4.1.1 原电池的工作原理 同步练习 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

4.1.1 原电池的工作原理 A级 必备知识基础练 题组1.原电池的构成及工作原理 1.如图所示,a为锌片,b为铜片。下列关于该装置的说法不正确的是(　　) 　　　　　 　　　　　 　　　　 A.a极发生还原反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+ B.若b电极上生成2 g气体,则转移电子数目为2NA C.若将b改为镁条,a电极反应式为2H++2e-H2↑ D.若将b改为石墨棒,则电路中仍会产生电流,且电流的流向不变 2.(2025·河北邢台高二检测)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应。下列反应理论上不能用于设计成原电池的是(　　) A.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH<0 B.HNO3(aq)+KOH(aq)KNO3(aq)+H2O(l)　ΔH<0 C.2Al(s)+3Cl2(g)2AlCl3(s)　ΔH<0 D.Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl2+H2(g)　ΔH<0 3.(2025·湖南益阳高二检测改编)为探究AgNO3与KI溶液能否发生氧化还原反应,设计了如图所示装置,闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出。下列说法正确的是(　　) A.Y电极为负极 B.右侧烧杯中N经盐桥移向左侧烧杯 C.闭合K后右侧烧杯中Ag+的浓度下降 D.若将X电极换成Cu电极,实验现象不变 4.(2025·山东青岛高二期中)某兴趣小组为了探究原电池的工作原理,设计了如下实验并记录了部分实验现象。 实验 编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向 1 镁片、铝片 稀硫酸 偏向铝片 2 铜片、铝片 浓硝酸 3 镁片、铝片 NaOH溶液 偏向镁片 4 铁片、石墨棒 NaCl溶液 … 下列说法正确的是(　　) A.实验1中电子流向为镁片→导线→铝片→电解质溶液→镁片 B.实验2中的Al片电极反应式为Al-3e-Al3+ C.实验4电流表指针偏向铁片 D.由实验1和3可知,保持电极材料不变,可通过更换电解质溶液改变正负极 题组2.原电池工作原理的应用 5.(2025·四川成都石室中学高二检测)如图是利用带盐桥的电池从某些含碘盐中提取碘的两个装置,下列说法正确的是(　　) A.两个装置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ作负极 B.碘元素在装置①中被还原,在装置②中被氧化 C.①中MnO2电极的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-Mn2++4OH- D.装置①②中生成等量的I2时,导线上通过的电子数之比为1∶5 6.(2025·河南郑州高二检测)现有以下四个化学反应: A.C+CO22CO B.Fe+H2SO4FeSO4+H2↑ C.Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O D.2KOH+H2SO4K2SO4+2H2O 图甲 图乙 (1)上述四个反应过程中能量变化符合图甲的是　　　　　(填字母)。  (2)上述四个反应中可用于设计成如图乙的原电池的反应是　　　　　(填字母)。  ①根据该原电池,负极反应式为　;  正极发生　　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。  ②当导线中有2 mol电子通过时,理论上溶液质量增重　　　　　 g。  (3)FeCl3常用于腐蚀印刷电路铜板,请利用反应2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2设计一个原电池,根据图乙画出该原电池的装置图,并注明所使用的用品。 可供选择的用品:铜片、锌片、铁片、石墨棒、NaCl溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、CuCl2溶液、电流表、导线、烧杯。 　　　　　 B级 关键能力提升练 7.