《无机化学》原电池（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《无机化学》原电池-讲义 理解原电池原理及应用。 知识点一 原电池的组成 1.原电池的组成 借助氧化还原反应使化学能转变为电能的装置，叫做原电池。任何一个氧化还原反应，都可分解为两个半反应，所以理论上可将任何一个氧化还原反应设计成原电池。 原电池是由两个半电池组成的，如Cu-Zn原电池中，Zn和ZnSO4溶液形成了锌半电池(负极)，Cu和CuSO4溶液形成了铜半电池(正极)。组成半电池需要有导体的存在，这种导体称为电极。如Cu-Zn原电池中的锌电极和铜电极，除了起导电作用外，还参与氧化还原反应。若半电池中没有固体导体，需引入金属铂(Pt)、石墨棒等电极，这类电极只起导电作用而不参与氧化还原反应，我们称之为惰性电极。 组成原电池还必须有电解质溶液的存在，它起到把两个半电池联通起来的作用。 不仅金属和它的盐溶液能组成原电池，任何两种不同金属插入同一种电解质溶液中都能组成原电池。 2.原电池的原理 本质：以氧化还原反应为基础，实现化学能到电能的转化。 工作原理：还原剂在负极失去电子，发生氧化反应，电子通过外电路流向正极；氧化剂在正极得到电子，发生还原反应，从而完成电子转移。原电池内部，离子会定向移动，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外部导线中电子的定向移动构成闭合回路，使电极反应持续进行，产生电流。 形成条件： ①必须是一个能够自发进行的氧化还原反应，这是能量转化的基础。 ②氧化反应与还原反应要分别在两个电极上自发进行，即需要两个不同的电极。 ③组装成的内外电路要构成通路，包括外电路的导线连接和内电路的电解质溶液（或熔融态电解质）中离子的移动 。 野外生存是特种兵的必修科目。某节目中模拟野外生存，用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作的水果电池用于野外生火。某同学感到好奇自己制作了一个这样的“超级柠檬电池”。 (1)该电池的电池反应离子方程式为 。 (2)若用铁片代替锌片，LED灯 (填“能”或“不能”，下同)亮。若用铁片代替铜片，LED灯 亮。 (3)若用银片代替锌片，LED灯 (填“能”或“不能”)亮。 (4)由上面分析可知构成原电池的条件有 。 【答案】 (1)Zn+2H+=Zn2+＋H2↑ (2)能 能 (3)不能 (4)①两个活泼性不同的金属电极或金属与非金属(石墨)；②电解质溶液共同构成闭合回路；③自发进行的氧化还原反应 【详解】（1）该电池利用了锌与酸的反应，离子方程式为。 （2）若用铁片代替锌片，由于铁能与酸反应，LED灯仍然能亮；若用铁片代替铜片，由于锌比铁活泼，仍然发生反应：，LED灯仍然能亮。 （3）银片代替锌片，银和铜都不能与酸反应，无电流产生，LED灯不亮。 （4）由上面分析可知构成原电池的条件有：①两个活泼性不同的金属电极或金属与非金属（石墨）；②电解质溶液共同构成闭合回路；③自发进行的氧化还原反应。 1．如下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细。由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是（ ） 选项 M N P A 稀硫酸 B 稀盐酸 C 溶液 D 溶液 【答案】C 【详解】该装置是原电池，M棒变粗，N棒变细，说明N是负极，M是正极，负极上金属失电子，正极上金属阳离子得电子发生还原反应生成金属单质，则该电解质溶液是盐溶液，且N的金属性大于M，所以符合条件的只有C。 2．下列各装置能构成原电池的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．图中只有一个电极，所以该装置不能构成原电池，故A错误； B．图中该装置没有构成闭合回路，所以不能构成原电池，故B错误； C．图中该装置有两个活泼性不同的电极、构成闭合回路、有电解质溶液，符合原电池的构成条件，能构成原电池，故C正确； D．酒精不是电解质，所以不能构成原电池，故D错误；答案选C。 3．要实现反应：Cu＋2HCl=CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】实现Cu＋2HCl=CuCl2＋H2↑反应，因Cu与稀盐酸常温下不反应，则应设计为电解池，Cu为阳极，电解质为HCl。 A．应设计为电解池，该装置为原电池，铁做负极，铜做正极，氢离子在正极得电子生成氢气，故A错误； B．应设计为电解池，该装置中虽然铜的活泼性大于银，但铜与盐酸不能自发进行氧化还原反应，故B错误； C．电解池中Cu为阳极，电解质为HCl，符合题意，故C正确； D．电解池中C为阳极，不符合题意，故D错误；故答案为C。 1．下列说法错误的是（ ） A．化学电池是将化学能转化为电能的装置 B．化学电池中离子导体的作用是传递电子 C．碱性锌锰电池以锌作负极，为电解质 D．铅蓄电池是一种二次电池，以作正极 【答案】B 【详解】A．化学电池是将化学能直接转化为电能的装置，A正确； B．化学电池中，电子不会进入离子导体中，离子导体的作用是形成闭合回路，提供反应环境，有时还可提供反应物，B错误； C．碱性锌锰电池中，负极是，正极是，电解质是，C正确； D．铅蓄电池中，负极是，正极是，D正确。答案选B。 2．