4.1.1 原电池的工作原理 同步巩固练 2024-2025学年化学人教版(2019) 选择性必修第一册

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4.1.1 原电池的工作原理 同步巩固练
2024-2025学年化学人教版(2019) 必修第一册
一、单选题
1．某原电池的总反应是，该原电池的正确组成是
A． B．
C． D．
2．用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是
A．电流从铜电极通过灵敏电流计流向银电极
B．盐桥中的阴离子向AgNO3溶液中迁移
C．银片上发生的电极反应是：Ag-e-=Ag＋
D．铜片插入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
3．下图甲和乙是双液原电池装置。由图可判断下列说法错误的是
A．乙图电池反应的离子方程式为： Co(s) + 2Ag+ (aq) = 2Ag(s) + Co2+(aq)
B．甲图当有1mol电子通过外电路时，正极有59g Co析出
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．反应2Ag(s) + Cd2+ (aq) = Cd(s) + 2Ag+ (aq)不能发生
4．下列关于如图所示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Mg的
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
5．将过量的等质量的两份锌粉a、b，分别加入相同质量、相同浓度的稀硫酸，同时向a中加少量CuSO4溶液，图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系，其中正确的是
A． B． C． D．
6．下列化学反应可设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
7．把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，c为负极；a、c相连，c为正极；b、d相连，b为正极，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为
A．a>c>d>b B．a>d>c>b C．a>b>d>c D．a>b>c>d
8．下列装置能构成原电池的是
A． B． C． D．
9．少量铁粉与100mL0.01mol/L的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的
①加H2O ②加NaOH固体 ③滴入几滴浓盐酸 ④加CuO固体 ⑤滴加几滴硫酸铜溶液 ⑥加NaCI溶液 ⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用10mL0.1mol/L的盐酸
A．①⑤⑦ B．③⑦⑧ C．②④⑥ D．③⑥⑦⑧
10．如图是Zn、Cu 和稀硫酸形成的原电池，则下列结论中正确的是
①铜为阴极，锌为阳极；
②反应一段时间后Zn质量减轻，Cu 质量增加；
③溶液中向Cu移动，H+向Zn移动；
④若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体；
⑤负极反应式：Zn-2e-=Zn2+
A．②③ B．②④⑤ C．④⑤ D．③④⑤
11．某实验设计小组对和反应探究，得出结论，并根据此反应设计如图所示装置。下列说法错误的是
A．反应开始时，电流表指针发生偏转，该装置中能量转化形式为化学能转化为电能
B．反应开始时，石墨(a)作正极，石墨(b)上发生氧化反应
C．反应开始时，电子沿导线移动方向为
D．反应进行一段时间后，电流表读数为0，说明该反应已经达到平衡状态
12．我国科学家发明一种新型电池，该电池以碳纳米管为正极，锌线为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气．放电时，下列说法正确的是
A．将电能转化为化学能 B．负极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极 D．正极产物为
13．反应CH4(g)+CO2(g)=CH3COOH(g)在一定条件下可发生，该反应历程示意图如图所示。有人提出利用电化学处理，可提高能量的利用率，下列说法不正确的是
A．若设计为原电池，则通入甲烷的电极为负极
B．使用催化剂，可降低活化能和焓变
C．由图象可知①→②放出能量并形成了碳碳单键
D．若设计为原电池，用稀硫酸作电解质溶液，正极反应为：2CO2+8e-+8H+=CH3COOH+2H2O
14．微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装 ，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是
