第二单元　化学能与电能的转化（第1课时 原电池的工作原理）-分层同步练习 2026-2027学年高二上学期化学苏教版选择性必修1

**基本信息** 本同步练聚焦高中化学“原电池的工作原理”，通过A、B组分层设计，实现从基础概念到综合应用的递进，强化化学观念与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A组基础练|原电池概念、构成条件、电极判断、简单电极反应|以选择、填空为主，如判断原电池装置（题2）、金属活动性顺序分析（题4），夯实化学观念中物质性质与能量转化认知| |B组提升练|原电池原理综合应用、复杂电极反应、实际情境（如海洋电池、废水处理）|含实验探究（题10）、情境化问题（题19除N反应），体现科学思维的证据推理与科学探究实践，衔接新授课能力目标|

第二单元　化学能与电能的转化 第1课时　原电池的工作原理 A组必备知识基础练 1.人类生产生活离不开电能的使用。下列电能是由化学能转化而来的是(　　) A.火力发电 B.水力发电 C.风力发电 D.太阳能发电 2.下列装置中,属于原电池的是(　　) 3.某原电池的总反应为Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是(　　) 选项 A B C D 电极材料 Fe、Zn Cu、Ag Cu、Zn Cu、C 电解质溶液 CuSO4溶液 FeSO4溶液 FeCl3溶液 FeCl3溶液 4.将①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是(　　) A.①③②④ B.①③④② C.③④②① D.③①②④ 5.由锌、铜和稀硫酸形成的原电池如图所示,下列描述正确的是(　　) ①Cu电极为负极 ②H+向负极移动 ③导线中电子流动的方向为Zn到Cu ④Cu极有H2产生　 ⑤若有1 mol电子流过导线,则产生H2为0.5 mol ⑥正极反应式:Zn-2e-Zn2+ A.①②③ B.②③④ C.③④⑤ D.①⑤⑥ 6.一种可用于潜艇电池的电极材料为锂和钢板,电解质为LiOH,使用时加入水即可工作,电池反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑。下列说法不正确的是(　　) A.钢板为正极 B.H2在正极生成 C.OH-移向正极 D.电子由锂经导线流向钢板 7.我国首创的海洋电池以铝板为负极、铂网为正极,如图所示,电池的总反应为4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3。下列说法错误的是(　　) A.海水为电解质溶液 B.电池工作时铝板逐渐被消耗 C.电池工作时氧气失去电子 D.铂电极为网状,增大与O2的接触面积 8.已知Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)为自发进行的氧化还原反应,将其设计成如图所示原电池,装置中盐桥装有内含硝酸钾的琼脂。下列说法正确的是(　　) A.铜电极是正极,其电极反应为Cu-2e-Cu2+ B.银电极上发生还原反应,电极质量增加 C.当铜电极质量减少0.64 g时,电解质溶液中有0.02 mol电子通过 D.盐桥中N向AgNO3溶液移动 9.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术发展中,电池发挥着越来越重要的作用。请根据题中提供的信息,回答下列问题: (1)直接提供电能的反应一般是放热反应,下列反应能设计成原电池的是　　　　　(填字母)。  A.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 B.氢氧化钠与稀盐酸反应 C.灼热的炭与CO2反应 D.H2与Cl2燃烧反应 (2)将纯铁片和纯铜片按图甲、乙方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间,回答下列问题: ①下列说法正确的是　　　(填字母)。  A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B.