2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第1课时　原电池（含解析）

2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
第2节　化学能转化为电能——电池
第1课时　原电池
基础过关练
题组一　原电池的构成
1.(2021福建厦门一中月考)如图所示进行实验,下列说法不正确的是(　　)
A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转
D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e- Zn2+
2.(2022山东济钢高中教学检测)分析下图所示的四个原电池装置,下列结论中正确的是(　　)
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,其电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑
C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e- H2↑
题组二　原电池的形成条件
3.下列装置中,电流表指针不能发生偏转的是(　　)
4.(2021福建三明一中月考)某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+,能实现该反应的原电池是(　　)
A.电极材料为铁和锌,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
B.电极材料都是铁,电解质溶液为Fe(NO3)2溶液
C.电极材料为铁和石墨,电解质溶液为FeCl3溶液
D.电极材料为铁和石墨,电解质溶液为FeCl2溶液
5.(2021广东珠海第二中学期中)如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是(　　)
A.铜片表面有气泡生成
B.如果将稀硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动
C.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变
题组三　原电池的工作原理
6.(2021山东滕州一中测试)关于如图装置的说法中正确的是(　　)
A.该装置将化学能转变为电能,属于电解池
B.盐桥的存在使内电路离子流动不畅,因此灯泡忽明忽暗
C.相比于单池单液原电池,该装置电流更持续和稳定
D.盐桥中K+向左侧烧杯移动,因为左侧是负极区
7.(双选)(2021山东济南外国语学校三箭分校期中)有如图所示装置,下列有关说法正确的是(　　)
A.该装置外电路中电子由Cu棒转移到C棒
B.该装置中负极上Cu发生还原反应
C.该装置能将电能转化为化学能
D.该装置的总反应式为Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+
题组四　原电池原理的应用
8.下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　)
A.加入少量ZnCl2固体 B.加入少量CuSO4固体
C.加入少量水 D.用98%的浓硫酸代替稀硫酸
9.(2021福建师大附中期中)将镉(Cd)浸在氯化钴(CoCl2)溶液中,发生反应的离子方程式为Co2+(aq)+Cd(s) Co(s)+Cd2+(aq)(aq表示溶液),如将该反应设计为如图所示的原电池,则下列说法一定错误的是(　　)
A.Cd作负极
B.原电池工作时,电子从负极沿导线流向正极
C.盐桥中的阳离子向负极(甲池)移动
D.甲池中盛放的是CdCl2溶液,乙池中盛放的是CoCl2溶液
10.(2021湖北部分重点中学联考)由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象 二价金属A不断溶解 C极的质量增加 A极上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应是　　　　　　　　　　。
(2)装置丙中溶液中的S移向　　　　极(填“D”或“A”)。
(3)四种金属活泼性由强到弱的顺序是　　　　　　　　。
(4)若C极的质量增加32 g,则当丙中通过和乙等量电量时,丙中将析出标准状况下的气体体积为　　　　L。
能力提升练
题组一　原电池工作原理的有关判断
1.下列关于图中装置的说法中正确的是(　　)