A．正极有生成
B．电池总反应：
C．微生物促进了反应中电子的转移
D．质子通过交换膜从负极移向正极
15．某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn+2=Zn2++2NH3↑+H2↑，下列说法正确的是
A．石墨为电池的正极
B．电池工作时石墨逐渐被消耗
C．电子由石墨电极经外电路流向Zn电极
D．反应2+2e-=2NH3↑+H2↑在负极上发生
二、填空题
16．化学电源广泛地应用于现代社会的生产和生活。请回答下列问题：
(1)原电池的设计原理与某类化学反应有关。你认为下列化学反应，可以设计成原电池的是_______(填字母)。
A．
B．
C．
D．
(2)化学反应均涉及相应的能量变化，为探究这些能量变化，某同学设计了如图实验。
①该实验过程涉及的能量变化是 。
②Zn棒是 极，电流方向是从 棒流向 棒。
(3)若将两个金属棒用导线相连在一起，总质量为80.00g的锌片和银片同时浸入稀硫酸中，工作一段时间后，取出金属片，进行洗涤、干燥、称量，得金属片的总质量为47.5g，则装置工作时锌片上的电极反应式为 ，工作时间内装置所产生氢气的体积为 L(标准状况)。
17．回答下列问题。
Ⅰ．中国杭州举行的第19届亚运会倡导：绿色能源引领科技与环保，氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)根据下图写出a极反应式 。
Ⅱ．氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如图所示。
(2)a电极的电极反应式是 。
(3)一段时间后，溶液的浓度如何变化 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅲ．运用电解溶液制备小苏打和烧碱，原理如图所示。
(4)B处排出的溶液主要溶质为 (写化学式)。电解槽中的离子交换膜为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(5)当阳极区收集到气体(标准状况下)，通过离子交换膜的离子数目为 。
参考答案
1．C
由题干某原电池的总反应为可知，Fe在反应中由0价转化为+2价，化合价升高，发生氧化反应，故Fe作负极，Cu2+在反应中化合价由+2价降低为0价，化合价降低，发生还原反应，故在正极上发生该反应，据此分析解题。
A．由于Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu为正极，电解质中的Cu2+被还原，A错误；
B．装置中没有自发的发生氧化还原反应，B错误；
C．由于Fe比Cu活泼，故Fe作负极，Cu为正极，电解质中的Cu2+被还原，C正确；
D．装置中没有自发的发生氧化还原反应，D错误；
故选C。
2．D
铜比银活泼，则铜为负极，铜片上发生的反应是：Cu-2e-=Cu2+，银片是原电池的正极，溶液中的银离子得到电子发生还原反应，电极反应是Ag++e-=Ag；原电池总反应为Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+。
A．据分析，电流从银电极通过灵敏电流计流向铜电极，故A错误；
B． 盐桥中的阴离子向负极、硝酸铜溶液中迁移，故B错误；
C． 银片上发生的电极反应是：Ag++e-=Ag，故C错误；
D． 据分析，铜片插入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同：Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+，故D正确。
答案选D。
3．B
A．乙装置中，Co为负极，Co极电极反应式为Co-2e-=Co2+，Ag为正极，Ag极电极反应式为2Ag++2e-=2Ag，电池总反应的离子方程式为Co(s)+2Ag+(aq)=Co2+(aq)+2Ag(s)，A正确；
B．甲装置中，Co为正极，Co极电极反应式为Co2++2e-=Co，当有1 mol电子通过外电路时正极析出0.5 molCo，即有29.5 gCo析出，B错误；
C．盐桥的作用是形成闭合回路和平衡电荷，原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，使两边溶液保持电中性，C正确；
D．甲装置中，Cd为负极，Co为正极，金属活动性：Cd>Co，乙装置中，Co为负极，Ag为正极，金属活动性：Co>Ag，则金属活动性：Cd>Co>Ag，反应2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)不能发生，D正确；
故答案选B。
4．B
A．a为原电池的正极，b为原电池的负极，铜上有气泡，因b为含有碳杂质的Al,自身构成原电池，碳为正极，铝为负极，b可观察到气泡，故A错误；
B．铁与浓硫酸反应生成致密的氧化物保护膜，发生钝化现象，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，故B正确；
