4.1.1原电池的工作原理 同步练习 --2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

**基本信息** 以“原理理解-应用拓展”双层次设计，通过基础辨析与综合情境题组，构建从原电池核心概念到实际应用的巩固路径，培养化学观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |题组一：原电池的工作原理|正负极判断、离子移动、电极反应、盐桥作用|以燃料电池、镁铜原电池等基础模型为主，通过5道选择辨析电极反应与离子迁移规律| |题组二：原电池原理的应用|反应速率影响、金属活动性比较、工业脱硝、Ag催化刻蚀|结合实验对比（Zn与CuSO₄反应）、工业情境（铝粉脱硝），8道题融合计算与推理，提升科学探究能力|

4.1 练习1　原电池的工作原理 题组一　原电池的工作原理 1. (2026·梅县区模拟) 燃料电池如图所示。为固体氧离子电解质，沟通内电路。下列说法错误的是(　 ) A. 反应室Ⅰ为负极室 B. 反应室Ⅰ的电解质溶液可能呈酸性 C. 外电路通过电子则内电路通过 D. 标准状况下，向催化室通入，消耗 2. 某原电池装置如图所示。下列说法中，正确的是(　 ) A. 电池工作中，盐桥中的Cl－向负极移动 B. 负极反应式：2H＋＋2e－====H2↑ C. 工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 D. Fe作正极，发生氧化反应 3. 如图所示，镁铜原电池能点亮发光二极管，下列说法中，正确的是(　 ) A. 该电池放电时，S不移动 B. 该电池放电时，铜极反应式：Cu－2e－====Cu2＋ C. 盐桥里充满的是KCl固体 D. 该电池放电时，镁作负极 4. 锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列说法中，正确的是(　 ) A. 铜电极上发生氧化反应 B. 电池工作一段时间后，甲池的c(S)减小 C. 电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 5. 图甲和乙均是含盐桥的原电池装置。下列说法中，错误的是(　 ) A. 甲装置中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)====Co(s)＋Cd2＋(aq) B. 反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)====Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C. 盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D. 乙装置中有1 mol 电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 题组二　原电池原理的应用 6. 将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图所示为产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　 ) A.　　　 B. C.　　　 D. 7. 将3.25 g锌投入100 mL 1 mol·L－1稀硫酸中，为了增大反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是(　 ) A. 滴加几滴浓盐酸 B. 滴加几滴浓硝酸 C. 滴加几滴硫酸铜溶液 D. 加入少量锌粒 8. 由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。 实验 装置 甲 乙 丙 实验 现象 金属A不断溶解形成＋2价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 根据实验现象，请回答下列问题： (1)装置甲中负极的电极反应式是 。  (2)装置乙中正极的电极反应式是 。  (3)装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。  (4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。  9. (2024·杭州高二月考)实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列说法中，错误的是( ) A. 实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 B. 实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 C. 实验a、b中原电池总反应的离子方程式：Zn＋2H＋====Zn2＋＋H2↑ D. 锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能 10. 工业上利用铝粉(掺少量炭粉)处理酸性污水中的硝酸盐，脱硝率达到94%，其原理如图所示。下列说法中，错误的是(　 ) A. 微电池中铝为负极，发生氧化反应 B. 正极反应式为2N＋6H2O＋10e－====N2↑＋12OH－ C. 当铝量一定时，污水中O2等氧化剂含量越高，脱硝率越低 D. 5.4 g铝粉完全反应时理论上转移0.6 mol电子 11. 硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图所示的实验装置，结果电流表指针发生了偏转。下列说法中，正确的是(　 ) A. 图示装置中电流方向是从C1到C2 B. C1是负极，发生的反应是2I－－2e－====I2 C. 盐桥中的K＋向C1电极移动 D. 装置发生的总反应是Hg2＋＋2I－====HgI2↓ 12. Ag催化刻蚀硅晶片的反应原理如图所示，刻蚀液由一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16 min，由Ag薄膜覆盖的部分硅晶片被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法中，错误的是(　 ) A. 