下列图示的装置(电解质溶液为稀硫酸)不能形成原电池的是（ ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】原电池的构成条件是：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能自发的进行氧化还原反应，A、B和D都符合原电池的构成条件，所以能形成原电池，C中不能进行自发的氧化还原反应，所以不能构成原电池；故选C。 3．理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ） A．CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＜0 B．HNO3(aq)＋NaOH(aq)=NaNO3(aq)＋H2O(aq) 　ΔH＜0 C．2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH＜0 D．2FeCl3(aq)＋Fe(s)=3FeCl2(aq)　ΔH＜0 【答案】B 【详解】自发进行的放热的氧化还原反应能设计成原电池，吸热或非氧化还原反应不能设计成原电池，据此分析解答。 A．该反应是自发进行的放热的氧化还原反应，所以能设计成原电池，故A不符合题意； B．该反应中没有电子转移，不属于氧化还原反应，属于复分解反应，所以不能设计成原电池，故B符合题意； C．该反应是自发进行的放热的氧化还原反应，所以能设计成原电池，故C不符合题意； D．该反应是自发进行的放热的氧化还原反应，所以能设计成原电池，故D不符合题意；故选B。 知识点二 原电池的电极 1.原电池的电极反应 原电池中，电子流出的极为负极(如锌片)，负极发生氧化反应。电子流入的极为正极(如铜片)，正极发生还原反应。在电极上发生的氧化(或还原)反应称为该电极的电极反应，或叫原电池的半反应，两个半反应合并起来构成原电池的总反应，称为电池反应。半电池中氧化型和还原型组成了电极反应的电对，用“氧化型/还原型”符号表示。其中氧化数高的称为氧化型，氧化数低的称为还原型。例如Cu-Zn原电池中的电极反应： 2.原电池符号表 原电池符号的书写规则：(-)负极材料|负极氧化型离子(在负极发生的还原型离子、对应的氧化型离子)正极氧化型离子、正极还原型离子|正极材料(+) ①写出负极(-)和正极(+)符号，负极写在左边，正极写在右边。 ②“|”表示两相之间的界面。 ③“||”表示用盐桥把两个半电池联接。 ④电极物质为溶液时，要注明其浓度，当溶液浓度为1mol/L时，可省略不写。若是气体要注明其分压。同一相的不同物质之间，或电极中的相界面，要用“，”把它们隔开。 ⑤半电池中需插入惰性电极，惰性电极在电池符号中要表示出来。 根据电池符号可以清晰地看出原电池的组成。铜锌原电池(电解质为硫酸铜)写为：(-)Zn|Zn²+|Cu²+|Cu(+)。 1836年丹尼尔发明了世界上第一个实用电池，下图是实验室模拟原电池原理组装的丹尼尔电池，盐桥中装有饱和溶液的琼胶，回答下列问题。 (1)上图装置中能量的转化形式为 能转化为 能。 (2)在该原电池中， 是负极材料(填“锌片”或“铜片”)，铜片一极发生 反应(填“氧化”或“还原”)。 (3)当该原电池开始工作时，盐桥中的的移动方向是 (请在下列选项中选择)。 A． 流向硫酸锌溶液        B． 流向硫酸铜溶液 (4)该原电池的正极电极反应式为 ；当电路中转移时，锌片溶解的质量为 。 【答案】 (1)化学 电 (2)锌片 还原 (3)A (4) 6.5 【详解】（1）上图装置属于原电池，是将化学能转化为电能的装置，故答案为：化学；电； （2）根据分析可知，在上述原电池中，锌片作负极，发生失电子的氧化反应；铜片作正极，发生得电子的还原反应，故答案为：锌片；还原； （3）原电池中，负极锌失去电子形成锌离子，为了平衡电荷，使溶液呈现电中性，盐桥中的流向硫酸锌溶液，故A符合题意； （4）上述原电池的正极区铜离子得电子生成铜单质，其电极反应式为；负极电极反应式为：，所以当电路中转移时，锌片溶解的物质的量为0.1mol，其质量为=6.5g。 1．甲、乙中分别盛有等体积等浓度的CuCl2溶液（足量），装置如图所示，下列说法不正确的是（ ） A．甲为原电池，乙为电解池 B．乙装置给甲装置提供电能 C．当乙中产生气体时，甲中产生铜的物质的量也为 D．一段时间后，甲、乙中溶液中的铜离子浓度相等 【答案】B 【详解】A．甲、乙装置的电解质溶液相同，但比活泼，故甲为原电池，乙为电解池，即甲为乙提供电能，故A正确； B．甲甲为原电池，乙为电解池，即甲为乙提供电能，故B错误； C．甲中电极（负极）： Zn-2e-=Zn2+，C电极（正极）： Cu2++2e-=Cu；乙中电极（阴极）： Cu2++2e-=Cu，C电极（阳极）： 2Cl--2e-=Cl2↑，根据得失电子守恒，当乙中产生气体时，甲中产生铜的物质的量也为，故C正确； D．单位时间内两池中消耗的物质的量相同，故一段时间后，甲、乙中溶液中的铜离子浓度相等，故D正确；故选B。 2．下列四个化学反应中，理论上不可能设计为原电池的是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】只有氧化还原反应才可能设计成原电池； A．中有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，能设计成原电池，故A不符合题意； B．中有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，能设计成原电池，故B不符合题意； C．中有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，能设计成原电池，故C不符合题意； D．