A.装置①中,盐桥中的K+移向CuSO4溶液
B.装置①中,Zn为负极,发生还原反应
C.装置②中,Fe得电子
D.装置②中,电子由Fe流向石墨,然后再经溶液流向Fe
2.如图所示原电池工作时,右烧杯中Y2转化为Y3+,下列叙述正确的是(　　)
A.左烧杯中电极反应式:X4++2e- X2+
B.每消耗1 mol Y2,转移3 mol电子
C.左烧杯中阴离子数目增加
D.左、右两烧杯中的阴、阳离子能通过盐桥转移
题组二　原电池原理及应用
3.(2021广东东莞光明中学期初考试)设想通过原电池反应以H2和Cl2为原料生产盐酸。下列说法正确的是(　　)
A.正极反应为H2-2e- 2H+
B.在电池工作时,H+移向负极
C.电池正极发生氧化反应
D.以盐酸作为电解质溶液,并不断补充蒸馏水,以维持溶液一定的pH
4.(2021北京首师大附中入学考试)由W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是(　　)
装置
现象 金属W不断溶解 Y的质量增加 W上有气体产生
A.四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>Y>X
B.装置乙中Y电极上的电极反应为Cu2++2e- Cu
C.装置甲中X作原电池正极
D.装置丙中溶液中的c(H+)减小
5.(2022山东省实验中学期中)某实验小组依据反应As+2H++2I- As+I2+H2O设计电池如图1,探究pH对As氧化性的影响,测得输出电压与pH的关系如图2。下列有关叙述错误的是(　　)
图1
图2
A.c点时,正极的电极反应为As+2H++2e- As+H2O
B.b点时,反应处于化学平衡状态
C.a点时,盐桥中的K+向左移动
D.pH>0.68时,氧化性I2>As
6.(2021安徽六校教育研究会素质测试)如图为两种铜锌原电池的示意图。
它们工作时正极的电极反应为　　　　　　　　　　　。
(2)电池B工作时盐桥中的K+向　　　(填“ZnSO4”或“CuSO4”)溶液方向移动;假如Zn的消耗速率为2×10-3 mol·s-1,计算K+的迁移速率　　　　　　。
(3)电池A与电池B比较,电池B的工作效率大大提高,说明原因　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)利用电池A进行实验,发现铜片、锌片表面均有红色物质析出。实验结束时测得锌片减少了1.97 g,铜片增重了1.92 g,计算该原电池的工作效率(指参加原电池反应的锌占锌反应总量的百分率)　　　。
7.(2021北京石景山期末)某课外小组利用原电池原理驱动某简易小车(用电动机表示)。
(1)初步设计的实验装置示意图如图1所示,CuSO4溶液在图1所示装置中的作用是　　　　　　　　　　　　(答两点)。
图1
实验发现:该装置不能驱动小车。
(2)该小组同学提出假设:可能是氧化反应和还原反应没有完全隔开,降低了能量利用率。为进一步提高能量利用率,该小组同学在原有反应的基础上将氧化反应与还原反应隔开进行,优化的实验装置示意图如图2所示,图2中A溶液和B溶液分别是　　　　　和　　　　,盐桥属于　　　　(填“电子导体”或“离子导体”),盐桥中的Cl-移向　　　　溶液(填“A”或“B”)。为降低电池自重,该小组用阳离子交换膜代替盐桥,实验装置示意图如图3所示。
图2
图3
(3)利用改进后的实验装置(图3),仍不能驱动小车,该小组同学再次提出假设:可能是电压不够;可能是电流不够;可能是电压和电流都不够。
实验发现:1.5 V的干电池能驱动小车,其电流为750 μA;
图3中实验装置的最大电压为1.0 V,最大电流为200 μA。
该小组从电极材料、电极反应、离子导体等角度对装置做进一步优化,请补全优化后的实验装置示意图4,并在图中用箭头标明阳离子的流向。
图4
答案全解全析
基础过关练
1.B 2.B 3.A 4.C 5.B 6.C 7.AD 8.B
9.C
1.B　装置甲中锌片与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气,装置乙中锌片、铜片和稀硫酸构成原电池,锌的活泼性大于铜的活泼性,所以锌片作负极,铜片作正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,所以装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生,故A正确;装置甲中没有形成原电池,故B错误;装置乙中锌片、铜片和稀硫酸构成原电池,所以锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转,故C正确;由A项分析可知,锌片作负极,负极上锌失电子发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e- Zn2+,故D正确。