如图是盐桥中装有饱和KCl溶液的原电池示意图。下列说法错误的是(　　) A.该原电池的负极反应式为Cu-2e-Cu2+ B.电子流向:Cu→盐桥→Pt→电流表→Cu C.甲烧杯中的c(N)逐渐减小 D.盐桥中钾离子移向甲烧杯 8.(2025·福建三明高二检测改编)为探究浓差原电池的原理(当两池中电解质溶液的浓度相等时,电流表指针指向0),某同学做如图实验(盐桥中为用琼脂封装的饱和KNO3溶液),电流表指针发生了偏转。下列说法错误的是(　　) A.盐桥中琼脂封装的溶液不可替换为KCl溶液 B.左侧烧杯中硝酸银溶液浓度将增大 C.当转移1 mol电子时,负极所在的烧杯中溶液增重108 g D.原电池工作一段时间后,将两个银片互换,再工作一段时间,理论上可恢复到原来的质量 9.(2025·湖北荆州中学高二检测)为了探究原电池的工作原理,设计如图1装置,某些离子的浓度变化如图2所示(不考虑副反应)。下列叙述错误的是 (　　) A.图1中,铜电极为负极,铂电极发生还原反应 B.图2中,N代表c(Cu2+)与时间的关系 C.图1中,铂极电极反应式为Fe3+-e-Fe2+ D.图2中,a点时FeCl3转化了约66.7% 10.(2025·浙江宁波十校高二联考)利用如图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。 已知该电池装置中,盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应,并且电迁移率()(如下表)应尽可能地相近;两烧杯中溶液的体积相等。 离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ /(×108 m2·s-1·V-1) 4.07 5.19 6.59 7.62 离子 HC N Cl- S /(×108 m2·s-1·V-1) 4.61 7.40 7.91 8.27 下列说法正确的是(　　) A.根据上表数据,盐桥中应选择KNO3作为电解质 B.石墨电极上对应的电极反应式为Fe2+-e-Fe3+ C.反应一段时间后,当右池中c(Fe2+)∶c(Fe3+)=3∶2时,左池中c(Fe2+)=0.15 mol·L-1 D.盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧的溶液中 11.在如图装置中,观察到图1装置铜电极上产生大量无色气泡,而图2装置中铜电极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气体。下列叙述不正确的是 (　　) A.图1装置中Cu电极上电极反应式为2H++2e-H2↑ B.图2装置中Cu电极上电极反应式为Cu-2e-Cu2+ C.图2装置中Cr电极上电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O D.两个装置中,电子均由Cr电极经导线流向Cu电极 C级 学科素养拔高练 12.(2025·广东高州高二检测)电化学手段在研究物质性质以及工业生产中都有重要应用。 (1)已知Fe2+与K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液反应生成KFe[Fe(CN)6]蓝色沉淀。某实验小组利用原电池装置对FeCl3与Na2SO3的反应进行探究。 ①原电池反应进行一段时间后,取少量左侧电极附近的溶液置于试管内,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,说明左侧烧杯中含有　　　　　。  ②检验右侧电极产物的操作及现象是  　。  ③发生氧化反应的电极反应式为 　。  (2)为了验证Fe与Cu的还原性强弱,如图实验装置能达到实验目的的是　　　　　(填序号),其正极的电极反应式为　　　　　　　　　;若构建该原电池时两个电极的质量相等,当导线中通过0.2 mol电子时,理论上两个电极的质量差为　　　　　 g。  (3)应用原电池反应可以探究氧化还原反应进行的方向和程度。按如图所示连接装置并加入试剂(盐桥中的物质不参与反应),进行实验: a.K闭合时,电流表指针偏移。放置一段时间后,指针偏移减小。 b.随后向U形管左侧逐渐加入浓Fe2(SO4)3溶液,发现电流表指针的变化依次为偏移减小→回到零点→逆向偏移。 ①实验a中银作　　　　　极。  ②综合实验a和b的现象,得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式为 　。  