中没有元素化合价的变化，不是氧化还原反应，不能设计成原电池，故D符合题意；答案选D。 3．如图所示，烧杯中盛的是水，铁圈和银圈直接相连，在接头处用一根绝缘细丝吊住，并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液，反应一段时间后，观察到的现象是（ ）    A．两圈仍保持平衡 B．有气泡产生，两圈摇摆不定 C．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜 【答案】D 【详解】铁圈和银圈连接浸入硫酸铜溶液中，该装置构成了原电池，较活泼的金属铁作负极，较不活泼的金属银作正极，负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，导致铁质量减少，正极上铜离子得电子生成铜单质，导致银圈质量增加，所以一段时间后，铁圈质量小于银圈质量，银圈向下倾斜；故选：D。 1．在原电池和电解池的电极上所发生的反应类型相同的是（ ） A．原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应 B．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应 C．原电池的阳极和电解池的负极所发生的反应 D．原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应 【答案】B 【详解】原电池两个电极称正极、负极，电解池两个电极称阴极、阳极，故选项C错误；原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，故原电池的正极与电解池的阴极反应类型相同，原电池负极与电解池阳极反应类型相同，故答案选B。 2．下列关于原电池的叙述中正确的是（ ） A．原电池能将化学能转变为电能 B．原电池负极发生的电极反应是还原反应 C．原电池在工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极 D．原电池的电极只能由两种不同的金属构成 【答案】A 【详解】A．原电池能将化学能转变为电能的装置，A正确； B．原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应，所以选项B、C不正确； D．原电池的电极也可以是由金属和非金属构成，D不正确；答案选A。 3．某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法中不正确的是（ ） A．该装置将化学能转化成电能 B．电子从铁棒经外电路流向碳棒 C．铁棒发生还原反应 D．总反应为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ 【答案】C 【详解】根据装置图可知，活泼金属铁作负极，发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，碳棒作正极，氢离子发生得电子的还原反应，其电极反应式为：2H++2e-= H2↑。 A．装置为原电池原理，是将化学能转化为电能的装置，A正确； B．原电池中，电子从负极经外电路流向正极，本装置中，电子从铁棒经外电路流向碳棒，B正确； C．铁棒失去电子，发生氧化反应，C错误； D．根据原电池正负极反应可知，总反应为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，D正确；故选C。 · 原电池的电极反应（Cu-Zn原电池） · (-)负极材料|负极氧化型离子(在负极发生的还原型离子、对应的氧化型离子)正极氧化型离子、正极还原型离子|正极材料(+) 知识点三 原电池的应用 有甲、乙两位同学，他们一起做了水果电池的实验，测得数据如下： 实验次数 电极材料 水果品种 电极间距/cm 电压/mV 1 锌 铜 菠萝 3 900 2 锌 铜 苹果 3 650 3 锌 铜 柑橘 3 850 4 锌 铜 西红柿 3 750 5 锌 铝 菠萝 3 650 6 锌 铝 苹果 3 450 试根据上表中的实验数据回答下列问题： (1)实验2中负极是 ，电极反应式为： 。 (2)实验1和5电流方向相反的原因是 。 (3)由实验1～实验4可知影响水果电池的电压的因素有 。 (4)根据实验2、6和实验1、5的比较可发现水果电池的电压还与 有关。 【答案】Zn Zn－2e－=Zn2＋ 水果类型(电解质溶液)相同时，实验1中锌的还原性大于铜，锌是负极，实验5中锌的还原性小于铝，锌是正极 水果的类型(或电解质溶液) 电极材料 【详解】(1)实验2中，锌比铜活泼，作负极，电极反应式为：Zn－2e－=Zn2＋； (2)实验1和5电流方向相反的原因是：水果类型(电解质溶液)相同时，实验1中锌的还原性大于铜，锌是负极，实验5中锌的还原性小于铝，锌是正极； (3)水果的类型(或电解质溶液)，是影响水果电池的电压的因素； (4)比较实验2、6和实验1、5可知电极材料不同，水果电池的电压还与电极材料有关。 1．a、b两个烧杯中均盛有100mL等浓度的稀H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】a中加入少量CuSO4溶液，锌置换出铜，形成锌铜原电池，反应速率加快，稀H2SO4的浓度和体积都相同，锌粉过量，硫酸完全反应，则产生的氢气一样多，所以图B符合条件。 2．某原电池反应的化学方程式为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，下列有关描述正确的是（ ） A．