该刻蚀过程利用了原电池原理，Si作负极 B. Si极附近溶液酸性增强 C. 每刻蚀14 g Si，有2 mol电子流入Ag电极 D. Ag极发生的反应为H2O2－2e－＋2H＋====2H2O 13. 人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空： (1)如图1所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中央滴入浓CuSO4溶液(实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)，一段时间后，当杠杆为绝缘体时，( )(填“A”或“B”，下同)端高；当杠杆为导体时，( )端高。  图1 (2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应的离子方程式为 ，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为 (填名称)，正极反应式为 。  (3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为 (填字母)。  A. 铝片、铜片　 B. 铜片、铝片 C. 铝片、铝片　 D. 铜片、铜片 写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式： 。  (4)某原电池装置如图2所示，电池总反应为2Ag＋Cl2====2AgCl，当外电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少 mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl) (填“＞”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。  图2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.1 练习1　原电池的工作原理 题组一　原电池的工作原理 1. (2026·梅县区模拟) 燃料电池如图所示。为固体氧离子电解质，沟通内电路。下列说法错误的是(　D ) A. 反应室Ⅰ为负极室 B. 反应室Ⅰ的电解质溶液可能呈酸性 C. 外电路通过电子则内电路通过 D. 标准状况下，向催化室通入，消耗 【解析】 A、燃料电池中，通入燃料（）的一极为负极，发生氧化反应；通入氧气的一极为正极，发生还原反应；反应室Ⅰ通入，因此反应室Ⅰ为负极室，反应室Ⅱ为正极室，A正确；B、该电池为固体氧离子电解质，反应室Ⅰ为负极室，由图可知，反应室Ⅰ发生的电极反应为：，反应中还有生成，体系局部环境可能显酸性，故反应室Ⅰ的电解质溶液可能呈酸性，B正确；C、由图可知，正极室电极反应为：，每转移电子生成，则外电路通过电子时，内电路通过，C正确；D、标准状况下，的物质的量为，该燃料电池的总反应式为，若全部参与反应，则消耗，但是由图可知，出口处仍有未参与反应的流出，故实际消耗的的物质的量小于，D错误。 2. 某原电池装置如图所示。下列说法中，正确的是(　A　) A. 电池工作中，盐桥中的Cl－向负极移动 B. 负极反应式：2H＋＋2e－====H2↑ C. 工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 D. Fe作正极，发生氧化反应 【解析】 根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，则Cl－向负极移动，A正确；铁作负极：Fe－2e－====Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－====H2↑，B错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，C错误；总电极反应式为Fe＋2H＋====Fe2＋＋H2↑，铁作负极，发生氧化反应，D错误。 3. 如图所示，镁铜原电池能点亮发光二极管，下列说法中，正确的是(　D　) A. 该电池放电时，S不移动 B. 该电池放电时，铜极反应式：Cu－2e－====Cu2＋ C. 盐桥里充满的是KCl固体 D. 该电池放电时，镁作负极 【解析】 镁铜原电池中，镁能和硫酸铜自发地发生氧化还原反应，则镁作负极，铜作正极，硫酸镁、硫酸铜溶液为电解质溶液，通过盐桥形成闭合回路。原电池中，阴离子移向负极，所以S移向左侧，A错误；铜作正极，电极反应式：Cu2＋＋2e－====Cu，B错误；盐桥里充满的是含KCl饱和溶液的琼脂，不是固体，C错误；镁作负极，D正确。 4. 锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列说法中，正确的是(　C　) A. 铜电极上发生氧化反应 B. 电池工作一段时间后，甲池的c(S)减小 C. 电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 【解析】 由题图可知，该原电池反应原理为Zn＋Cu2＋====Zn2＋＋Cu，故Zn电极为负极，失电子发生氧化反应，Cu电极为正极，得电子发生还原反应，A错误；该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中)不变，B错误；电池工作过程中，溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中反应为Cu2＋＋2e－====Cu，故乙池中溶液由Cu2＋变为Zn2＋，摩尔质量：M(Zn2＋)＞M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，C正确；该装置中的阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电池工作过程中溶液中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D错误。 5. 图甲和乙均是含盐桥的原电池装置。下列说法中，错误的是(　B　) A. 