C．Al可与NaOH溶液反应，Mg、Al在氢氧化钠溶液中可以构成原电池，Al做原电池的负极，但实际上Mg的活泼性强于Al的活泼性，故C错误；
D．2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，当a为石墨，b为Cu,c为FeCl3溶液时，b为负极失去电子，a为正极，a、b之间有电流通过，故D错误；
故选：B。
5．B
足量的锌和相同量的稀硫酸反应，a中加入硫酸铜溶液，会置换出金属铜，形成锌、铜、稀硫酸原电池，加速金属铁和硫酸反应的速率，所以反应速率：a>b，速率越大，锌完全反应时所用的时间越短，所以a所用的时间小于b所用的时间；产生氢气的量取决于稀硫酸的物质的量，而a、b中金属锌均过量，和相同量的硫酸反应生成氢气的量相等，所以氢气的体积：a=b，综上所述，故选B。
6．C
能被设计成原电池的反应一般是氧化还原反应，A、B、D都是非氧化还原反应，只有C是氧化还原反应，故本题答案C。
7．A
把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池，若a、b相连时，a为溶解，则a为负极，为活泼金属，b为正极，是较活泼的金属，因此活泼性a＞b；c、d相连时c为负极，则c为活泼金属，d为正极，是较活泼金属，因此活泼性c＞d；a、c相连时c为正极，则c为较活泼金属，a为负极，是活泼金属，因此活泼性a＞c；b、d相连时b为正极，则b为较活泼金属，d为负极，是活泼金属，因此活泼性d＞b，则这四种金属活动性顺序a＞c＞d＞b，故答案为A。
8．B
构成原电池需具备以下条件：两个活性不同的电极；电解质溶液；形成闭合电路；存在能自动发生的氧化还原反应，据此分析判断。
A．两电极均为Cu，不能构成原电池，A不符合题意；
B．Zn为负极，C为正极，电解质为稀硫酸，可发生自发进行的氧化还原反应，可以构成原电池，B符合题意；
C．没有构成闭合回路，不能构成原电池，C不符合题意；
D．酒精不是电解质，不能转移电子，不能构成原电池，D不符合题意；
故答案选B。
9．B
①加水，稀释了盐酸的浓度，反应速率变慢，故①不符合题意；
②加NaOH固体会消耗H+，降低H2产量，故②不符合题意；
③滴入几滴浓盐酸，使H+浓度变大，由于Fe少量，不影响H2产量，故③符合题意；
④加CuO固体与盐酸反应生成氯化铜和水，氯化铜再与铁发生置换反应生成铜，构成原电池，反应速率加快，但由于消耗铁影响氢气总量，故④不符合题意；
⑤滴加几滴硫酸铜溶液，铁把铜置换出来，形成原电池，故反应速率加快，但与盐酸反应的铁减少，故减少了产生氢气的量，故⑤不符合题意；
⑥加NaCI溶液相当于加水，稀释了盐酸的浓度，反应速率变慢，故⑥不符合题意；
⑦升高温度，可加快反应速率，不考虑盐酸挥发，不影响H2产量，故⑦符合题意；
⑧改用10mL0.1mol/L的盐酸，增大了盐酸的浓度，反应速率加快，由于Fe少量，不影响H2产量，故⑧符合题意；
综上分析，答案选B。
10．C
该图为铜锌原电池，Zn作负极，Cu作正极，负极上电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，正极上电极反应为：2H++2e-=H2↑。
①根据分析，铜为正极，锌为负极，故①错误；
②根据分析中电极反应可知，反应一段时间后Zn质量减轻，Cu 质量不变，故②错误；
③原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，溶液中向Zn移动，H+向Cu移动，故③错误；
④若有0.5 mol电子流经导线，根据正极上电极反应：2H++2e-=H2↑，则可产生0.25 mol气体，故④正确；
⑤根据分析，负极反应式：Zn-2e-=Zn2+，故⑤正确；
综上分析，结论正确的为④⑤，答案选C。
11．C
由总反应可知，I-发生氧化反应生成I2，则石墨(b)极为负极，那么石墨(a)极为正极。
A．该装置形成原电池，原电池是将化学能转化为电能的装置，A正确；
B．由上述分析可知，石墨(a)为正极，石墨(b)为负极， 负极上发生氧化反应，B正确；
C．原电池中，电子由负极经导线流向正极，即电子沿导线移动方向为b→a，C错误；
D．反应进行一段时间后，电流表读数为0，电路中不再产生电流，此时反应达到平衡状态，D正确；
故选C。
12．D
该电池以碳纳米管为正极、锌线为负极，放电时消耗二氧化碳，同时生成天然气，二氧化碳转化为天然气，C元素化合价由+4价变为-4价，二氧化碳发生还原反应，则二氧化碳在正极得电子，Zn在负极失电子；
A．由题干可知，为原电池装置，将化学能转化为电能，A错误；
B．原电池的负极失去电子发生氧化反应，B错误；
C．原电池中，阳离子向正极移动，C错误；
D．由分析可知，正极上二氧化碳得电子生成甲烷，故正极产物为甲烷，D正确；
故选D。
13．B
A．CH4中碳原子化合价-4，CO2中碳原子化合价+4，CH3COOH中碳原子平均化合价为0价，CH4发生失电子的氧化反应，若设计为原电池，通入甲烷的电极为负极，A正确；