Fe为正极 B．Cu为负极 C．负极发生还原反应 D．电解质溶液是CuSO4溶液 【答案】D 【详解】A．根据金属活动顺序表知，铁比铜活泼，结合原电池原理知，铁作负极，A项错误； B．铜作正极，B项错误； C．负极上电极材料失电子变成离子进入溶液，发生氧化反应，C项错误； D．电解质溶液是CuSO4溶液，D项正确；答案选D。 3．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 装置一 装置二 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 实验装置 装置三 装置四 部分实验现象 d极溶解，c极有气体产生 电子从d极流向a极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ） A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 【答案】C 【详解】装置一：形成原电池，a极质量减小，b极质量增加，则a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序a>b； 装置二：没有闭合电路，未形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序b>c； 装置三：形成原电池，d极溶解，所以d是负极，c极有气体产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序d>c； 装置四：形成原电池，电子从d极流向a极，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序d>a； 所以这四种金属的活动性顺序为d>a>b>c；故选C。 1．如图所示，烧杯中盛的是水，铁圈和银圈直接相连，在接头处用一根绝缘细丝吊住，并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液，反应一段时间后，观察到的现象是（ ）    A．两圈仍保持平衡 B．有气泡产生，两圈摇摆不定 C．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜 【答案】D 【详解】铁圈和银圈连接浸入硫酸铜溶液中，该装置构成了原电池，较活泼的金属铁作负极，较不活泼的金属银作正极，负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，导致铁质量减少，正极上铜离子得电子生成铜单质，导致银圈质量增加，所以一段时间后，铁圈质量小于银圈质量，银圈向下倾斜；故选：D。 2．某原电池总反应离子方程式为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是（ ） A．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 B．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 D．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 【答案】B 【详解】A．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故A正确； B．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液的原电池总反应为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，故B错误； C．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故C正确； D．根据原电池工作原理可知，活泼金属做负极，发生氧化反应，正极发生还原反应。铁的活泼性强做负极，C为非金属做正极，电解质溶液为FeCl3溶液的原电池总反应为：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故D正确；故选B。 3．把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c为正极；b、d相连，b为正极，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ） A．a>c>d>b B．a>d>c>b C．a>b>d>c D．a>b>c>d 【答案】A 【详解】把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池，若a、b相连时，a为溶解，则a为负极，为活泼金属，b为正极，是较活泼的金属，因此活泼性a＞b；c、d相连时c为负极，则c为活泼金属，d为正极，是较活泼金属，因此活泼性c＞d；a、c相连时c为正极，则c为较活泼金属，a为负极，是活泼金属，因此活泼性a＞c；b、d相连时b为正极，则b为较活泼金属，d为负极，是活泼金属，因此活泼性d＞b，则这四种金属活动性顺序a＞c＞d＞b，故答案为A。 · 提供电能：日常电池：、动力电池、储能电池。 · 金属的腐蚀与防护：金属腐蚀原理、牺牲阳极保护法、外加电流保护法。 · 用于化学电源研究和电极电势测定：化学电源研发、电极电势测定。 · 其他方面：判断金属活泼性、加快化学反应速率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$