课时梯级训练(3) 原电池的工作原理（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（苏教版2019）

课时梯级训练(3)　原电池的工作原理 一　化学能与电能的转化 1．下列装置工作时，将化学能转化为电能的是(　　) A.风力发电机 B.硅太阳能电池 C.纽扣式银锌电池 D.电解熔融氯化钠 C　解析：风力发电机将风能转化为电能，A错误；硅太阳能电池将太阳能转化为电能，B错误；纽扣式银锌电池将化学能转化为电能，C正确；电解熔融氯化钠装置将电能转化为化学能，D错误。 二　原电池的工作原理 2．下列说法正确的是(　　) A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应 B．原电池中，电流的方向是负极—导线—正极 C．双液原电池中的盐桥是为了连通电路，所以也可以用金属导线代替 D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 D　解析：负极上发生氧化反应，A错误；电流的方向应是正极—导线—负极，B错误；盐桥不能用导线代替，C错误。 3．铜锌原电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．锌片上的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ B．负极上发生还原反应 C．外电路中，电子从铜片经导线流向锌片 D．铜是正极，铜片上有气泡产生 A　解析：金属锌是负极，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，A正确；原电池负极发生氧化反应，B错误；Zn为负极，Cu为正极，外电路中，电子从锌片经导线流向铜片，C错误；铜是正极，铜片上铜离子放电，有铜析出，无气体生成，D错误。 4．由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如图所示。 (1)原电池的负极反应式是________________________________________________， 正极反应式是____________________________________________________。 (2)外电路中电流的方向是____________________________________________。 (3)一段时间后，当在铜片上放出2.24 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半，则产生这些气体的同时，共消耗________g锌，此时转移的电子的物质的量为________，原硫酸的物质的量浓度是______(设溶液体积不变)。 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑ (2)由Cu极流向Zn极 (3)6.5　0.2 mol　1.0 mol·L－1 解析：(1)根据电极材料可知，锌为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；(2)外电路中电流从正极流向负极；(3)当正极上放出2.24 L(标准状况)氢气时，则有： 计算可得：m＝6.5 g，n(H2SO4)＝0.1 mol，n(e－)＝0.2 mol，则c(H2SO4)＝＝1.0 mol·L－1。 三　原电池原理的应用 5．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 C　解析：由第一个装置中a极溶解可知a极为负极，金属活动性：a>b；由第二个装置中b极与稀硫酸反应，c极不与稀硫酸反应可知金属活动性：b>c；同理，由第三个装置中d极溶解可知d极为负极，金属活动性：d>c；由第四个装置中电流从a极流向d极可知电子从d极流向a极，故金属活动性：d>a；综上分析，C正确。 6．一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池的正确组合是(　　) 正极 负极 电解质溶液 A Zn Cu CuCl2溶液 B Cu Zn 硫酸 C Cu Zn CuSO4溶液 D Fe Zn 盐酸 C　解析：该原电池负极为Zn，正极为比Zn不活泼的金属或石墨等，电解质溶液中含有Cu2＋，C正确。 7．根据反应KMnO4＋FeSO4＋H2SO4―→MnSO4＋Fe2(SO4)3＋K2SO4＋H2O(未配平)设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有琼脂，内含K2SO4。下列说法不正确的是(　　) A．石墨b是原电池的负极，发生氧化反应 B．甲烧杯中的电极反应式：MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O C．电池工作时，盐桥中的阴、阳离子分别向乙、甲烧杯中移动，保持溶液中的电荷平衡 D．忽略溶液体积变化，Fe2(SO4)3浓度变为1.5 mol·L－1时，反应中转移的电子的物质的量为0.1 mol D　解析：根据题给反应可知，Fe2＋的化合价升高，则石墨b为负极，发生氧化反应，A正确；石墨a为正极，发生还原反应，电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O，B正确；盐桥的作用是形成闭合回路，同时保持溶液中的电荷平衡，根据原电池工作原理知，阳离子向正极移动，即K＋向甲烧杯移动，SO向乙烧杯移动，C正确；负极的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，生成的Fe3＋的物质的量为(200×10－3×1.5×2－200×10－3×1×2)mol＝0.2 mol，因此外电路中转移电子的物质的量为0.2 mol，D错误。 8．