1-1原电池 同步练习 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

专题一 电化学基础与金属防护 第一节 原电池 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列关于原电池的说法，正确的是（ ） A. 原电池是将化学能转化为电能的装置 B. 原电池中电子流向与电流流向相同 C. 原电池的两个电极必须是不同的金属 D. 原电池工作时，负极发生还原反应 2. 构成原电池的基本条件不包括（ ） A. 有两个活泼性不同的电极 B. 有电解质溶液 C. 形成闭合回路 D. 有电源提供电能 3. 铜锌原电池（电解质溶液为稀硫酸）中，正极的电极反应式是（ ） A. Zn - 2e⁻ = Zn²⁺ B. 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ C. Cu - 2e⁻ = Cu²⁺ D. SO₄²⁻ - 2e⁻ = SO₂↑ 4. 下列各组材料中，能构成原电池的是（ ） A. 铜片、铁片、稀盐酸 B. 铜片、铜片、稀硫酸 C. 铁片、锌片、酒精 D. 铜片、石墨、蔗糖溶液 5. 原电池工作时，电子的流动方向是（ ） A. 从正极经导线流向负极 B. 从负极经导线流向正极 C. 从正极经电解质溶液流向负极 D. 从负极经电解质溶液流向正极 6. 关于锌铜原电池的说法，错误的是（ ） A. 锌作负极，发生氧化反应 B. 铜作正极，发生还原反应 C. 电解质溶液中H⁺向负极移动 D. 导线中电子由锌流向铜 7. 下列现象中，与原电池原理无关的是（ ） A. 钢铁在潮湿空气中生锈 B. 纯锌与稀硫酸反应较慢，加入少量铜粉后反应加快 C. 苛性钠溶液在空气中变质 D. 铜片插入硝酸银溶液中，铜片表面析出银 8. 某原电池的总反应方程式为Zn + Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu，该原电池的负极材料是（ ） A. Zn B. Cu C. Zn²⁺ D. Cu²⁺ 9. 原电池中，正极的本质是（ ） A. 活泼性较强的金属 B. 发生氧化反应的电极 C. 电子流出的电极 D. 发生还原反应的电极 10. 加工制造中，常用原电池原理判断金属的活泼性，下列实验能说明铁比铜活泼的是（ ） A. 铁片、铜片分别放入稀盐酸中，铁片产生气泡，铜片无现象 B. 铁片、铜片分别放入硫酸铜溶液中，铁片表面析出铜 C. 铁片、铜片、稀硫酸构成原电池，铁片作负极 D. 以上都能 11. 下列关于原电池电极反应的说法，正确的是（ ） A. 负极发生还原反应，正极发生氧化反应 B. 电极反应式中，电子得失必须守恒 C. 电解质溶液不参与电极反应 D. 所有原电池的正极反应都是H⁺得电子生成H₂ （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 原电池是______转化为______的装置，其工作原理基于______反应的电子转移。 2. 原电池的构成条件：① 两个______不同的电极（活泼性差异）；② 有______（能导电的溶液或熔融态电解质）；③ 电极插入电解质溶液中并______；④ 能自发进行______反应。 3. 原电池中，的电极作负极，发生______反应，电子；的电极作正极，发生______反应，电子。 4. 铜锌原电池（电解质为稀硫酸）中，负极材料是______，电极反应式为______；正极材料是______，电极反应式为______；总反应方程式为______。 5. 加工制造类应用中，原电池原理的应用包括______（如判断金属活泼性）、（如应急电源）、（如金属腐蚀分析）等。 6. 原电池工作时，电解质溶液中的______离子向正极移动，______离子向负极移动，形成闭合回路。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 原电池工作时，化学能全部转化为电能。（ ） 2. 任何两个不同的金属都能构成原电池的电极。（ ） 3. 原电池的负极一定是活泼性较强的金属。（ ） 4. 电解质溶液的作用是提供离子，形成导电回路。（ ） 5. 原电池中，正极质量一定增加，负极质量一定减少。（ ） 6. 