甲装置中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)====Co(s)＋Cd2＋(aq) B. 反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)====Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C. 盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D. 乙装置中有1 mol 电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【解析】 由甲装置可知Cd的活动性强于Co，由乙装置可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出溶液中的Cd，B错误。 题组二　原电池原理的应用 6. 将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图所示为产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　D　) A.　　　 B. C.　　　 D. 【解析】 向A中滴加CuSO4溶液发生反应Zn＋CuSO4====Cu＋ZnSO4，置换出的Cu附着在Zn表面构成原电池，可以加快产生H2的速率，A的斜率要大于B的斜率，B错误；A中部分Zn与CuSO4反应，则与稀硫酸反应的Zn比B中小，产生的H2体积比B中小，A、C错误，D正确。 7. 将3.25 g锌投入100 mL 1 mol·L－1稀硫酸中，为了增大反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是(　A　) A. 滴加几滴浓盐酸 B. 滴加几滴浓硝酸 C. 滴加几滴硫酸铜溶液 D. 加入少量锌粒 【解析】 3.25 g Zn的物质的量n(Zn)＝＝0.05 mol，100 mL 1 mol·L－1的稀硫酸中溶质的物质的量n(H2SO4)＝1 mol·L－1×0.1 L＝0.1 mol，根据反应的化学方程式Zn＋H2SO4====ZnSO4＋H2↑可知，二者反应的物质的量之比是1∶1，故稀硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增大了溶液中的c(H＋)，反应速率增大，且H2的产量不变，A正确；硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B错误；Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及稀硫酸构成原电池，使反应速率增大，但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C错误；加入少量锌粒，由于Zn是固体，浓度不变，因此反应速率不变，但产生的H2的量增多，D错误。 8. 由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。 实验 装置 甲 乙 丙 实验 现象 金属A不断溶解形成＋2价金属离子 C极质量增加 A极有气泡产生 根据实验现象，请回答下列问题： (1)装置甲中负极的电极反应式是　A－2e－====A2＋　。  (2)装置乙中正极的电极反应式是　Cu2＋＋2e－====Cu　。  (3)装置丙中溶液的pH　变大　(填“变大”“变小”或“不变”)。  (4)四种金属活动性由强到弱的顺序是　D＞A＞B＞C　。  　甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，装置甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性：A＞B；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活动性：B＞C；丙中A极有气泡即H2产生，则A极为正极，活动性：D＞A，随着H＋的消耗，pH变大。　 9. (2024·杭州高二月考)实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列说法中，错误的是(　A　) A. 实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 B. 实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能 C. 实验a、b中原电池总反应的离子方程式：Zn＋2H＋====Zn2＋＋H2↑ D. 锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能 【解析】 实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转化形式是化学能转化为热能，A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，B正确；实验a、b中形成原电池，锌片作负极，电极反应为Zn－2e－====Zn2＋，铜片作正极，电极反应为2H＋＋2e－====H2↑，总反应为Zn＋2H＋====Zn2＋＋H2↑，C正确；将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，阻止锌与稀硫酸直接反应，从而有利于更多的化学能转化为电能，D正确。 10. 工业上利用铝粉(掺少量炭粉)处理酸性污水中的硝酸盐，脱硝率达到94%，其原理如图所示。下列说法中，错误的是(　B　) A. 微电池中铝为负极，发生氧化反应 B. 正极反应式为2N＋6H2O＋10e－====N2↑＋12OH－ C. 当铝量一定时，污水中O2等氧化剂含量越高，脱硝率越低 D. 5.4 g铝粉完全反应时理论上转移0.6 mol电子 【解析】 构成微电池时，铝失电子发生氧化反应，铝为负极，A正确；由题图可知，在酸性条件下，正极反应式为2N＋10e－＋12H＋====N2↑＋6H2O，B错误；当铝量一定时，转移电子的量一定，O2含量越高，氧气得到的电子数越多，参与脱硝反应的电子数就越少，C正确；负极反应式为Al－3e－====Al3＋，n(Al)＝0.2 mol，则转移0.6 mol电子，D正确。 