2.B　①中电解质溶液是稀硫酸,由于Mg的金属活泼性比Al强,且可与稀硫酸反应,则Mg作负极;②中电解质溶液是氢氧化钠溶液,Mg不与NaOH反应,Al和NaOH发生氧化还原反应,则Al作负极;③中Cu和浓硝酸反应,Cu作负极;④中Fe失电子作负极,通入的空气中的氧气发生还原反应,Cu作正极。②中Al作负极,③中Cu作负极,A错误;②中Mg作正极,其电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑,B正确;③中Cu作负极,C错误;④中Cu作正极,空气中的氧气在正极上发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,D错误。
3.A　锌插入氯化铜溶液,锌置换出铜,电子不经过导线,没有电流产生,则电流表指针不发生偏转,故A选;可构成原电池,镁为负极,铝为正极,电流表指针发生偏转,故B不选;可构成原电池,锌为负极,铜为正极,电流表指针发生偏转,故C不选;可构成原电池,锌为负极,铜为正极,电流表指针发生偏转,故D不选。
4.C　该原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe 3Fe2+,铁离子得电子被还原,可溶性铁盐溶液为电解质溶液,Fe失电子发生氧化反应,作负极,不如Fe活泼的金属或可导电的非金属作正极;电极材料为铁和锌,锌比铁活泼,锌为负极,不能发生题中的反应,A错误;电极材料都是铁,不能构成原电池,B错误;Fe为负极、C为正极、氯化铁溶液为电解质溶液,C正确、D错误。
5.B　铜片为正极,H+在其表面得到电子生成H2,其表面有气泡生成,A正确;如果将稀硫酸换成柠檬汁,柠檬汁也是电解质溶液,仍能形成原电池,导线中也会有电子流动,B错误;该装置属于原电池,化学能转化为电能,LED灯发光时,电能又转化为光能,存在“化学能→电能→光能”的转换,C正确;如果将锌片换成铁片,铁片为负极,铜片仍为正极,电路中的电流方向不变,D正确。
6.C　由图可知,该装置将化学能转变为电能,属于原电池,A错误;盐桥内的K+和Cl-可以自由移动,盐桥的存在使内电路离子流动顺畅,灯泡不会出现忽明忽暗的现象,B错误;相比于单池单液原电池,该装置使用了盐桥,能够有效防止锌和硫酸铜直接接触而发生反应,这样电流更持续和稳定,C正确;在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极,故盐桥中K+向右侧烧杯移动,因为右侧是正极区,D错误。
7.AD　该装置中Cu作负极、C作正极,电子从Cu棒沿导线流向C棒,选项A正确;该装置中Cu失电子发生氧化反应,Cu作负极,选项B错误;该装置为原电池,能将化学能转化为电能,选项C错误;负极的电极反应式为Cu-2e- Cu2+,正极的电极反应式为2Fe3++2e- 2Fe2+,所以该装置的总反应式为Cu+2Fe3+ 2Fe2++Cu2+,选项D正确。
8.B　加入少量ZnCl2固体不会改变反应物的浓度,不会改变反应速率,选项A错误;加入少量CuSO4固体,Fe与CuSO4反应置换出铜,Fe、Cu、稀硫酸构成了原电池,可以使反应速率加快,选项B正确;加入少量水,溶液体积增大,反应物浓度降低,反应速率减小,选项C错误;常温下,铁遇浓硫酸发生钝化,选项D错误。
9.C　通常原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应,根据反应Co2+(aq)+Cd(s) Co(s)+Cd2+(aq)可知,Cd作负极,A正确;原电池工作时,电子从负极沿导线流向正极,B正确;原电池中,溶液中的阳离子向正极移动,则盐桥中的阳离子向正极(乙池)移动,C错误;甲池中电极是负极,乙池中电极是正极,所以甲池中盛放的是CdCl2溶液,乙池中盛放的是CoCl2溶液,D正确。
10.答案　(1)A-2e- A2+
(2)D
(3)D>A>B>C
(4)11.2
解析　(1)根据甲装置中的现象可知,A为负极,电极反应为A-2e- A2+。(2)丙装置中,A电极上有气泡产生,说明A为原电池的正极,D为负极,所以S移向D极。(3)甲中二价金属A不断溶解,所以金属性:A>B,乙中C极质量增加,说明金属性:B>C,丙中A电极上有气泡产生,说明金属性:D>A,所以四种金属活泼性由强到弱的顺序是D>A>B>C。(4)C电极的电极反应为Cu2++2e- Cu,所以C极的质量增加32 g时转移的电子的物质的量为1 mol,丙中A电极的电极反应为2H++2e- H2↑,当丙中通过和乙等量电量时,丙中将析出标准状况下的气体体积为×1 mol×22.4 L·mol-1=11.2 L。
