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2025鲁科版化学选择性必修1
分层作业3　原电池的工作原理
A级必备知识基础练
题组1.原电池原理
1.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述正确的是(　　)
A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应
B.电极Ⅱ上发生还原反应,作原电池的正极
C.该原电池的总反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+
D.盐桥中如装有含氯化钾的琼胶,K+移向负极区
2.探究化学反应中的能量转化,实验装置(装置中的试剂及用量完全相同)及实验数据如下(注:50 mL注射器用于收集气体并读取气体体积)。
装置① 装置②
气体体积/mL 溶液温度/℃ 气体体积/mL 溶液温度/℃
0 0 22.0 0 22.0
8.5 30 24.8 50 23.8
10.5 50 26.0 - -
下列说法不正确的是(　　)
A.装置②中的Cu表面有气泡产生,而装置①中的Cu表面无气泡
B.装置①和②中发生反应的离子方程式都为Zn+2H+Zn2++H2↑
C.原电池反应能加快化学反应速率,导致装置①中反应的平均速率比装置②中的小
D.由实验数据可知,原电池反应的化学能全部转化为电能
3.一种处理垃圾渗透液并用其发电的装置如图所示,装置工作时,下列说法不正确的是(　　)
A.微生物对氮的硝化起氧化作用
B.盐桥中的K+向Y极移动
C.电子由Y极沿导线流向X极
D.Y极发生的电极反应为2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-
4.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。由此判断下列M、N、P物质可以成立的是(　　)
A.M为Mg,N为Al,P为NaOH溶液
B.M为Cu,N为Fe,P为稀盐酸
C.M为Zn,N为C(石墨),P为CuSO4溶液
D.M为Ag,N为Zn,P为AgNO3溶液
题组2.原电池原理的应用
5.下列关于原电池的叙述正确的是(　　)
A.构成原电池的两极必须是两种不同金属
B.原电池是将化学能转化为电能的装置
C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出
D.原电池的正极发生还原反应,总是溶液中的阳离子在此被还原
6.下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计成原电池的化学反应是(　　)
A.Fe+2FeCl33FeCl2
B.2H2+O22H2O
C.Zn+CuSO4Cu+ZnSO4
D.AgNO3+HClAgCl↓+HNO3
7.现有a、b、c三种金属,把a、b用导线连接后同时浸入稀盐酸中,b极有气泡;把b、c用导线连接后同时浸入稀硫酸中,电子流动方向为b→导线→c。这三种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　)
A.b>c>a B.c>a>b
C.a>b>c D.b>a>c
8.能源是现代社会发展的三大支柱之一,化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是　　　　　　　　(填字母)。
(2)写出所选装置正极反应的电极反应式: 　 　　　　　　　　　　　　　　。
(3)所选装置中溶液里的阴离子移向　　　(填电极的化学式)极。
(4)若所选装置中转移了0.2 mol电子,则理论上溶液增加的质量是　　　　。
B级关键能力提升练
以下选择题中有1~2个选项符合题意。
9.有关图中装置的说法错误的是(　　)
A.在原电池中氧化剂与还原剂不必直接接触,就能发生反应
B.乙池中电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O
C.当铜棒质量减少6.4 g时,甲池溶液质量增加6.4 g
D.当铜棒质量减少6.4 g时,向乙池密封管中通入1.12 L O2,将使气体全部溶于水
10.某同学研究FeSO4溶液和AgNO3溶液的反应,设计如下对比实验。
实 验 Ⅰ Ⅱ
现 象 连通电路后,电流表指针向右偏转,分别取反应前和反应一段时间后甲烧杯中的溶液,滴加KSCN溶液,前者几乎无色,后者显红色 连通电路后,电流表指针向左发生微小的偏转,丙、丁烧杯中均无明显现象
下列说法正确的是(　　)
A.仅由Ⅰ中的现象可推知Ag+的氧化性强于Fe3+
B.Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是Fe2+氧化了银电极
C.Ⅱ中若将银电极换成石墨电极,电流表指针可能不再向左偏转
D.对比Ⅰ、Ⅱ可知,Ⅰ中N氧化了Fe2+
11.利用如图所示装置测定某原电池工作时在一段时间内通过导线的电子的物质的量。量筒的规格为1 000 mL,电极材料是镁片和铝片。下列有关说法错误的是(　　)
A.电流由a经外电路流向b
B.负极上的电极反应式为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-