乙中铜片上没有明显变化 C.甲中铜片质量减少、乙中铁片质量减少 D.甲、乙两烧杯中c(H+)均减小 ②在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速度:甲　　　　(填“>”“<”或“=”)乙。  ③请写出甲、乙中构成原电池的正极电极反应式:　　　　　　　　　　　。电池工作时,溶液中S向　　　　(填“正”或“负”)极移动。当甲中溶液质量增加27 g时,电极上转移电子数目为　　　 　　　。  ④若将甲中的稀硫酸换为浓硝酸,则电池总反应的离子方程式为 　 　　　　　　　。 B组能力素养提升练 10.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 11.将如图所示实验装置的K闭合(已知:盐桥中装有琼脂凝胶,内含KCl),下列判断正确的是(　　) A.Cu电极上发生还原反应 B.电子沿Zn→a→b→Cu路径移动 C.片刻后甲池中c(S)增大 D.盐桥中的K+移向左边烧杯 12.实验发现,298 K时,在FeCl3酸性溶液中加入少量锌粒后,Fe3+被还原成Fe2+。某化学兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示的原电池装置。下列有关说法正确的是(　　) A.该原电池的正极反应:Zn-2e-Zn2+ B.左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去 C.该电池铂电极上有气泡生成 D.该电池总反应:3Zn+2Fe3+2Fe+3Zn2+ 13.用如图装置进行实验,可观察到如下现象:图1中,Cu电极上产生大量无色气泡;图2中,Cu电极上无气泡产生,而Cr电极上产生大量气泡。下列说法正确的是(　　) A.图1是原电池装置,图2不是原电池装置 B.两个装置中,电子均由Cr电极经导线流向Cu电极 C.图2中Cr电极为正极 D.由实验现象可知,金属活动性:Cu>Cr 14.纳米零价铁除去酸性废水中的三氯乙烯、五价砷的原理如图所示,下列说法正确的是(　　) A.该处理过程中将电能转化为化学能 B.该处理过程中纳米零价铁中的Fe为正极 C.每生成11.2 L乙烷,转移电子0.4 mol D.酸性废水中的五价砷除去过程中As和S都被Fe2+还原了 15.利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计的电池装置如图所示,该装置既能有效消除氮氧化物的排放减轻环境污染,又能充分利用化学能。下列说法不正确的是(　　) A.电极A上发生氧化反应,电极A为负极 B.电池工作时,OH-透过阴离子交换膜从右向左迁移 C.当有2.24 L NO2被处理时,溶液中通过0.4 mol电子 D.电极B的电极反应式为2NO2+8e-+4H2ON2+8OH- 16.K2FeO4和Zn在碱性条件下组成原电池,放电原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.在放电时,化学能全部转化成电能 B.在放电时,电子通过离子交换膜从右向左运动 C.在放电时,石墨电极的电极反应式为Fe+ 3e-+4H2OFe(OH)3+5OH- D.在放电时,负极区电解质溶液的pH逐渐减小 17.利用电化学原理,可将H2、CO2转化为C2H5OH,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.电极2是电源的负极 B.H+由右侧通过质子膜移向左侧 C.该装置工作时电能转化为化学能 D.电极1的电极反应式为2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O 18.Ⅰ.(1)将反应Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2设计成如图所示的原电池,回答下列问题: ①写出电极反应式。正极:　　　　　　　　　;负极:　　　　　　　　　　　。  ②图中X溶液的溶质是　　　　　(填化学式,下同),Y溶液的溶质是　　　　　。  ③原电池工作时,盐桥中的　　　(填“阳”或“阴”)离子向X溶液所在方向移动。  (2)利用反应2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为 　 　　　　　　 　　　　　　　。  Ⅱ.已知:①将0.1 mol·L-1KI溶液加入0.1 mol·L-1 FeCl3溶液中时,可以看到溶液颜色加深,滴加淀粉后溶液变为蓝色; ②当离子浓度相同时,氧化性:Ag+>Fe3+; ③若浓度减小时,离子的氧化性也会随之减弱。 (3)甲同学猜测,0.1 mol·L-1 KI溶液(加入几滴淀粉溶液)加入0.1 mol·L-1 AgNO3溶液中时,溶液应变蓝色。请写出该猜测对应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。实验结果未见到蓝色。  (4)乙同学认为甲同学的实验方案有问题,理由是　 　　　　　　   　　　　　　。请设计原电池证明Ag+也能氧化I-,画出装置图,并标明电极材料及电解质溶液。  19.水体除N主要采用电化学法、催化还原法等。 (1)电化学法去除弱酸性水体中N的反应原理如图1所示: 图1 图2 ①作负极的物质是　　　　。  ②正极的电极反应式是　 　　　　　　 　　　　　　　。  ③取两份完全相同的含N的废液A和B,调节废液A、B的pH分别为2.5和4.5,向废液A、B中加入足量铁粉,经相同时间充分反应后,废液A、B均接近中性,废液A、B中铁的最终物质存在形态分别如图2所示。溶液的初始pH对铁的氧化产物有影响,具体影响为 　 　　　　　　 　　　　　　　。  ④废液中N的去除率较低的是　　　　　　　(填“废液A”或“废液B”),其N的去除率低的原因是　 　 　　　　　　 　　　　　　　。  (2)利用纳米Fe-Ni去除废液中的N(Ni的金属活动性弱于铁)。 ①在酸性条件下,Fe与N反应生成Fe2+和N,则反应的离子方程式为 　 　　　　　　 　　　　　　　。  ②初始pH=2.0的废液,加入一定量的纳米Fe-Ni,反应一段时间后,废液中出现大量白色絮状沉淀物,过滤后白色沉淀物在空气中逐渐变成红褐色。产生上述现象的原因是  　 　　　　　　 　　　　　　　。  ③相对于只是用纳米铁,纳米Fe-Ni去除废液中N效果更好的原因是  　 　　　　　　 　　　　　　　。  参考答案 1.A　解析 火力发电主要是利用了煤燃烧放出的热量,由化学能转化成电能,A符合题意。 2.C　解析 只有一个电极,不能形成原电池,A项错误。两个电极材料相同,不能形成原电池,B项错误。酒精属于非电解质,不能形成原电池,D项错误。 3.D　解析 由该原电池的总反应可知,Cu的化合价升高,发生氧化反应,Cu作负极,另一个电极应为比Cu不活泼的导电物质,可以是C,电解质溶液应含有Fe3+,D符合要求。 4.B 5.C　解析 ①锌比铜活泼,锌作负极,铜作正极,错误;②根据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,即向铜电极移动,错误;③电子从负极经外电路流向正极,即从锌电极经外电路流向铜电极,正确;④正极发生反应:2H++2e-H2↑,正确;⑤根据④的分析,通过1 mol电子,产生0.5 mol氢气,正确;⑥锌作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,错误。 6.C　解析 由电池反应可知,Li失电子发生氧化反应,则Li为负极,钢板为正极,A项正确。电池反应中H元素的化合价由+1价降至0价,则H2O在正极得电子发生还原反应生成H2,B项正确。原电池工作时电解质溶液中阴离子向负极移动,则OH-移向负极,C项错误。原电池工作时电子由负极经导线流向正极,则电子由负极锂经导线流向正极钢板,D项正确。 7.C 8.B　解析 根据反应Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,Cu失去电子,在负极发生氧化反应,所以铜极为负极;Ag+得到电子,在正极发生还原反应,所以银极为正极。负极反应为Cu-2e-Cu2+,A项错误。银电极上发生还原反应,Ag+在正极得到电子变为Ag,所以银电极质量逐渐增加,B项正确。电解质溶液中没有电子转移,C项错误。铜是负极,银是正极,阴离子N向负极迁移,D项错误。 