1.A　解析 由于Zn比Cu活泼,则Zn电极作负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,A错误;若b电极上生成2 g气体,根据电极反应式2H++2e-H2↑,则转移电子数目为2NA,B正确;若将b改为镁条,由于Mg比Zn活泼,则锌电极作正极,发生还原反应,电极反应式为2H++2e-H2↑,C正确;若将b改为石墨棒,同样形成原电池,电路中会产生电流,且仍是b电极作正极,电流由b电极经导线流向a电极,D正确。 2.B　解析 只有自发放热的氧化还原反应才能设计成原电池,HNO3(aq)和KOH(aq)发生中和反应,不涉及得失电子,不能设计成原电池,B符合题意。 3.C　解析 根据题目信息和装置可知,该装置为原电池,闭合K一段时间后,观察到Y电极表面有银白色物质析出,则Y电极是正极,生成银单质,X电极是负极,A错误;原电池电解质溶液中阴离子向负极移动,盐桥中的硝酸根离子向左侧烧杯移动,钾离子向右侧烧杯中移动,右侧烧杯中N的浓度基本不变,B错误;闭合K后右侧烧杯中银离子得电子生成银单质,银离子浓度下降,C正确;X电极发生反应2I--2e-I2,左侧烧杯中溶液会显蓝色,若将X电极换成Cu电极,X电极是负极,铜电极溶解,实验现象改变,D错误。 4.D　解析 镁片、铝片在稀硫酸中形成原电池反应,Mg片为负极,Al片为正极,实验1中电子流向为镁片→导线→铝片,电子不能通过电解质溶液,A错误;实验2中的铝片在浓硝酸中钝化,铝片为正极,铜片为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,B错误;实验4中Fe作负极,电流表指针偏向石墨,C错误;由实验1和3可知,保持电极材料不变,在实验1中,Mg为负极,Al为正极;实验3中Al为负极,Mg为正极,故可通过更换电解质溶液改变正负极,D正确。 5.D　解析 装置①中碘离子失去电子被氧化,石墨Ⅰ是负极,装置②中NaIO3得到电子被还原,石墨Ⅱ是正极,A错误;碘元素在装置①中被氧化,在装置②中被还原,B错误;装置①中MnO2得到电子,溶液呈酸性,则电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,C错误;装置①中1 mol NaI失去1 mol电子,装置②中1 mol NaIO3得到5 mol电子,则装置①②中生成等量的I2时,导线上通过的电子数之比为1∶5,D正确。 6.答案 (1)AC (2)B　①Fe-2e-Fe2+　还原　②54 (3) 解析 (2)反应Fe+H2SO4FeSO4+H2↑可设计成原电池,该原电池中Fe作负极,电解质为H2SO4。负极反应式为Fe-2e-Fe2+,H+在正极得电子生成H2,发生还原反应。当导线中有2 mol电子通过时,理论上负极有1 mol Fe失电子生成1 mol Fe2+进入溶液,溶液中有2 mol H+在正极得电子生成1 mol H2,则溶液增重为1 mol×56 g·mol-1-1 mol×2 g·mol-1=54 g。 7.B　解析 Cu比Pt活泼,则Cu作原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,A正确;电子只能在电极和导线中移动,不能进入电解质溶液,故电子流向为Cu→电流表→Pt,B错误;Pt电极是正极,电极反应式为N+4H++3e-NO↑+2H2O,反应消耗N,则甲烧杯中c(N)逐渐减小,C正确;盐桥中阳离子向正极移动,则K+移向甲烧杯,D正确。 8.C　解析 右侧烧杯中硝酸银溶液浓度大,银离子氧化性强,所以右侧烧杯中发生反应Ag++e-Ag,右侧为正极,左侧为负极。Ag+能与Cl-反应产生沉淀,则盐桥中琼脂封装的溶液不可替换为KCl溶液,A正确;银片1电极为负极,负极反应式为Ag-e-Ag+,盐桥中硝酸根离子向负极移动,则左侧烧杯中硝酸银溶液浓度将增大,B正确;当转移1 mol电子时,负极溶液中能增加1 mol AgNO3,所在的烧杯中溶液增重170 g,C错误;工作一段时间后将两个银片互换,正极变为负极、负极变为正极,原电池再工作一段时间后,理论上可恢复到原来的质量,D正确。 