C.若用稀硫酸代替NaOH溶液,溶液中的H+移向铝片一极
D.当量筒中收集到448 mL气体(标准状况)时,通过导线的电子的物质的量为0.04 mol
12.某学习小组的同学查阅相关资料得知氧化性:Cr2>Fe3+,据此设计了含盐桥的原电池,如图盐桥中装有琼脂凝胶(含K2SO4)。下列叙述正确的是(　　)
A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O
C.外电路的电流方向是从a到b
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
13.下图甲和乙是双液原电池装置,由图可判断下列说法错误的是(　　)
A.甲图电池反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)
B.2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)反应能够发生
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.乙图当有1 mol电子通过外电路时,正极有216 g Ag析出
C级学科素养拔高练
14.某课外小组利用原电池原理驱动某简易小车(用电动机表示)。
(1)初步设计的实验装置示意图如图1所示,CuSO4溶液在图1所示装置中的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (答两点)。
实验发现:该装置不能驱动小车。
(2)该小组同学提出假设:
可能是氧化反应和还原反应没有完全隔开,降低了能量利用率,为进一步提高能量利用率,该小组同学在原有反应的基础上将氧化反应与还原反应隔开进行,优化的实验装置示意图如图2所示,图2中A溶液和B溶液分别是　　　　　　　和　　　　　　　,盐桥属于　　　　　　　(填“电子导体”或“离子导体”),盐桥中的Cl-移向　　　(填“A”或“B”)溶液。为降低电池自重,该小组用阳离子交换膜代替盐桥,实验装置示意图如图3所示。
(3)利用改进后的实验装置(图3),仍不能驱动小车,该小组同学再次提出假设:
可能是电压不够;可能是电流不够;可能是电压和电流都不够。
实验发现:1.5 V的干电池能驱动小车,其电流为750 μA。
实验装置示意图3的最大电压为1.0 V,最大电流为200 μA。
该小组选用反应Mg+H2SO4MgSO4+H2↑,从电极材料、电极反应、离子导体等角度对装置做进一步优化,请补全优化后的实验装置示意图4,并在图中标明阳离子的流向。
图4
分层作业3　原电池的工作原理
1.C　解析 该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行,因此氧化剂和还原剂没有直接接触,A项错误;Cu电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B项错误;正极电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+,K+移向正极区补充正电荷,D项错误;根据正负极电极反应式可得,该原电池的总反应为2Fe3++CuCu2++2Fe2+,C项正确。
2.D　解析 装置②中的Cu表面有气泡产生,是原电池的正极,而装置①中的Cu表面无气泡,Zn表面有气泡,A正确;装置①为锌与稀硫酸的反应,装置②为Zn、Cu与稀硫酸形成的原电池,离子方程式均为Zn+2H+Zn2++H2↑,B正确;根据表格数据可知,收集相同体积的气体,装置②需要的时间短,故原电池反应能加快化学反应速率,C正确;形成原电池时,化学能有一部分转化为热能,而不是全部转化为电能,表现在溶液的温度升高,D错误。
3.C　解析 垃圾渗透液发电装置。
信息 原理 结论
X电极:NH3→N2 1.正极:氧化反应 负极:还原反应 2.阳离子→正极 X电极:负极; 电子:X电极→负载→Y电极
Y电极:N→N2 Y电极:正极;K+→Y电极; 2N+10e-+6H2ON2↑+12OH-
N→微生物硝化→N 微生物对氮的硝化起氧化作用
由以上分析知,C错误。
4.D　解析 该装置是原电池;M棒变粗,N棒变细,说明N极失电子是负极,M极是正极;M棒变粗,所以溶液中的金属阳离子析出生成金属单质,电解质溶液中的阳离子为金属阳离子。A中N极铝是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,A错误;B中N极铁是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,B错误;C中M极(Zn)失电子作为负极,变细,N极(石墨)上析出Cu而变粗,C错误;D中N极Zn溶解,M极上有银析出,所以M棒变粗,N棒变细,D正确。
5.B　解析 构成原电池的正极材料只要能导电即可,可以是非金属如石墨等,燃料电池中,两极材料都可用金属Pt,A错误;对于燃料电池,电极不参与反应,像氢氧燃料电池,两极分别为H2和O2参加反应,C、D错误。
6.D　解析 A、B、C中的反应均为自发的氧化还原反应,可设计成原电池,选项A、B、C不符合题意;D中反应不属于氧化还原反应,不能设计成原电池,选项D符合题意。