11. 硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图所示的实验装置，结果电流表指针发生了偏转。下列说法中，正确的是(　B　) A. 图示装置中电流方向是从C1到C2 B. C1是负极，发生的反应是2I－－2e－====I2 C. 盐桥中的K＋向C1电极移动 D. 装置发生的总反应是Hg2＋＋2I－====HgI2↓ 【解析】 电流表指针发生偏转说明有电流形成，此装置为原电池，I－具有还原性，C1作负极，电极反应为2I－－2e－====I2，B正确；C2作正极，溶液中Hg2＋得电子，电极反应为Hg2＋＋2e－====Hg，发生还原反应，电流方向是从正极(C2)流向负极(C1)，A错误；为保持硝酸汞溶液电荷守恒，盐桥中阳离子移向硝酸汞溶液(C2电极)，C错误；装置发生的总反应为Hg2＋＋2I－====Hg＋I2，D错误。 12. Ag催化刻蚀硅晶片的反应原理如图所示，刻蚀液由一定浓度的HF和H2O2混合而成，刻蚀时间为2~16 min，由Ag薄膜覆盖的部分硅晶片被刻蚀掉，剩余部分就形成了硅纳米线。下列说法中，错误的是(　D　) A. 该刻蚀过程利用了原电池原理，Si作负极 B. Si极附近溶液酸性增强 C. 每刻蚀14 g Si，有2 mol电子流入Ag电极 D. Ag极发生的反应为H2O2－2e－＋2H＋====2H2O 【解析】 根据原电池的构成条件分析，原电池的负极上会发生失电子的氧化反应；H2O2在Ag薄膜附近发生得电子的还原反应，为正极；在Si电极上，Si失去电子发生氧化反应，与HF结合形成H2SiF6和H＋，为负极；原电池中电子从负极迁移到正极。在Si电极上发生失去电子的氧化反应，Si作负极，A正确；在Si电极上，Si失去电子，与HF结合形成H2SiF6和H＋，电极反应式为Si＋6HF－4e－====H2SiF6＋4H＋，Si极附近溶液pH减小，酸性增强，B正确；Si电极的电极反应式为Si＋6HF－4e－====H2SiF6＋4H＋，每刻蚀14 g Si，即有0.5 mol Si参加反应，失去2 mol电子，即2 mol电子迁移到Ag电极，C正确；在Ag薄膜附近发生得电子的还原反应，Ag极发生的反应为H2O2＋2e－＋2H＋====2H2O，D错误。 13. 人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空： (1)如图1所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中央滴入浓CuSO4溶液(实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)，一段时间后，当杠杆为绝缘体时，(　A　)(填“A”或“B”，下同)端高；当杠杆为导体时，(　B　)端高。  图1 (2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应的离子方程式为　2Fe3＋＋Cu====2Fe2＋＋Cu2＋　，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为　铜　(填名称)，正极反应式为　 Fe3＋＋e－====Fe2＋　。  (3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为　B　(填字母)。  A. 铝片、铜片　 B. 铜片、铝片 C. 铝片、铝片　 D. 铜片、铜片 写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：　 Al＋4OH－－3e－====[Al(OH)4]－　。  (4)某原电池装置如图2所示，电池总反应为2Ag＋Cl2====2AgCl，当外电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少　2a　mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)　＞　(填“＞”“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。  图2 【解析】 (1)当杠杆为绝缘体时，加入硫酸铜溶液后，铁和硫酸铜发生置换反应生成铜附着在铁表面，质量增加，因此是A端比B端高；当杠杆为导体时，加入硫酸铜溶液后，铁和铜构成原电池，铁的金属性强于铜，因此铁是负极失去电子，被氧化，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子，发生还原反应析出铜，因此是A端比B端低。　(2)氯化铁溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu====2Fe2＋＋Cu2＋；该反应为氧化还原反应，铜发生氧化反应，作原电池的负极，则负极所用材料为铜，氯化铁在正极得电子发生还原反应，电极反应式为Fe3＋＋e－====Fe2＋。　(3)将铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，形成原电池，常温下，Al遇浓硝酸钝化，所以Cu电极作负极；将铝片和铜片用导线相连，插入烧碱溶液中，Al能和NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]和H2，Cu不能和NaOH溶液反应，所以Al作负极，B正确；烧碱溶液中形成原电池的负极反应式为Al＋4OH－－3e－====[Al(OH)4]－。(4)负极电极反应式为Ag－e－＋Cl－====AgCl，原电池工作时，电路中转移a mol电子，则负极消耗a mol Cl－，形成闭合回路移向正极的n(H＋)为a mol，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2a mol离子；正极区电极反应为Cl2＋2e－====2Cl－，生成n(HCl)＝a mol，所以交换膜右侧溶液c(HCl)增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)＞1 mol·L－1。 学科网（北京）股份有限公司 $