9.答案 (1)D (2)①BD　②>　③2H++2e-H2↑　负　6.02×1023　④Cu+4H++2NCu2++2NO2↑+2H2O 解析 (1)A、B项均不是氧化还原反应,不能设计成原电池;C项为吸热反应,不能设计成原电池;D项为自发的氧化还原反应,可以设计成原电池。(2)①乙没有形成闭合电路,不是原电池,A项错误。铜和稀硫酸不反应,乙中铜片上没有明显变化,B项正确。甲中铜片上H+放电生成氢气,铜质量不变;乙中铁片和稀硫酸反应生成硫酸亚铁,质量减小,C项错误。甲、乙两烧杯中H+生成氢气,c(H+)均减小,D项正确。②原电池可以加速氧化还原反应的进行,在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速度甲大于乙。③甲形成原电池,铁较活泼为负极,铜为正极,H+在正极放电生成氢气,电极反应式为2H++2e-H2↑。电池工作时,溶液中S向负极移动。根据总反应Fe+2H+Fe2++H2↑可知,每56 g Fe参加反应生成2 g H2,溶液增加(56-2) g,当甲中溶液质量增加27 g时,反应的铁的物质的量为=0.5 mol,则电极上转移电子的物质的量为1 mol,数目为6.02×1023。④若将甲中的稀硫酸换为浓硝酸,常温下浓硝酸和铁发生钝化反应,则铜和浓硝酸反应,故铁为正极,铜为负极,电池总反应的离子方程式为Cu+4H++2NCu2++2NO2↑+2H2O。 10.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中的铝片常温下在浓硝酸中钝化,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棒,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。 11.A　解析 该原电池Cu电极作正极,发生得电子的还原反应,A正确;该原电池Zn电极作负极,发生失电子的氧化反应,失去的电子经过导线流向正极,但a→b过程是在溶液中进行,是离子导电,电子不能通过,B错误;在甲池中c(S)基本保持不变,C错误;原电池中,阳离子向着正极移动,则盐桥中的K+移向右边烧杯,D错误。 12.B　解析 Zn失去电子发生氧化反应,为负极,A错误;Fe3+在正极得电子被还原为Fe2+,溶液红色逐渐褪去,B正确;铂电极上Fe3+被还原为Fe2+,没有气体生成,C错误;负极Zn失去电子,变为Zn2+,正极上Fe3+得到电子变为Fe2+,电池总反应为Zn+2Fe3+2Fe2++Zn2+,并没有单质生成,D错误。 13.C　解析 图1和图2均为原电池装置,A项错误。图1中Cu电极上产生无色气泡,即产生氢气,故Cu为正极,电子由Cr电极经导线流向Cu电极,图2中Cr电极上产生气泡,Cr为正极,Cu与浓硝酸反应,Cu为负极,电子由Cu电极经导线流向Cr电极,B项错误,C项正确。根据图1中相关现象可以比较出两种金属的活动性Cr>Cu,D项错误。 14.D　解析 该处理过程利用原电池原理,即将化学能转化为电能,故A错误;Fe由0价转化为+2价,失去电子,发生氧化反应,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,作原电池负极,故B错误;由于缺少标准状况这个条件,不能用标准状况下的气体摩尔体积Vm(22.4 L·mol-1)来计算乙烷的物质的量,故C错误;亚铁离子在酸性条件下和As、S发生氧化还原反应生成FeAsS和Fe3+,此反应中As元素、S元素均发生还原反应,Fe2+失电子发生氧化反应,即酸性废水中的五价砷除去过程中As和S都被Fe2+还原了,故D正确。 15.C　解析 电极A通入NH3,NH3中N失电子化合价升高生成氮气,电极A发生氧化反应,电极A为负极,A正确;电池工作时,A是负极,阴离子向负极移动,OH-透过阴离子交换膜从右向左迁移,B正确;没有明确是否为标准状况,不能计算出2.24 L NO2被处理时转移电子的物质的量,且电子不能进入溶液中,C错误;电极B是正极,电极B上NO2得电子生成氮气,电极反应式为2NO2+8e-+4H2ON2+8OH-,D正确。 