钢铁生锈的本质是钢铁与空气中的氧气、水构成原电池，发生电化学腐蚀。（ ） 7. 原电池的总反应方程式等于正、负极电极反应式相加（电子守恒）。（ ） 8. 石墨、铂等惰性电极可作为原电池的正极，不参与电极反应。（ ） 9. 原电池工作时，电极上的电子通过电解质溶液传递。（ ） 二、提升题（共30分） 简答题（每题10分，共30分） 1. 结合原电池原理及加工制造类专业分析：① 某工厂需判断一批金属材料（铁、铜、铝）的活泼性顺序，设计基于原电池原理的实验方案（包括实验原理、仪器、步骤和结论）；② 若将铁制品与铝制品直接焊接在一起，在潮湿环境中使用，会加速哪种金属的腐蚀？分析原因，写出相关电极反应式；③ 如何利用原电池原理保护焊接后的金属制品？写出具体措施（至少3点）；④ 简述原电池原理在金属材料筛选中的应用意义（至少3点）。 2. 原电池在加工制造的应急电源、电化学检测等领域有广泛应用。① 某应急电源采用锌-锰干电池（原电池），其负极材料为锌，正极材料为石墨，电解质为氯化铵溶液，写出该原电池的正、负极电极反应式及总反应方程式；② 若应急电源使用后电压下降，分析可能的原因（至少2点）；③ 加工制造中，常用原电池原理检测金属表面的镀层是否破损，以镀锌铁为例，说明检测原理，写出镀层破损后发生的电极反应式；④ 简述原电池原理在应急电源设计中的优势（至少3点）及对加工制造生产的意义。 3. 结合加工制造类专业回答：① 某机械厂的钢铁零件在潮湿车间易生锈，分析该腐蚀现象的原电池构成（电极材料、电解质溶液、电极反应）；② 原电池原理可用于金属的电化学加工辅助，举例说明原电池在加工制造中的其他应用（举2例），解释其工作原理；③ 设计一个实验，验证原电池的构成条件（以铜锌原电池为例），写出实验原理、仪器、步骤和结论，并说明该实验对加工制造中避免金属电化学腐蚀、优化电极材料选择的指导意义。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. A 2. D 3. B 4. A 5. B 6. C 7. C 8. A 9. D 10. D 11. B （二）填空题 1. 化学能；电能；氧化还原 2. 活泼性；电解质溶液；形成闭合回路；氧化还原 3. 活泼性较强；氧化；流出；活泼性较弱（或惰性电极）；还原；流入 4. 锌（Zn）；Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；铜（Cu）；2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ 5. 金属活泼性判断；应急电源制备；金属腐蚀预警 6. 阳；阴 （三）判断题 1. × 2. × 3. √ 4. √ 5. × 6. √ 7. √ 8. √ 9. × 二、提升题 简答题 1. ① 金属活泼性判断实验方案：a. 实验原理：原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极；通过观察电极反应现象（如是否产生气泡、金属析出）判断活泼性顺序；b. 实验仪器：烧杯、导线、电流表、铁片、铜片、铝片、稀盐酸；c. 实验步骤：取三个烧杯，分别加入等量稀盐酸；方案一：将铁片和铜片用导线连接，插入稀盐酸中，观察电流表指针是否偏转，记录电极现象；方案二：将铁片和铝片用导线连接，插入稀盐酸中，观察电流表指针偏转方向及电极现象；方案三：将铜片和铝片用导线连接，插入稀盐酸中，观察相关现象；d. 实验结论：若铁-铜原电池中，铁片溶解、产生气泡，铁作负极，说明铁比铜活泼；铁-铝原电池中，铝片溶解更快，铝作负极，说明铝比铁活泼；综上，活泼性顺序为铝＞铁＞铜。 ② 加速腐蚀的金属及原因：加速铝的腐蚀；原因：铝比铁活泼，潮湿环境中，铝、铁构成原电池，铝作负极发生氧化反应被腐蚀；电极反应式：负极（Al）：2Al - 6e⁻ = 2Al³⁺；正极（Fe）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻（中性/弱酸性环境）。 ③ 保护措施：a. 在焊接处涂抹防腐涂料，隔绝空气和水，破坏原电池构成条件；b. 在金属制品表面镀一层惰性金属（如铬），覆盖电极表面，阻止电子转移；c. 连接一块比铝更活泼的金属（如镁）作为牺牲阳极，镁作负极被腐蚀，保护铝和铁；d. 定期对焊接处进行干燥处理，降低环境湿度，减少电解质溶液形成。 ④ 应用意义：a. 