1-原电池 同步作业 《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. 原电池是将电能转化为化学能的装置 B. 原电池的构成必须有两个活泼性不同的电极 C. 原电池工作时，电子从正极经导线流向负极 D. 原电池的电解质溶液仅起到导电作用，不参与反应 2. 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、酒精溶液 D. 铝片、镁片、蔗糖溶液 3. 加工制造中，钢铁制品在潮湿环境中易腐蚀，其本质是形成了原电池。下列说法正确的是（ ） A. 钢铁中的铁作原电池的正极 B. 钢铁中的碳作原电池的负极 C. 正极反应为：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ D. 负极反应为：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑ 4. 原电池工作时，关于电极反应的说法错误的是（ ） A. 负极发生氧化反应，失去电子 B. 正极发生还原反应，得到电子 C. 电极反应式需遵循电荷守恒和原子守恒 D. 所有原电池的正极反应都是氢离子得电子生成氢气 5. 下列关于原电池构成条件的说法，错误的是（ ） A. 必须存在能自发进行的氧化还原反应 B. 电极材料必须是金属单质 C. 电极之间需通过导线或直接接触形成闭合回路 D. 电解质溶液需能电离出自由移动的离子 6. 某原电池的电极反应为：负极：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；正极：Cu²⁺ + 2e⁻ = Cu。该原电池的电解质溶液可能是（ ） A. 稀盐酸 B. 硫酸铜溶液 C. 氯化钠溶液 D. 氢氧化钠溶液 7. 加工制造中常用的锌锰干电池，属于原电池装置。下列说法正确的是（ ） A. 锌壳作正极，碳棒作负极 B. 电池工作时，锌被还原 C. 电解质溶液为氯化铵溶液，提供离子导电 D. 正极反应为：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺ 8. 下列实验现象中，能证明原电池形成并工作的是（ ） A. 电极材料逐渐溶解 B. 电解质溶液颜色改变 C. 导线中产生持续电流 D. 溶液温度明显升高 9. 关于原电池正负极的判断，错误的是（ ） A. 活泼性更强的金属通常作负极 B. 电子流出的一极是负极 C. 发生还原反应的一极是正极 D. 生成气体的一极一定是正极 10. 某原电池中，负极反应为Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，正极反应为2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑。该原电池的总反应方程式为（ ） A. Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑ B. Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑ C. 2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂ D. Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu 11. 加工制造中，为减缓金属腐蚀，常通过改变电极材料避免原电池形成。下列做法中，能有效避免原电池腐蚀的是（ ） A. 在钢铁设备上焊接锌块 B. 用铜质铆钉连接铁板 C. 将钢铁零件浸泡在油脂中 D. 在钢铁表面镀一层锡 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 原电池是将______能转化为______能的装置，其工作原理基于______反应的电子转移。 2. 原电池的构成要素包括：______、______、______和______；其中______是原电池工作的核心，提供电子转移的动力。 3. 原电池中，______极发生氧化反应，电子从该极______；______极发生还原反应，电子向该极______。 4. 写出铜锌原电池（电解质为稀硫酸）的电极反应式： 负极：______； 正极：______； 总反应方程式：______。 5. 加工制造中，原电池原理的应用场景有______（金属腐蚀分析）、______（化学电源设计）、______（电化学加工辅助）等。 6. 锌锰干电池中，负极材料为______，正极材料为______，电解质主要为______，电池工作时，负极发生______反应。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 原电池工作时，电解质溶液中的离子仅在两极间定向移动，不参与电极反应。（ ） 2. 