能力提升练
1.A 2.C 3.D 4.A 5.A
1.A　装置①为原电池,锌比铜活泼,锌为负极,铜为正极,盐桥中的K+移向CuSO4溶液,故A正确;装置①中,Zn为负极,发生氧化反应,故B错误;装置②中铁为负极,失去电子,故C错误;电子只能在外电路中定向移动,不能在溶液中定向移动,故D错误。
2.C　右烧杯中Y2转化为Y3+,说明右烧杯中的石墨为原电池正极,则左烧杯中发生氧化反应,阳离子所带电荷数增加,由溶液呈电中性可知,阴离子数目增加,A错误,C正确;每消耗1 mol Y2,转移6 mol电子,B错误;电解质溶液中的离子不能通过盐桥转移,D错误。
3.D　通过原电池反应以H2和Cl2为原料生产盐酸,则负极上氢气发生氧化反应:H2-2e- 2H+,正极上氯气发生还原反应:Cl2+2e- 2Cl-。由上述分析可知,正极反应式为Cl2+2e- 2Cl-,A错误;原电池中阳离子移向正极,B错误;原电池中正极发生还原反应,C错误;以盐酸作为电解质溶液,并不断补充蒸馏水,以维持溶液一定的pH,D正确。
4.A　装置甲中W为负极,X为正极,金属活动性:W>X,装置乙中X为负极,Y为正极,金属活动性:X>Y,装置丙中Z为负极,W为正极,金属活动性:Z>W,所以四种金属的活动性强弱顺序为Z>W>X>Y,故A错误;Y电极上铜离子得电子生成Cu,电极反应为Cu2++2e- Cu,故B正确;装置甲中金属W不断溶解,所以W为原电池负极,X为正极,故C正确;装置丙中W电极上氢离子得电子生成氢气,溶液中的氢离子浓度减小,故D正确。
5.A　c点时,输出电压小于0,反应逆向进行,As在负极失电子,负极的电极反应式为As-2e-+H2O As+2H+,A选项错误;b点时,输出电压为0,反应处于平衡状态,B选项正确;a点时,输出电压大于0,反应正向进行,乙中碘离子失电子,则乙中石墨电极为负极,甲中石墨电极为正极,原电池中阳离子向正极移动,所以盐桥中的K+向左移动,C选项正确;pH>0.68时,电压小于0,反应逆向进行,I2作氧化剂,所以氧化性I2>As,D选项正确。
6.答案　(1)Cu2++2e- Cu　(2)CuSO4　4×10-3 mol·s-1　(3)Zn和Cu2+不直接接触发生置换反应,电子只能通过导线发生转移　(4)60%
解析　(1)由装置图可知,电池A与电池B的负极均为锌,正极均为铜,在正极上铜离子得到电子发生还原反应生成铜,电极反应为Cu2++2e- Cu。(2)原电池工作时,阳离子向正极移动,所以电池B工作时,盐桥中的K+向硫酸铜溶液方向移动;由电荷守恒可知,K+的迁移速率是Zn的消耗速率的2倍,所以K+的迁移速率为2×10-3 mol·
s-1×2=4×10-3 mol·s-1。(3)电池A与电池B比较,电池B中Zn和Cu2+不直接接触发生置换反应,电子只能通过导线发生转移,使电池B的工作效率大大提高。(4)铜片、锌片表面均有红色物质析出说明锌部分参加原电池反应,锌与硫酸铜溶液发生置换反应的离子方程式为Zn+Cu2+ Cu+Zn2+,由锌片减少了1.97 g,铜片增重了1.92 g可知,反应前后固体的质量差为1.97 g-1.92 g=0.05 g,设参加反应的锌的质量为m,由Zn+Cu2+ Cu+Zn2+可得=,解得m=3.25 g,由铜片增重了1.92 g可知,参加原电池反应的锌的质量为×
65 g/mol=1.95 g,所以该原电池的工作效率为×100%=60%。
7.答案　(1)传导离子、作正极反应物
(2)硫酸锌溶液　硫酸铜溶液　离子导体　A
(3)(答案合理即可)
解析　(1)由图1可知,该原电池中Zn作负极,Cu作正极,CuSO4溶液中的Cu2+在正极得到电子生成Cu,故CuSO4溶液起传导离子、作正极反应物的作用。
(2)由图2可知,Zn为负极,Cu为正极,故B溶液应为硫酸铜溶液,A溶液应为硫酸锌溶液;盐桥属于离子导体;原电池中阴离子向负极移动,Zn为负极,故Cl-向A溶液移动。
(3)由图4可知,电子从左边电极经外电路流向右边电极,则左边电极为负极,右边电极为正极,根据题意可知,需要增大电压和电流,故可选取电极材料Mg和石墨,阳离子向正极移动,优化后的实验装置示意图可以为。
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