7.C　解析 a、b、c三种金属,把a、b用导线连接后同时浸入稀盐酸中,a、b和稀盐酸构成原电池,b极有气泡,则a为负极,金属活动性:a>b;把b、c用导线连接后同时浸入稀硫酸中,b、c和稀硫酸构成原电池,电子流动方向为b→导线→c,所以b为负极、c为正极,金属活动性:b>c,这三种金属的活动性由强到弱的顺序为a>b>c,故选C。
8.答案 (1)C　(2)2H++2e-H2↑　(3)Zn　(4)6.3 g
解析 (1)原电池的构成条件:①有两个活泼性不同的电极,②将电极插入电解质溶液中,③两电极间构成闭合回路,④能自发的氧化还原反应,C装置符合构成原电池的条件。
(2)C装置中Ag作为正极,正极上H+得电子生成H2,其电极反应式为2H++2e-H2↑,负极为Zn失电子生成Zn2+,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;总反应式为2H++ZnZn2++H2↑。
(3)阴离子移向负极锌。
(4)装置中转移了0.2 mol电子,根据总反应式:2H++ZnZn2++H2↑,则理论上溶液质量增重0.1×65 g-0.1×2 g=6.3 g。
9.CD　解析 原电池中氧化反应与还原反应可在两个不同的烧杯中完成,因此氧化剂与还原剂不必直接接触,A项正确;石墨是正极,溶液中的N得电子,电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O,B项正确;当铜棒质量减少6.4 g时,甲池溶液中Cu2+增加0.1 mol,但由于盐桥中Cl-向甲池中移动,Cu2+也会有少量进入盐桥,所以溶液增加的质量不是6.4 g,C项错误;当铜棒质量减少6.4 g(即0.1 mol)时,转移电子的物质的量是0.2 mol,所以根据电极反应式N+2H++e-NO2↑+H2O可知,生成NO2的物质的量是0.2 mol,则根据反应4NO2+O2+2H2O4HNO3可知,需要氧气的物质的量是0.05 mol,题中未注明O2所处温度和压强,不能确定其体积,D项错误。
10.C　解析 由实验Ⅰ可知甲烧杯溶液在反应后生成Fe3+,电子由石墨电极流向银电极,则石墨电极为负极,银电极为正极,负极电极反应:Fe2+-e-Fe3+;由实验Ⅱ可知:银电极为负极,石墨电极为正极,负极电极反应:Ag-e-Ag+,而Fe的还原性强于Ag,故正极溶液中的Fe2+不参与反应。若Ag+的氧化性强于Fe3+,那么Ⅰ中原电池的总反应为Ag++Fe2+Fe3++Ag,而实验Ⅱ随着反应进行丁烧杯中也能生成Ag+,也可以构成原电池,生成Fe3+,溶液颜色会改变,但是实验Ⅱ中无明显现象,故Ⅰ中的现象是空气中的氧气氧化Fe2+导致,A错误;由分析可知,是空气中的氧气氧化银电极,B错误;Ⅱ中若将银电极换成石墨电极,石墨为惰性电极,不能失去电子,不能形成原电池,电流表指针不再向左偏转,C正确;若是N氧化了Fe2+,那么Ⅱ中的Fe2+也会被N氧化,D错误。
11.A　解析 该装置中铝失去电子发生氧化反应生成[Al(OH)4]-,为负极;镁极上水得到电子发生还原反应生成氢气,为正极;结合装置可知,b为正极,a为负极。电流由正极流向负极,即电流由b经外电路流向a,A错误;铝为负极,电极反应式为Al-3e-+4OH-[Al(OH)4]-,B正确;若用稀硫酸代替NaOH溶液,则镁极为负极,铝极为正极,原电池中阳离子向正极移动,故溶液中的H+移向铝片一极,C正确;标准状况下,量筒中收集到448 mL气体,则n(H2)=0.02 mol,反应中转移电子的物质的量为0.04 mol,D正确。
12.B　解析 甲烧杯的溶液中发生氧化反应:Fe2+-e-Fe3+,A错误;乙烧杯的溶液中发生还原反应,Cr2得到电子生成Cr3+,B正确;a极为负极,b极为正极,外电路中电流由b到a,C错误;S向负极移动,即移向甲烧杯,D错误。
13.BD　解析 根据电子转移方向知,甲中Cd为负极,电极反应为Cd-2e-Cd2+,Co为正极,电极反应为Co2++2e-Co,总反应为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq),A正确;乙图中Co为负极,电极反应为Co-2e-Co2+,Ag为正极,电极反应为2Ag++2e-2Ag,总反应为Co(s)+2Ag+(aq)2Ag(s)+Co2+(aq),结合甲、乙图分析可知金属活动性:Cd>Co>Ag,B错误;盐桥的作用是平衡电荷且构成闭合回路,C正确;根据Ag++e-Ag知转移1 mol电子时,正极析出Ag为108 g·mol-1×1 mol=108 g,D错误。
14.答案 (1)传导离子、作为正极反应物
(2)硫酸锌溶液　硫酸铜溶液　离子导体　A
(3)
解析 (1)由图1可知,CuSO4是电解质,可传导离子,该原电池的负极反应式为Zn-2e-Zn2+,正极反应式为Cu2++2e-Cu,故CuSO4可作为正极反应物。
(2)由图2可知,A溶液中电极为Zn,故A溶液中应含Zn2+,同理,B溶液中含Cu2+,由(1)知阴离子为S。盐桥是由琼脂和饱和的盐溶液组成,属于离子导体。原电池中阴离子向负极移动,Zn为负极,故Cl-向A溶液移动。
(3)由图4可知,电子由左边移向右边,左边为负极,右边为正极,根据所选用的反应,故选取电极材料Mg和石墨,阳离子向正极移动。
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