16.C　解析 在放电时,化学能大部分转化成电能,但达不到100%,A错误;在放电时,电子只能经过导线,溶液中通过阴、阳离子的定向移动导电,B错误;在放电时,石墨电极的电极反应式为Fe+3e-+4H2OFe(OH)3+5OH-,C正确;在放电时,原电池的负极发生氧化反应:Zn-2e-+2OH-Zn(OH)2,但消耗的氢氧根离子通过OH-交换膜不断进行补充,负极区电解质溶液的pH基本不变,D错误。 17.C　解析 原电池负极发生氧化反应,右侧氢气失电子,则电极2为负极,A项正确。左侧二氧化碳得电子转化为乙醇,则电极1为正极,原电池工作时,阳离子向正极移动,即H+从右侧通过质子膜移向左侧,B项正确。由图可知,该装置为原电池,工作中是化学能转化为电能,C项错误。由图知CO2在电极1上得到电子转化为乙醇,电极反应式为2CO2+12e-+12H+C2H5OH+3H2O,D项正确。 18.答案 (1)①2Fe3++2e-2Fe2+　Cu-2e-Cu2+　②FeCl3　CuCl2　③阳 (2)O2+4e-+4H+2H2O (3)2Ag++2I-2Ag+I2 (4)Ag+会与I-发生反应生成AgI沉淀,使Ag+的浓度下降,从而减弱Ag+的氧化性,使2Ag++2I-2Ag+I2很难发生 (合理即可) 解析 (1)由电池总反应可得出,负极材料为Cu,正极材料的活动性比Cu的弱。①正极:电解质溶液中的Fe3+得电子生成Fe2+,电极反应式为2Fe3++2e-2Fe2+;负极:Cu失电子生成Cu2+,电极反应式为Cu-2e-Cu2+。②X溶液的溶质是FeCl3,从总反应看,Y溶液的溶质应为CuCl2。③原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极方向移动,即向X溶液所在方向移动。(2)若将反应2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O设计为原电池,其正极上O2得电子发生还原反应生成H2O,电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O。(3)由已知信息可知,氧化性:Ag+>Fe3+>I-,则0.1 mol·L-1 KI溶液(加入几滴淀粉溶液)加入0.1 mol·L-1 AgNO3溶液中,I-应被Ag+氧化生成I2和Ag,I2使淀粉溶液变蓝色。此猜测对应的离子方程式为2Ag++2I-2Ag+I2。(4)设计原电池证明Ag+也能氧化I-,则应使Ag+与I-不接触,分别放在两个烧杯内,可用石墨作电极,用盐桥连接,则装置图为 19.答案 (1)①Fe ②N+8e-+10H+N+3H2O ③酸性较强时,铁的氧化产物主要为Fe3O4;酸性较弱时,铁的氧化产物主要为FeOOH ④废液B　废液pH越高,Fe3+越易生成FeOOH,FeOOH不导电,阻碍电子转移 (2)①4Fe+N+10H+4Fe2++N+3H2O ②形成Fe-Ni原电池,铁失去电子生成Fe2+,一段时间后转化为Fe(OH)2沉淀,Fe(OH)2在空气中发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,转变成红褐色的Fe(OH)3 ③形成Fe-Ni原电池,加快除去N的反应速率 解析 (1)①由图1可知,铁失电子,N得电子,则Fe作负极;②酸性条件下,N得电子生成N,发生该反应的电极为正极,即正极反应式为N+8e-+10H+N+3H2O;③由图2可知,pH=2.5时铁的氧化产物主要是Fe3O4,pH=4.5时铁的氧化产物主要是FeOOH;④由于Fe3O4能导电,FeOOH不导电,导致废液B中N的去除率较低。(2)①酸性条件下,Fe与N反应生成Fe2+和N,则反应的离子方程式为4Fe+N+10H+4Fe2++N+3H2O;②初始pH=2.0的废液中加入一定量的纳米Fe-Ni,形成Fe-Ni原电池,铁为负极,失去电子生成Fe2+,随着反应的进行,Fe2+转化为Fe(OH)2沉淀,随后又发生反应4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,转变成红褐色的Fe(OH)3;③形成Fe-Ni原电池,铁为负极,加快除去N的反应速率。 12 学科网（北京）股份有限公司 $