9.C　解析 由图1可知,Cu电极为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Pt电极为正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,正极发生还原反应,A正确;负极反应式为Cu-2e-Cu2+,反应过程中c(Cu2+)逐渐增大,B正确;铂电极的电极反应式为Fe3++e-Fe2+,C错误;N代表c(Cu2+)与时间的关系,M代表c(Fe3+)与时间的关系,Fe3+的起始浓度为3 mol·L-1,a点时浓度为1 mol·L-1,故FeCl3转化了,即约为66.7%,D正确。 10.C　解析 由题意可知,铁电极为负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,石墨电极为正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+。Fe2+、Fe3+能与HC反应,Ca2+与S不能大量共存,FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐,水溶液呈酸性,酸性条件下N能与Fe2+反应,则盐桥中的阴离子不可以选择HC、N,阳离子不可以选择Ca2+,盐桥中阴、阳离子的迁移率应尽可能地接近,根据表中数据,盐桥中应选择KCl作为电解质,A错误;石墨电极为正极,电极反应式为Fe3++e-Fe2+,B错误;右池中开始时c(Fe2+)∶c(Fe3+)=0.05∶0.20,右池中发生反应Fe3++e-Fe2+,现c(Fe2+)∶c(Fe3+)=3∶2,即c(Fe2+)∶c(Fe3+)=0.15∶0.10,在此过程中c(Fe2+)增加了0.10 mol·L-1,则由负极反应式Fe-2e-Fe2+可知,左池中c(Fe2+)增加了0.05 mol·L-1,即左池中c(Fe2+)=0.15 mol·L-1,C正确;盐桥中的阴离子流向负极,由分析知,盐桥中阴离子进入铁电极一侧的溶液中,D错误。 11.D　解析 图1为原电池装置,铜为正极,氢离子得电子生成氢气,电极反应式是2H++2e-H2↑,A正确;图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,说明铜电极为负极,铬电极为正极,负极反应为Cu-2e-Cu2+,B正确;图2装置中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量有色气体,正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体,电极反应式为N+2H++e-NO2↑+H2O,C正确;图1中,电子由Cr电极经导线流向Cu电极,图2中电子由Cu电极经导线流向Cr电极,D错误。 12.答案 (1)①Fe2+　②取少量右侧电极附近的溶液置于试管内,先加足量稀盐酸,再加氯化钡溶液,有白色沉淀生成,说明右侧电极产物为Na2SO4 ③S-2e-+2OH-S+H2O (2)②　Cu2++2e-Cu　12 (3)①正　②Fe2++Ag+Fe3++Ag 解析 (1)①Fe2+遇铁氰化钾溶液产生蓝色沉淀,取少量左侧电极附近的溶液置于试管内,加入铁氰化钾溶液,产生蓝色沉淀,说明左侧烧杯中含有Fe2+。②Na2SO3能被氧化为Na2SO4,Na2SO4与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀,检验右侧电极产物的操作及现象:取少量右侧电极附近的溶液置于试管内,先加足量的稀盐酸,再加氯化钡溶液,有白色沉淀生成,说明右侧电极产物为Na2SO4。③根据分析,负极发生的氧化反应为S-2e-+2OH-S+H2O。 (2)①中Fe在冷的浓硝酸中发生钝化,阻止Fe与浓硝酸进一步反应,因此无法判断Fe与Cu的还原性强弱,②中发生的总反应为Cu2++FeFe2++Cu,在该氧化还原反应中,Fe为还原剂,Cu为还原产物,还原剂的还原性大于还原产物,即还原性Fe>Cu,能达到实验目的;石墨电极为正极,Cu2+得到电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu;导线中通过0.2 mol电子,结合反应Cu2++FeFe2++Cu可知,此时消耗Fe的物质的量为0.1 mol,质量为5.6 g,生成Cu的物质的量为0.1 mol,其质量为6.4 g,理论上两个电极的质量差为6.4 g+5.6 g=12 g。 (3)①Fe2+失电子发生氧化反应,Ag+发生还原反应转化成Ag,银电极是正极;②综合实验的现象,加入Fe3+后,电流表指针发生了逆向偏移,说明Fe3+和银单质反应生成Ag+和Fe2+,则可得出Ag+和Fe2+反应的离子方程式是Fe2++Ag+Fe3++Ag。 学科网（北京）股份有限公司 $$