将反应Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是(　　) A．KNO3盐桥中的K＋移向Cu(NO3)2溶液 B．该原电池可使用KCl盐桥 C．工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大 D．取出盐桥后，电流表的指针依然发生偏转 C　解析：该原电池中Cu为负极，Cu极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Ag为正极，Ag极的电极反应式为2Ag＋＋2e－===2Ag。KNO3盐桥中的K＋移向正极，即移向AgNO3溶液，A错误；KCl与AgNO3反应会生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，B错误；由于负极反应生成的Cu2＋进入Cu(NO3)2溶液中，故工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大，C正确；取出盐桥后，不能形成闭合回路，电流表的指针不会发生偏转，D错误。 9．原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是(　　) A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B．由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ D　解析：铁比铜活泼，铁作负极，负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A正确；铝比铜活泼，铝作负极，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋，B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极的电极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，C正确；Al遇浓硝酸发生钝化，则铜作负极，负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。 10．按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表示(　　) ①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的质量 A．①③⑤　　B．③④　　C．①②④　　D．② D　解析：在这个原电池中，负极：Fe－2e－===Fe2＋，使a棒质量减轻；正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，使b棒增重，但溶液中c(NO)不变；反应过程中每溶解56 g铁，析出216 g银，故溶液质量减轻。 11．某校化学兴趣小组为了探究原电池工作原理，进行如下系列实验。 请分析实验结果并回答相应问题。 (1)实验一中，铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流表指针偏转，但较短时间内电流明显减小。实验结束时测得锌片减少了3.94 g，铜片增重了3.84 g，则该原电池的工作效率是________(指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率)。 (2)实验二中，刚将铜片、锌片插入溶液中时电流表指针偏转，但立即就归零了。为什么锌的电子不能持续通过导线流向铜极给Cu2＋？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)实验三中，盐桥中K＋移向________(填“ZnSO4”或“CuSO4”)溶液，如果Zn的消耗速率为1×10－3 mol·s－1，则K＋的迁移速率为________mol·s－1。与实验一比较，实验三原电池的工作效率大大提高，原因是___________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)根据实验一、二、三可得出的结论是___________________________________________ ____________________________________________________________(写出两点即可)。 答案：(1)60%　(2)未形成闭合回路　(3)CuSO4　2×10－3　氧化剂和还原剂互不接触，电子只能通过导线发生转移　(4)Zn的活动性比Cu的强、原电池的两极需要形成闭合回路才能产生电流、有盐桥的原电池可以提高工作效率(其他答案合理也可) 解析：(1)铜片、锌片表面均有红色物质铜析出，固体减小的质量为3.94 g－3.84 g＝0.1 g，根据反应关系式： 参加反应的锌的质量为6.5 g，根据得失电子守恒得，参加原电池反应的锌的物质的量为n(Zn)＝n(Cu)＝＝0.06 mol，该原电池的工作效率为×100%＝60%。 (2)由于锌失电子形成Zn2＋进入溶液，使其显正电性，Cu2＋得电子使溶液显负电性，这两种因素均阻碍电子流向铜板，未形成闭合回路。 (3)实验三中，铜为正极，锌为负极，电流在外电路由铜流向锌，溶液中电流由锌流向铜，所以钾离子移向CuSO4 溶液，氯离子移向硫酸锌溶液；根据电荷守恒可知，如果Zn的消耗速率为1×10－3 mol·s－1，则K＋的迁移速率为2×10－3 mol·s－1；实验一中Zn直接和硫酸铜接触，有少量的铜离子在锌的表面得电子发生反应，而实验三中氧化剂和还原剂互不接触，电子只能通过导线发生转移，所以工作效率大大提高。 (4)根据实验一、二、三可得出的结论是Zn的活动性比Cu的强、原电池的两极需要形成闭合回路才能产生电流、有盐桥的原电池可以提高工作效率。 学科网（北京）股份有限公司 $$