化学必修 第一册第2章 元素与物质世界微项目 科学使用含氯消毒剂——运用氧化还原反应原理解决实际问题课时练习

原电池的工作原理

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．理论上不能设计为原电池的化学反应是(　　)

A.CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH<0

B.HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)　ΔH<0

C.2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)　ΔH<0

D.2FeCl3(aq)＋Fe(s)===3FeCl2(aq)　ΔH<0

B　[原电池反应均是自发进行的放热的氧化还原反应，选项A、C、D均属于氧化还原反应，理论上可以设计成原电池，而选项B是非氧化还原反应，不能设计成原电池。]

2．根据Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu的反应原理设计原电池装置，正确的是(　　)

A　　　　　　　　B

C　　　　　　　　D

D　[A装置中Zn为负极，Cu为正极，电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，A错误；B装置中镁的活泼性比锌强，Mg为负极，电池总反应为Mg＋Cu2＋===Mg2＋＋Cu，B错误；C装置中电解质溶液为FeCl3溶液，电池总反应为Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，C错误；D装置中Zn为负极，Cu为正极，电解质溶液为CuSO4溶液，电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，D正确。]

3．如图为铁、铜水果电池装置示意图，下列说法不正确的是(　　)

A.铜片为正极

B.铁片上发生氧化反应

C.负极反应：Fe－2e－===Fe2＋

D.电子由铜片沿导线流向铁片

D　[在铁、铜水果电池中，较活泼的铁作负极，Fe－2e－===Fe2＋，发生氧化反应，电子由铁片沿导线流向铜片，A、B、C正确，D不正确。]

4．有A、B、D、E四种金属，当A、B、稀硫酸组成原电池时，电子流动方向为A→B；当A、D、稀硫酸组成原电池时，A为正极；当B、E组成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为(　　)

A.A>B>E>D　 B．A>B>D>E

C.D>E>A>B  D．D>A>B>E

D　[根据“当A、B、稀硫酸组成原电池时，电子流动方向为A→B”可知金属性：A＞B；根据“当A、D、稀硫酸组成原电池时，A为正极”可知金属性：D＞A；根据“当B、E组成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋”可知金属性：B＞E，综上可知金属性由强到弱的顺序为D＞A＞B＞E。]

5．已知空气－锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；石墨：O2＋H2O＋2e－===2OH－。据此可推断出锌片是(　　)

A.负极，被氧化     B．负极，被还原

C.正极，被氧化  D．正极，被还原

A　[Zn失电子，化合价升高，发生氧化反应，故Zn为负极。]

6．茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、Pt­Fe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中(　　)

①铝合金是正极　②铝合金是负极　③海水是电解质溶液　④铝合金电极发生还原反应

A.②③　　　　　 B．②④

C.①③  D．①④

A　[原电池中较活泼的一极为负极，则题给原电池中铝合金为负极，①错，②对；电极在海水中，故海水为电解质溶液，③对；铝合金为负极，发生氧化反应，故④错。]

7．(双选)如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是(　　)

A.电极Ⅰ上发生还原反应，该电极作原电池的正极

B.电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu

C.该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋

D.盐桥中装有含琼脂的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子

AC　[电极Ⅰ上铁离子得到电子发生还原反应，该电极作原电池的正极，A项正确；电极Ⅱ为原电池的负极，发生氧化反应，即Cu－2e－===Cu2＋，B项错误；该装置中发生的氧化还原反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，C项正确；盐桥中的电解质电离出的离子发生定向移动进而形成电流，即盐桥中移动的是离子，D项错误。]

8．如图装置，在盛水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)(　　)

A.铁圈和银圈左右摇摆不定

B.保持平衡状态不变

C.铁圈向下倾斜

D.银圈向下倾斜

D　[构成原电池，较活泼的铁作负极，失去电子，发生氧化反应生成亚铁离子，质量减小；较不活泼的银作正极，铜离子在正极得到电子，发生还原反应生成铜，在银圈上析出，质量增加，所以铁圈向上倾斜，银圈向下倾斜，D正确。]

9．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是(　　)

A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu

C.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色

D.a和b连接时，Cu2＋向铁电极移动

D　[a和b不连接时，不能构成原电池，铁与硫酸铜发生置换反应，生成的铜附着在铁片上，A项正确；a和b用导线连接，构成原电池，溶液中的Cu2＋得到电子生成铜在铜片上析出，B项正确；无论a和b是否连接，都是铁片不断溶解生成Fe2＋，溶液中的Cu2＋不断得到电子生成Cu，溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确；a和b连接构成原电池，溶液中铜离子向正极(铜电极)移动，D项错误。]

10．利用反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋设计了如图所示的原电池。回答下列问题：

(1)该原电池的负极材料是______，发生________(填“氧化”或“还原”)反应。

(2)X是________，Y是________。

(3)正极上出现的现象是_______________________。

(4)在外电路中，电子从________(填写电极材料)极流向________极。

[解析]　在反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋中，Cu作还原剂，即为原电池的负极材料，失去电子，发生氧化反应；Ag＋作氧化剂，在原电池的正极得电子，故银棒上有银白色物质析出。左右两个烧杯中的电解质溶液依据其中的电极材料选择，在双液原电池中，电极材料中的金属元素一般与电解质溶液中的相同，故X是CuSO4溶液或其他可溶性铜盐溶液，Y是AgNO3溶液。

