2025人教版高中化学选择性必修1同步练习题--第1课时　原电池的工作原理（含解析）

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2025人教版高中化学选择性必修1
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第1课时　原电池的工作原理
基础过关练
题组一　　原电池的形成条件
1.(2024安徽蚌埠月考)下列装置中,电流表指针不能发生偏转的是 (　　)
A　B
C　D
2.(经典题)如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则下列各项中符合的是(　　)
A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液
题组二　　原电池的工作原理
3.(易错题)将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中,用导线和电流表连接成原电池,装置如图所示。此电池工作时,下列叙述正确的是 (　　)
A.Mg比Al活泼,Mg失去电子被氧化成Mg2+
B.若铝条表面有氧化膜,也不必处理
C.该电池的内外电路中,电流均是由电子定向移动形成的
D.Al是电池负极,开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出
4.(2024湖南长沙联考)某原电池装置如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.电池工作时,石墨棒上始终无气泡产生
B.电池工作时,溶液中的Cu2+向铁棒移动
C.电池工作一段时间后,溶液中的溶质质量逐渐减轻
D.电池工作时,外电路中的电流方向为石墨棒→灯泡→铁棒
5.(2024山东威海二中月考)某原电池装置如图所示,盐桥中装有用饱和氯化钾溶液浸泡过的琼脂。下列叙述正确的是 (　　)
A.原电池工作一段时间后,FeCl2溶液中c(Cl-)增大
B.此电池工作原理与硅太阳能电池工作原理相同
C.Fe为正极,石墨电极上发生的反应为2H++2e- H2↑
D.该装置中的盐桥可用金属丝代替,原理不变
6.(2024福建三明联考)某原电池装置如图所示,盐桥中装有琼脂-KNO3。
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag++e- Ag
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
⑤盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液
⑥电子的移动方向:Cu电极→导线→Ag电极→AgNO3溶液→盐桥→Cu(NO3)2溶液
上述①~⑥中正确的有 (　　)
A.4个　　 B.3个　　 C.2个　　 D.1个
题组三　　原电池工作原理的应用
7.(经典题)(2023河北石家庄实验中学月考)用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验,下列叙述中正确的是 (　　)
实验 装置 甲 乙 丙
实验 现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生
A.装置甲中的B金属是原电池的负极
B.装置乙中,外电路中电流的流向为B→C
C.装置丙中溶液里的S移向A
D.四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C
8.(2024四川成都月考)已知氧化性:Au3+>Ag+>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。现有如图所示的电化学装置,下列叙述中正确的是 (　　)
A.若X为Ti,则Y极的电极反应式可能是Zn-2e- Zn2+
B.若X为Cr,则Y可以选Zn或Ti
C.若Y为Cu,则X极的电极反应式可能是Cr-3e- Cr3+
D.若X为Zn、Y为Pb,形成原电池,则盐桥中阴离子移向右侧烧杯
9.(2023江苏淮安淮海中学月考)(1)利用反应Cu+2FeCl3 CuCl2+2FeCl2设计成如图所示的原电池,回答下列问题:
①正极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　;负极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。
②图中X是　　　　,Y是　　　　。
③原电池工作时,盐桥中的　　　　(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。
(2)利用反应2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计成原电池,其正极反应式为　　　　　　　　　 　。
10.(易错题)根据下列图像,将字母填在相应横线上:
A B C D
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,产生H2的体积V与时间t的关系是　　　　。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入等量的稀硫酸中,同时向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,产生H2的体积V与时间t的关系是　　　　。