快速筛选适合加工场景的金属材料，避免因金属活泼性差异导致的电化学腐蚀；b. 优化金属构件的组合方式，防止不同活泼性金属直接接触引发腐蚀；c. 为金属镀层选择提供依据，确保镀层金属比基体金属更活泼，起到保护作用；d. 降低加工制品的腐蚀损耗，延长使用寿命，节约生产成本。 2. ① 锌-锰干电池电极反应及总反应：负极（Zn）：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；正极（石墨）：2NH₄⁺ + 2e⁻ = 2NH₃↑ + H₂↑；总反应方程式：Zn + 2NH₄Cl = ZnCl₂ + 2NH₃↑ + H₂↑。 ② 电压下降的原因：a. 负极锌片逐渐消耗，表面积减小，反应速率减慢，电子转移减少；b. 电解质溶液中NH₄Cl浓度降低，离子浓度减小，导电能力下降；c. 反应生成的NH₃和H₂附着在正极表面，阻碍电极反应的进一步进行；d. 电池内部出现极化现象，导致实际电压低于理论电压。 ③ 镀锌铁镀层破损检测原理：a. 检测原理：镀锌铁镀层（Zn）完好时，Zn作负极保护Fe；镀层破损后，Zn与Fe构成原电池，Zn仍作负极被腐蚀，Fe被保护；若检测到Zn的腐蚀产物或电流变化，说明镀层可能破损；b. 电极反应式（镀层破损后）：负极（Zn）：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；正极（Fe）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。 ④ 应急电源设计优势及意义：a. 优势：结构简单、体积小，适合加工现场应急使用；反应快速，能即时提供电能；原料易得，成本较低；维护方便，无需复杂操作；b. 意义：保障加工制造中突发断电时的关键设备（如检测仪器、控制系统）正常运行，避免生产中断；为野外作业的加工设备（如便携式焊接机）提供临时电源；降低因断电导致的产品报废风险，提高生产稳定性。 3. ① 钢铁零件电化学腐蚀的原电池构成：a. 电极材料：负极是钢铁中的铁（Fe），正极是钢铁中的碳（C，杂质）；b. 电解质溶液：潮湿空气中的水、二氧化碳、氧气形成的弱酸性或中性溶液；c. 电极反应：负极（Fe）：2Fe - 4e⁻ = 2Fe²⁺；正极（C）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；总反应：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂，后续Fe(OH)₂进一步氧化为Fe(OH)₃，最终形成铁锈（Fe₂O₃·nH₂O）。 ② 原电池在加工制造中的其他应用：a. 应用1：电化学抛光；原理：以待加工金属为阳极，惰性电极（如石墨）为阴极，电解质溶液为特定酸液；通电后，金属阳极表面凸起部分发生氧化反应溶解，使表面平整光滑；b. 应用2：牺牲阳极保护法用于船舶螺旋桨；原理：在螺旋桨（钢铁材质）上连接锌块，锌比铁活泼，构成原电池时锌作负极被腐蚀，保护螺旋桨不被腐蚀。 ③ 原电池构成条件验证实验：a. 实验原理：铜锌原电池的构成需要满足“活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应”，通过控制变量法验证每个条件的必要性；b. 实验仪器：烧杯、导线、电流表、铜片、锌片、稀硫酸、蒸馏水；c. 实验步骤：对照组（完整原电池）：将铜片、锌片用导线连接电流表，插入稀硫酸中，观察电流表指针偏转及电极现象；变量1（无电解质溶液）：将铜片、锌片用导线连接，插入蒸馏水中，观察现象；变量2（无闭合回路）：将铜片、锌片分别插入稀硫酸中，不连接导线，观察现象；变量3（相同电极）：将两片铜片用导线连接，插入稀硫酸中，观察现象；变量4（无自发氧化还原反应）：将铜片、锌片用导线连接，插入蔗糖溶液中，观察现象；d. 实验结论：只有对照组（满足所有构成条件）出现电流表偏转、锌片溶解、铜片产生气泡的现象，其他变量组均无明显原电池反应，证明原电池的四个构成条件缺一不可；e. 指导意义：该实验为加工制造中避免金属电化学腐蚀提供依据，如通过隔绝电解质溶液（涂防腐漆）、破坏闭合回路（避免不同金属直接接触）防止腐蚀；为电极材料选择提供参考，如设计原电池类设备时，合理搭配活泼性不同的电极，确保反应稳定进行，优化加工效率和产品质量。 学科网（北京）股份有限公司 $