，作负极，故Zn-2e-=Zn2+是负极反应式，A项错误；在外电路中，电流从正极流向负极，电子从负极流向正极，C项错误；盐桥中的K+移向消耗Cu2+的CuSO4溶液中，D项错误。5．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应式为2H++2e-=H2↑D．取出盐桥后，电流表仍会偏转；铜电极在反应前后质量不变【答案】A【解析】锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2++2e-=Cu，C项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D项错误。6．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c【答案】C【解析】把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，c作正极，则活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，则活动性：d>a；综上所述可知活动性：d>a>b>c，故选C。 7．某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　)A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜【答案】D【解析】根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C项错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D项正确。8．原电池的电极的正负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、稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Al-3e-=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，其负极反应式为Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+【答案】C【解析】原电池正、负极的判断不能完全根据金属的活动性，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。9．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是(　　)A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1molH2B．两极上溶解和析出的物质质量相等C．锌片溶解31g，铜片上析出1gH2D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗0.5mol【答案】A【解析】在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1mol锌时失去2mol电子，铜片上析出1mol氢气也得到2mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。 10．某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑，下列说法正确的是()A．石墨为电池的负极B．电池工作时Zn逐渐被消耗C．电子由石墨电极经外电路流向Zn电极D．反应2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑在负极上发生【答案】B【解析】A项，有总反应为Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑知，锌元素的化合价升高失去电子被氧化，作负极，石墨是正极，故A错误；B项，有总反应为Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+H2↑可知，锌逐渐被消耗，故B正确；C项，有A分析可知，锌是负极，石墨是正极，电子有负极经外电路流向正极，即电子有锌经外电路流向石墨，故C错误；D项，在原电池中，正极发生还原反应，则反应2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑在正极上发生，故D错误；故选B。11．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=CuD．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子【答案】B【解析】在该原电池中，存在自发的氧化还原反应2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故电极Ⅱ是负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，电极Ⅰ是正极，电极反应式为Fe3+＋e-=Fe2+。A项，电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，故A错误；B项，该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故B正确；C项，电极Ⅱ的电极反应为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D项，盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递阴、阳离子，而不是电子，故D错误；故选B。 12．将如图所示实验装置的K闭合(已知：盐桥中装有琼脂凝，内含KCl)，下列判断正确的是()A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径移动C．片刻后甲池中c(SO42-)增大D．片刻后可观察到滤纸b处变红色【答案】A【解析】A项，该原电池中Zn作负极，Cu作正极，正极上发生得电子的还原反应，A正确；B项，电子沿Zn→a，b→Cu路径流动，电子不进入电解质溶液，B错误；C项，原电池中阴离子向负极移动，即盐桥中的Cl-移向甲烧杯，所以片刻后甲池中c(Cl-)增大，c(SO42-)不变，C错误；D项，滤纸b电极是电解池的阳极，溶液中OH-放电，使得b处c(H)+增大，故滤纸b处不会变色，而a处是电解池的阴极，溶液中H+放电，使得a处c(OH-)增大，故变红的是滤纸a处，D错误；故选A。