两个活泼性相同的电极无法构成原电池。（ ） 3. 原电池的总反应方程式等于正极反应式与负极反应式相加，消去电子后得到。（ ） 4. 钢铁在潮湿空气中发生的吸氧腐蚀，本质是原电池反应，正极生成氢气。（ ） 5. 原电池的负极一定是金属材料，正极可以是非金属材料。（ ） 6. 加工制造中使用的铅蓄电池，充电时为原电池，放电时为电解池。（ ） 7. 原电池工作时，导线中电子的流动方向与电解质溶液中阳离子的移动方向相同。（ ） 8. 铜锌原电池中，若将电解质溶液换成乙醇，电池仍能正常工作。（ ） 9. 原电池的电动势越大，说明其将化学能转化为电能的效率越高。（ ） 二、提升题（共30分） （一）简答题（10分） 1. 加工制造车间中，某钢铁零件与铜质紧固件连接后，在潮湿环境中很快出现腐蚀现象。请分析：（1）该腐蚀现象的本质是什么（是否为原电池反应）；（2）若为原电池反应，指出正负极材料、电极反应式及总反应方程式；（3）如何避免或减缓该腐蚀（提出两种具体措施，结合原电池构成条件说明）。 2. 某学生设计原电池装置：电极材料为镁片和铝片，电解质溶液为氢氧化钠溶液。实验发现，铝片逐渐溶解，镁片表面无明显现象。请分析：（1）该原电池的正负极分别是什么，说明判断依据；（2）写出电极反应式和总反应方程式；（3）该实验说明原电池正负极的判断不能仅依据金属活泼性，还需考虑什么因素。 （二）分析题（10分） 1. 分析下列原电池应用案例的原理，结合加工制造场景说明其优势或问题： （1）船舶制造中，在船体外壳焊接锌块进行防腐； （2）电子元件制造中，使用银锌纽扣电池作为电源； （3）机械加工中，钢铁工件在酸洗液中发生的腐蚀。 2. 某原电池装置如图所示（电极A为锌片，电极B为铜片，电解质溶液为稀硫酸），工作一段时间后出现以下现象：① 锌片溶解速率变慢；② 导线中电流逐渐减弱；③ 电解质溶液pH升高。请分析每个现象产生的原因，结合原电池工作原理说明，并提出改进措施以延长电池工作时间。 （三）计算题（10分） 1. 铜锌原电池（电解质为稀硫酸）工作时，若有6.5g锌完全反应，计算： （1）转移电子的物质的量； （2）正极生成氢气的体积（标准状况下）； （3）电解质溶液中H⁺减少的物质的量（写出计算过程）。 2. 某锌锰干电池的总反应方程式为：Zn + 2NH₄Cl + 2MnO₂ = ZnCl₂ + 2NH₃↑ + Mn₂O₃ + H₂O。若电池中含5.0g锌，完全放电时： （1）计算消耗MnO₂的物质的量； （2）生成NH₃的质量； （3）若该电池用于驱动小型机械，输出电流为0.1A，理论上可连续工作多长时间（1mol电子的电量为96500C，Q=It，写出计算过程）。 3. 加工制造中，某原电池腐蚀导致0.56g铁完全反应（生成Fe²⁺）。计算： （1）转移电子的物质的量； （2）若该腐蚀为吸氧腐蚀，消耗氧气的体积（标准状况下）； （3）生成Fe(OH)₂的质量（写出计算过程）。 这份作业紧扣加工制造类专业的工业应用场景，既巩固原电池基础知识点，又强化理论与实际生产的结合。如果需要调整题型比例（如增加更多工业案例分析题）、补充特定制造场景的原电池应用（如电化学加工、防腐工程），或优化计算题的难度梯度，欢迎随时告知，我会进一步精准完善。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. A 3. C 4. D 5. B 6. B 7. C 8. C 9. D 10. A 11. C （二）填空题 1. 化学；电；氧化还原 2. 电极；电解质溶液；闭合回路；自发的氧化还原反应；自发的氧化还原反应 3. 负；流出；正；流入 4. Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑；Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑ 5. 金属防腐设计；应急电源制备；金属表面处理（其他合理答案也可） 6. 锌壳（Zn）；碳棒（C）；氯化铵（NH₄Cl）；氧化 （三）判断题 1. × 2. √ 3. √ 4. × 5. √ 6. × 7. × 8. × 9. √ 二、提升题 （一）简答题 1. （1）该腐蚀本质是原电池反应，钢铁零件、铜质紧固件与潮湿环境中的电解质（如空气中的CO₂溶于水形成的碳酸）构成闭合回路，发生电化学腐蚀。 （2）原电池构成：① 负极：钢铁中的铁（Fe），电极反应式：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；② 正极：铜质紧固件（Cu），电极反应式：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻（吸氧腐蚀，潮湿环境中无大量H⁺）；③ 总反应方程式：2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂。 （3）减缓措施：① 隔离电解质：在连接处涂抹防锈油脂或密封胶，切断闭合回路；② 改变电极组合：将铜质紧固件更换为钢铁材质紧固件，使两极活泼性相同，无法形成原电池；③ 牺牲阳极保护：在钢铁零件上焊接锌块，锌的活泼性强于铁，作负极被腐蚀，保护铁（任选两种，合理即可）。 2. （1）正极为镁片，负极为铝片；判断依据：铝片逐渐溶解，发生氧化反应，为负极；镁片表面无现象，发生还原反应，为正极。 （2）电极反应式：① 负极（Al）：2Al + 8OH⁻ - 6e⁻ = 2AlO₂⁻ + 4H₂O；② 正极（Mg）：6H₂O + 6e⁻ = 3H₂↑ + 6OH⁻；总反应方程式：2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑。 （3）还需考虑电解质溶液的性质（如电解质是否能与电极材料反应），即电极材料在电解质中的活泼性（实际反应能力），而非单纯的金属活动性顺序。 （二）分析题 1. （1）船舶防腐：原理是牺牲阳极保护法，锌块作原电池负极被腐蚀，船体（钢铁）作正极被保护；优势：无需外接电源，持续时间长，适配船舶长期浸泡在海水（电解质溶液）中的场景，成本低、操作简便。 （2）纽扣电池应用：银锌电池为原电池，总反应为Zn + Ag₂O = ZnO + 2Ag，负极Zn氧化、正极Ag₂O还原；优势：体积小、能量密度高，适配电子元件小型化、低功耗的需求，放电稳定。 （3）酸洗腐蚀：钢铁与酸洗液（如稀盐酸）构成原电池，铁作负极被氧化（Fe - 2e⁻ = Fe²⁺），杂质碳作正极，H⁺在正极生成H₂；问题：腐蚀速率过快，可能导致工件尺寸精度下降，需控制酸洗时间或加入缓蚀剂抑制原电池反应。 2. 现象原因与改进措施： ① 锌片溶解速率变慢：负极材料Zn逐渐消耗，浓度降低；改进：定期更换锌片或增大锌片表面积。 ② 电流逐渐减弱：电极反应消耗H⁺，电解质溶液中离子浓度降低，导电能力下降；改进：定期补充稀硫酸或搅拌溶液，提高离子迁移速率。 ③ 溶液pH升高：正极反应消耗H⁺（2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑），H⁺浓度减小；改进：合理控制反应时间，或在反应中持续通入含H⁺的电解质溶液，维持H⁺浓度。 （三）计算题 1. 解：（1）Zn的摩尔质量=65g/mol，6.5g Zn的物质的量=6.5g÷65g/mol=0.1mol； 负极反应：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺，1mol Zn转移2mol电子，故转移电子的物质的量=0.1mol×2=0.2mol。 （2）正极反应：2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，2mol电子生成1mol H₂，故生成H₂的物质的量=0.2mol÷2=0.1mol； 标准状况下体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L。 （3）由正极反应可知，消耗H⁺的物质的量=转移电子的物质的量=0.2mol，即H⁺减少0.2mol。 答：（1）0.2mol；（2）2.24L；（3）0.2mol。 2. 解：（1）5.0g Zn的物质的量=5.0g÷65g/mol≈0.0769mol； 由总反应方程式可知，Zn与MnO₂的物质的量之比=1:2，故消耗MnO₂的物质的量=0.0769mol×2≈0.1538mol。 （2）Zn与NH₃的物质的量之比=1:2，生成NH₃的物质的量=0.0769mol×2≈0.1538mol； 质量=0.1538mol×17g/mol≈2.615g。 （3）1mol Zn转移2mol电子，0.0769mol Zn转移电子的物质的量=0.1538mol； 总电量Q=0.1538mol×96500C/mol≈14841.7C； 工作时间t=Q/I=14841.7C÷0.1A≈148417s≈41.2h。 答：（1）≈0.154mol；（2）≈2.62g；（3）≈41.2h。 3. 解：（1）0.56g Fe的物质的量=0.56g÷56g/mol=0.01mol； 吸氧腐蚀中Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，转移电子的物质的量=0.01mol×2=0.02mol。 （2）正极反应：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，O₂与电子的物质的量之比=1:4，消耗O₂的物质的量=0.02mol÷4=0.005mol； 标准状况下体积=0.005mol×22.4L/mol=0.112L。 （3）Fe²⁺与Fe(OH)₂的物质的量之比=1:1，生成Fe(OH)₂的物质的量=0.01mol； 质量=0.01mol×90g/mol=0.9g。 答：（1）0.02mol；（2）0.112L；（3）0.9g。 学科网（北京）股份有限公司 $