[答案]　(1)Cu　氧化

(2)CuSO4溶液[CuCl2、Cu(NO3)2等可溶性铜盐溶液]　AgNO3溶液

(3)银棒上有银白色物质析出　(4)Cu　Ag

11．由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如图所示。

(1)原电池的负极反应式为_________________________________；

正极反应式为_________________________________。

(2)电流的方向是_________________________________。

(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗 ________g锌，有________个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是__________________(设溶液体积不变)。

[解析]　(3)产生＝0.075 mol H2，通过0.075 mol×2＝0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4，所以m(Zn)＝0.075 mol×65 g·mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝＝0.75 mol·L－1。

[答案]　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑

(2)由Cu极流向Zn极

(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol·L－1

[拓展培优练]

12．下列关于如图所示的原电池的说法正确的是(　　)

A.当a为Cu，b为含有碳杂质的Al，c为稀硫酸时，b极上观察不到气泡产生

B.当a为石墨，b为Fe，c为浓硫酸时，不能产生连续的稳定电流

C.当a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液时，根据现象可推知Al的活动性强于Mg

D.当a为石墨，b为Cu，c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过

B　[当b为含有碳杂质的Al，C、Al、稀硫酸也可构成原电池，溶液中的H＋在该极上获得电子产生H2，所以在b极上可观察到有气泡产生，A错误；当a为石墨，b为Fe，c为浓硫酸时，常温下，Fe遇浓硫酸钝化，不能形成连续的稳定电流，B正确；Mg不能与强碱溶液反应，而Al可与NaOH溶液反应，所以Al作原电池的负极，电极质量减小，Mg作原电池的正极，电极表面有气泡产生，但实际上Mg的活动性强于Al，不能根据现象判断Al的活动性强于Mg，C错误；Cu能与FeCl3发生氧化还原反应，能够形成原电池而产生电流，D错误。]

13．一定量的锌粉和6 mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，既能够加快反应速率，又不影响产生H2的总量的是(　　)

①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸

A．①②⑤     B．①③⑤

C．③④⑤  D．只有①③

B　[加入石墨粉，Zn、C、盐酸构成原电池，反应速率加快，且不影响产生H2的总量，故①正确；加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，反应速率加快，但与盐酸反应的锌的量减少，产生H2的总量减少，故②错误；加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，且不影响产生H2的总量，故③正确；加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，但铁可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增多，故④错误；加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，且不影响产生H2的总量，故⑤正确。答案为B。]

14．将铜片和银片用导线连接插入硝酸银溶液中，当线路中有0.2 mol的电子发生转移时，负极质量的变化是(　　)

A．增加6.4 g     B．增加2.16 g

C．减轻6.4 g  D．减轻2.16 g

C　[构成的原电池中负极是单质铜失去电子变成铜离子进入溶液，每1 mol铜发生反应失去2 mol电子，所以负极有0.1 mol 铜失去电子变成Cu2＋进入溶液，质量减轻6.4 g。]

15．(双选)某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了含盐桥的原电池，如图盐桥中装有琼脂凝胶(含K2SO4)。下列叙述正确的是(　　)

甲　　　　　乙　　

A.甲烧杯的溶液中发生还原反应

B.乙烧杯中发生的电极反应为：Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O

C.外电路的电流方向是从b到a

D.电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯

BC　[甲烧杯的溶液中发生氧化反应：Fe2＋－e－===Fe3＋，A项错误；乙烧杯的溶液中发生还原反应，Cr2O得到电子生成Cr3＋，B项正确；a极为负极，b极为正极，外电路中电流由b到a，C项正确；SO向负极移动，即移向甲烧杯，D项错误。]

16．(素养题)如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，甲、乙两同学在确定电池的正、负极时发生了争执，甲认为Fe比Pb活泼，Fe应为负极；乙认为Fe在浓硝酸中钝化，Pb应为负极。

(1)丙同学认为将浓硝酸换成另一种溶液，根据检流计指针偏转的情况可判断甲与乙谁的观点对。则换成的另一种溶液可以是________，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向________(填“相同”或“不相同”)，则证明甲同学的观点对。

(2)若在Fe、Pb足量的情况下，观察到后来检流计指针反方向偏转，该现象支持________(填“甲”或“乙”)同学的观点，检流计指针反方向偏转的原因是

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________。

[解析]　已知对比实验中原电池的正、负极，将对比实验中检流计指针的偏转方向与图示原电池中检流计指针的偏转方向对照，来确定图示原电池的正、负极。若证明甲同学的观点正确，则需将浓硝酸换成能与铁和铅都反应的酸溶液，但不能使铁发生钝化，因此该酸溶液可以是稀硫酸或稀盐酸。

[答案]　(1)稀硫酸或稀盐酸(合理即可)　相同

(2)乙　开始时，Pb作负极失电子，电子经导线流向Fe极；随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，Fe作负极失电子，电子经导线流向Pb极