13．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　)A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D．乙中有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出【答案】B【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。14．.由铁片、铜片和200mL稀硫酸构成的原电池如图所示。 (1)原电池的负极反应式为　　　　　　　　，正极反应式为　　　　　　　　。 (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，消耗　　　　g铁。 【答案】(1)Fe-2e-=Fe2+　2H++2e-=H2↑(2)由Cu极流向Fe极(3)4.2【解析】(3)铜电极反应式为2H++2e-=H2↑，n(H2)=1.68L22.4L·mol-1=0.075mol，转移0.15mol电子，负极发生反应Fe-2e-=Fe2+，则消耗0.075molFe，质量为0.075mol×56g·mol-1=4.2g。15．依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=2Ag(s)+Cu2+(aq)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是　　　　　　　　；电解质溶液Y是　　　　　　。 (2)银电极为电池的　　　　　　极，发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　；X电极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　。 (3)外电路中的电子从　　　　电极流向　　　　电极。 【答案】(1)Cu　AgNO3溶液(2)正　2Ag++2e-=2Ag(或Ag++e-=Ag)　Cu-2e-=Cu2+(3)Cu(或负)　Ag(或正)【解析】该原电池的电池总反应为2Ag+(aq)+Cu(s)=2Ag(s)+Cu2+(aq)，由此可知X极是铜，作负极，银作正极，Y应是AgNO3溶液。电子从原电池的负极经导线流向正极，即从铜电极流向银电极。16．某实验小组自制如图水果电池，探究影响电池效果的因素有哪些，制成记录表格如下： 序号电极电极距离(cm)水果种类电流表(µA)①Cu—Al2.0西红柿78.5②Cu—Fe2.0西红柿70.3③Al—Al2.0西红柿0④Cu—Al2.0柠檬45.7⑤Cu—Al1.0柠檬98.4(1)水果电池中，水果的作用是___________。(2)实验①②③的目的是探究___________。对比实验①②③得出的结论是___________。(3)欲得出水果种类对电池效果有影响的结论，需要对比实验___________(填实验序号)(4)如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池。则负极上电极反应式：___________；正极的现象是___________；原电池总离子方程式：___________。【答案】(1)作(提供)电解质溶液(2)电极材料对电池效果(或电流)的影响在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好(3)①④(4)Al-3e-=Al3+铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗)2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu【解析】(1)水果中含有电解质溶液，则水果电池中，水果的作用是作(提供)电解质溶液。(2)实验①②③中，电极距离和水果种类相同，只有电极材料不同，而电流计的示数不同，由此可知这三个实验进行对比探究了电极材料对电池效果(或电流)的影响，依据实验现象可得出在其他条件相同时，电极材料活泼性相差越大，电池效果越好；(3)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，就需要选择其他条件相同，只有水果种类不同的实验进行对比，如实验①和实验④；故填：①④；(4)铝是活泼金属，铜是不活泼的金属，如果将实验装置中的水果换成CuSO4溶液，电极材料用Cu和Al组成原电池，则负极是铝，铜是正极，负极上电极反应式为Al-3e-=Al3+，铜离子在正极放电析出铜，因此正极的现象是铜电极上有红色物质附着(或铜电极变粗)，原电池总离子反应方程式为2Al+3Cu2+=2Al3++3Cu。1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④【答案】C【解析】该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极反应式为Ag＋＋e－===Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。2．用如图所示装置探究原电池的工作原理，下列说法正确的是()A．甲图中正极上发生的反应为：2H++2e-=H2↑B．乙图中锌片变细，铜棒变粗C．丙图中Zn片上发生还原反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动D．若乙图与丙图中锌片减轻的质量相等，则两装置中还原产物的质量比为【答案】D【解析】A项，甲图没有形成完整的回路，不能形成原电池，A项错误；B项，乙图中活泼金属锌作负极，发生氧化反应，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，所以锌片变细，铜棒不变，B项错误；C项，丙图中构成原电池，活泼金属锌作负极，发生氧化反应，铜为正极，溶液中的Cu2+向正极移动，C项错误；D项，乙图与丙图中负极反应相同，都为Zn-2e-=Zn2+，乙图与丙图中正极上的反应分别为：2H++2e-=H2↑、Cu2++2e-=Cu，若乙图与丙图锌片减轻的质量相等，即失去电子的物质的量相等，依据电子守恒计算乙图与丙图中还原产物的质量比2：64=1：32，D项正确；故选D。3．某锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　) A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42-)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡【答案】C【解析】Cu作正极，电极上发生还原反应，A项错误；电池工作过程中，SO42-不参加电极反应，故甲池的c(SO42-)基本不变，B项错误；电池工作时，甲池反应为Zn-2e-=Zn2+，乙池反应为Cu2++2e-=Cu，甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2+为65g，溶液总质量略有增加，C项正确；由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，D项错误。4．某校化学兴趣小组为了探究原电池的工作原理，进行了如下系列实验，请回答下列问题：(1)实验一：盐桥中的K+流向　　　　(填“ZnSO4”或“CuSO4”)溶液，如果Zn的消耗速率为1×10-3mol·s-1，为使电荷守恒，则K+的迁移速率为　　　　mol·s-1。实验表明，若将装置中两个电极位置调换，则电路中没有电流通过，原因是　 　。 (2)实验二：将铜片和锌片插入溶液中，电流计指针有偏转，但立即就归零了，为什么锌失去的电子不能持续通过导线流向铜电极给Cu2+?　　　　　　　　　　。 (3)实验三：铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流计的指针偏转，但在较短时间内电流就明显减小。实验结束时测得锌片质量减小了3.94g，铜片质量增加了3.84g，则该原电池的工作效率(指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率)是　　　　　　。 (4)与实验三相比，实验一中原电池的工作效率较高，原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】(1)CuSO4　2×10-3　Zn直接与Cu2+发生反应(2)未形成闭合的回路(3)60% (4)Zn和Cu2+不直接接触发生反应，电子只能通过导线发生转移【解析】(1)实验一中右侧烧杯消耗Cu2+，为保持溶液的电中性，盐桥中的K+应流向CuSO4溶液且迁移速率应该是Zn消耗速率的2倍。当电极调换位置后，Zn直接与Cu2+发生反应，电子无法转移到另外一个电极上。(3)铜片增加的质量是铜片上析出的单质铜的质量，生成的单质铜的物质的量n(Cu)=0.06mol，需要溶解的锌也是0.06mol，质量为3.9g，多减小了0.04g，是因为在锌表面还直接发生了反应Zn+Cu2+=Cu+Zn2+(由题目中锌片表面有红色物质析出可知)，利用该离子方程式可求出参与该反应的锌的质量为2.6g，故该原电池的工作效率为3.9g÷(3.9g+2.6g)×100%=60%。5．将反应IO3-+5I-+6H+3I2+3H2O设计成如图所示的原电池。(1)开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流计指针向右偏转，此时甲池中发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　。工作过程中关于电流计的读数，下列说法正确的是　　　(填字母) A．电流计读数逐渐减小B．电流计读数有可能变为0C．电流计读数一直不变D．电流计的读数逐渐增大(2)如果在加浓硫酸前，甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，则溶液变蓝的烧杯是　　　　(填“甲”“乙”或“甲和乙”) (3)该原电池工作一段时间后，如果再向甲烧杯中滴入浓NaOH溶液，此时乙池中发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　，电流计指针向　　　(填“左”或“右”)偏转。 【答案】(1)2IO3-+10e-+12H+=I2+6H2O　AB(2)甲和乙(3)I2+2e-=2I-　左【解析】(1)根据题中信息，I-失电子被氧化，说明乙池中石墨作负极，其电极反应式为2I--2e-=I2，则甲池中石墨作正极，其电极反应式为2IO3-+12H++10e-=I2+6H2O，随反应的进行，碘离子和碘酸根离子的量减小，通过的电量减小，电流计读数不断减小，当反应达到平衡后，电流计的读数为0，故A、B两项正确。(2)根据(1)的分析，两烧杯中都有I2存在，加入淀粉后，溶液都变蓝。(3)向甲烧杯中滴入NaOH溶液，消耗H+，促使反应逆向进行，乙池中电极反应式为I2+2e-=2I-，则甲池中电极反应式为I2+12OH--10e-=2IO3-+6H2O，甲池失电子，电流计指针向左偏转。6．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，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，以确定它们的活动性。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：__________________________；负极：_________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：___________________________，用离子方程式表示其反应原理：_____________________________。【答案】方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑方案Ⅱ：2H＋＋2e－===H2↑(或Cu2＋＋2e－===Cu)Fe－2e－===Fe2＋方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入CuSO4溶液中，观察现象　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu【解析】方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的H。方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe>Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活动性。把铁片插入CuSO4溶液中，观察现象。