(3)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CH3COONa溶液,产生H2的体积V与时间t的关系是　　　　。
能力提升练
题组一　　原电池正、负极的判断与电极反应式的书写
1.(2024河北石家庄一中月考)按如图所示装置进行实验,观察到图1装置中铜电极上产生大量无色气泡;图2装置中铜电极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是 (　　)
　
图1 图2
A.图1装置中Cu电极上电极反应式为2H++2e- H2↑
B.图2装置中Cu电极上电极反应式为Cu-2e- Cu2+
C.图2装置中Cr电极上电极反应式为N+e-+2H+ NO2↑+H2O
D.两个装置中,电子均由Cr电极经导线流向Cu电极
2.(2024安徽合肥月考)我国在太阳能光电催化电池处理H2S研究中获得新进展,相关装置如图所示。
下列说法错误的是 (　　)
A.该装置中能量转化形式只有化学能转化为电能
B.该装置工作时,b极为正极
C.a极的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+
D.电路中每通过1 mol e-,可处理17 g H2S
题组二　　与原电池相关的实验探究
3.(2024福建厦门一中期中)某实验小组依据反应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+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
4.(2024山东青岛第一中学月考)现有FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、AgNO3溶液,采用如图装置验证Ag++Fe2+ Fe3++Ag↓为可逆反应。
回答下列问题:
(1)按照装置图,组装好仪器后,分别在两烧杯中加入一定浓度的a、b,闭合开关K,观察到的现象为:Ag电极上有银白色固体析出,检流计指针向右偏转,一段时间后指针归零,说明此时反应达到平衡状态。则a为　　　　溶液;b为　　　　溶液。
(2)再向左侧烧杯中滴加较浓的　　　　溶液,产生的现象为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,表明Ag++Fe2+ Fe3++Ag↓为可逆反应。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.D 3.B 4.B 5.A 6.C 7.D 8.C
1.A　A项,锌插入CuCl2溶液中,锌置换出铜,电子不经过导线(易错点),没有电流产生,则电流表指针不发生偏转;B项,可构成原电池,镁为负极,铝为正极,电流表指针发生偏转;C项,可构成原电池,锌为负极,铜为正极,电流表指针发生偏转;D项,可构成原电池,锌为负极,铜为正极,电流表指针发生偏转。
2.D　A极逐渐变粗,说明A极发生还原反应,有金属析出,A极为正极;B极逐渐变细,说明B极失电子发生氧化反应,B极为负极,D符合题意。
3.B　Mg虽然比Al活泼,但铝能与NaOH溶液发生氧化还原反应,镁与NaOH溶液不反应,所以在题述装置中铝失电子,为原电池的负极,A错误;铝条表面的氧化膜能与NaOH溶液反应,故不必处理,B正确;该装置外电路的电流是由电子的定向移动形成的,而内电路的电流则是由溶液中离子的定向移动形成的,C错误;在该反应中,铝失电子,为原电池的负极,由于电池开始工作时,生成的铝离子的量较少,NaOH过量,此时不会有Al(OH)3白色沉淀析出,D错误。
4.B　铁棒为负极,石墨棒为正极,正极上铜离子得电子生成单质铜,硫酸铜溶液足量,石墨棒上始终无气泡产生,A正确;石墨棒为正极,正极上铜离子得电子生成单质铜,溶液中的铜离子向石墨棒移动,B错误;电池总反应为Fe+Cu2+ Fe2++Cu,当溶液中有1 mol Cu2+变成单质铜时,会有1 mol Fe2+进入溶液中,电池工作一段时间后,溶液中的溶质质量逐渐减轻,C正确;铁棒作负极,石墨棒作正极,外电路中的电流方向为石墨棒→灯泡→铁棒,D正确。
5.A　Fe为负极,失去电子生成Fe2+,盐桥中Cl-向负极移动,则FeCl2溶液中c(Cl-)会增大,A正确;原电池是将化学能转化为电能的装置,硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,B错误;Fe为负极,石墨为正极,正极上电极反应为2H++2e- H2↑,C错误;若装置中的盐桥用金属丝代替,则此装置原理会发生变化,D错误。
6.C　根据金属活动性和图示装置可知,Cu为负极,Ag为正极。外电路中,电流由正极(Ag电极)流向负极(Cu电极),①错误;正极Ag+得电子生成Ag,②正确;取出盐桥,不能构成闭合回路,无法形成原电池,③错误;铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同,均为Cu+2Ag+ Cu2++2Ag,④正确;盐桥中的K+向正极移动,即移向AgNO3溶液,⑤错误;电子只能在外电路中移动,不能通过电解质溶液,⑥错误;综上,正确的只有②④,故选C。
7.D　装置甲中A不断溶解,则A为负极,B为正极,A错误;装置乙中C的表面有红色固体析出,则C为正极,B为负极,外电路中电流方向:C→B,B错误;装置丙中A上有气泡产生,则A为正极,D为负极,溶液中S向D移动,C错误;根据实验现象可知金属活动性:A>B、B>C、D>A,故金属活动性:D>A>B>C,D正确。
8.C　根据装置图可知,X电极是负极,失去电子发生氧化反应,Y电极是正极,得到电子发生还原反应。若X为Ti,由于Y电极是正极,应得到电子发生还原反应,A不正确;若X为Cr,则Y的金属性要弱于Cr的金属性,Zn和Ti的金属性均强于Cr的金属性,则Y不能选Zn或Ti,可以选择Cu或Pb等,B不正确;若Y为Cu,由于X是负极,则X的金属性要强于Cu,所以可以选择Cr,负极反应式可能是Cr-3e- Cr3+,C正确;X电极是负极,盐桥中阴离子移向负极,故盐桥中阴离子移向左侧烧杯,D不正确。
9.答案　(1)①2Fe3++2e- 2Fe2+　Cu-2e- Cu2+　②FeCl3　CuCl2　③阳
(2)O2+4e-+4H+ 2H2O
解析　(1)①该原电池中Cu为负极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+;石墨为正极,电极反应式为2Fe3++2e- 2Fe2+。②X溶液应为FeCl3溶液,Y溶液应为CuCl2溶液。③原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动。
(2)Cu为负极,O2在正极上得电子,电极反应为O2+4e-+4H+ 2H2O。
10.答案　(1)A　(2)B　(3)C
解析　以图析题:
A B C D
(1)向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,Zn可以置换出Cu,在溶液中构成原电池,生成氢气的速率加快,但由于部分Zn参与置换Cu的反应,产生H2的量减少,选A。
(2)向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CuSO4溶液,Zn与CuSO4反应置换出Cu,在溶液中构成原电池,加快反应速率,但由于Zn足量,n(H+)相同,产生H2的量相同(易错点),选B。
(3)向加入锌粉a的稀硫酸中加入少量CH3COONa溶液,CH3COO-与H+反应生成弱电解质CH3COOH,溶液中c(H+)减小,但n(H+)不变,故反应速率减慢,产生H2的量一样多(易错点),选C。
能力提升练
1.D 2.A 3.A
1.D　图1装置中铜电极上产生大量无色气泡,说明Cu为正极,电极反应式为2H++2e- H2↑,A正确;图2装置中铜电极上无气泡产生,铬电极上产生大量有色气泡,则铜被氧化,为负极,电极反应式为Cu-2e- Cu2+,Cr为正极,正极上是HNO3被还原生成NO2,电极反应式为N+e-+2H+ NO2↑+H2O,B、C正确;图1装置中,电子由Cr电极(负极)经导线流向Cu电极(正极),图2装置中电子由Cu电极(负极)经导线流向Cr电极(正极),D错误。
2.A　根据“太阳能光电催化电池”可知该装置中存在的能量转化形式还有光能转化为化学能,A错误;在b极上H+得到电子被还原产生H2,故b极为原电池的正极,B正确;根据题图可知在a极上Fe2+失去电子生成Fe3+,a极的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+,C正确;由H2S~2e-~S及得失电子守恒(解题技法)可知,电路中每通过2 mol e-,可处理34 g H2S,则电路中每通过1 mol e-,可处理17 g H2S,D正确。
3.A　c点时,输出电压小于0,反应逆向进行,As在负极失电子,I2在正极得电子,正极的电极反应式为I2+2e- 2I-,A错误;b点时,输出电压为0,反应处于平衡状态,B正确;a点时,输出电压大于0,反应正向进行,乙中I-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正确。
4.答案　(1)FeSO4或FeSO4与Fe2(SO4)3的混合
AgNO3
(2)Fe2(SO4)3　Ag电极上固体逐渐减少,指针向左偏转,一段时间后指针归零
解析　(1)题图中原电池工作时,Ag电极上有银白色固体(Ag)析出,检流计指针向右偏转,Ag电极为正极,电极反应式为Ag++e- Ag,则石墨电极为负极,电极反应式为Fe2+-e- Fe3+,所以a溶液为FeSO4溶液或FeSO4与Fe2(SO4)3的混合溶液;b为AgNO3溶液。
(2)再向左侧烧杯中滴加较浓的Fe2(SO4)3溶液,此时正极电极反应式为Fe3++e- Fe2+,负极电极反应式为Ag-e- Ag+,Ag电极为负极,石墨电极为正极,则产生的现象为Ag电极上固体逐渐减少,指针向左偏转,一段时间后指针归零。
知识拓展　(1)带盐桥的原电池中,通常在同侧烧杯内电解质溶液中的金属离子与金属电极的材料相同。
　　(2)对于可逆的氧化还原反应,当改变条件,平衡移动的方向改变时,电池的正、负极改变,电流方向相反,当达到平衡时,输出电压为0。
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