B．催化剂只能降低活化能，不可能改变焓变，B错误；
C．①→②反应物能量高，生成物能量低，该过程放出的能量，且反应过程中甲烷分子中的碳氢键断裂，与二氧化碳分子形成的碳碳单键，C正确；
D．若设计为原电池，用稀硫酸作电解质溶液，正极为二氧化碳发生还原反应生成乙酸，正极电极反应式：2CO2+8e-+8H+=CH3COOH+2H2O，D正确；
答案选B。
14．A
C6H12O6在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，根据图示可知，负极上C6H12O6失电子，其电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，正极上氧气得电子，其电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O。
A．负极上C6H12O6失电子，其电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，因此在负极生成，故A错误；
B．正极上氧气得电子，其电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，负极上C6H12O6失电子，其电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，电池总反应为，故B正确；
C．C6H12O6在微生物的作用下将化学能转化为电能，形成原电池，有电流产生，所以微生物促进了反应中电子的转移，故C正确；
D．原电池内电路中，阳离子向正极移动，所以质子通过交换膜从负极移向正极，故D正确；
故答案为：A。
15．A
根据电池总反应反应Zn+2=Zn2++2NH3↑+H2↑，可知Zn从0价升高到+2价，失电子，作负极，石墨为正极，由此分析回答；
A．由分析可知，石墨为电池的正极，A正确；
B．石墨为正极，不参与反应，不被消耗，B错误；
C．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极，C错误；
D．反应2+2e-=2NH3↑+H2↑在正极上发生，D错误；
故选A。
16．(1)C
(2) 将化学能转化为电能 负极 铜棒 锌棒
(3) 11.2
（1）只有自发的氧化还原反应能设计成原电池。
A．是非氧化还原反应，不能设计成原电池，A错误；
B．是吸热的氧化还原反应，反应不能自发进行，因此不能设计为原电池，B错误；
C．是自发的氧化还原反应，能设计成原电池，C正确；
D．是非氧化还原反应，不能设计成原电池，D正确；
故选C；
（2）该实验装置构成了原电池，由于金属活动性Zn＞Cu，所以在构成的原电池反应中，Zn为负极，Cu为正极。负极上Zn失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，在正极Cu上溶液中的H+得到电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑。
①则该实验过程涉及的主要的能量变化是将化学能转化为电能；
②Zn棒是负极，电流方向是从铜棒流向锌棒；
（3）由于金属活动性Zn＞Ag，所以在构成的原电池反应中，Zn为负极，Ag为正极。负极上Zn失去电子，发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+，在正极Ag上溶液中的H+得到电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑。总反应方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑，反应消耗Zn的质量为m(Zn)=80.00 g-47.5 g=32.5 g，n(Zn)=，根据方程式中物质反应转化关系可知：产生H2的物质的量是0.5 mol，其在标准状况下的体积V(H2)=0.5 mol×22.4 L/mol=11.2 L。
17．(1)H2-2e-+2OH-=2H2O
(2)
(3)减小
(4) 阳
(5)或
（1）根据图中信息可知，a极上氢气失电子在碱性条件下产生水，电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O；
（2）氨氧燃料电池中，由图知，a电极上氨气失去电子转变为氮气，被氧化，则a电极上的反应式为；
（3）燃料电池b电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-可知，工作一段时间后，氢氧根离子数目不会发生改变，但水不断生成，则电解质溶液中的c(OH-)将减小；
（4）电解Na2CO3溶液，结合图可知，阳极上碳酸根离子失去电子生成碳酸氢根离子和氧气，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则A为NaHCO3；电解使钠离子向阴极移动，应用阳离子交换膜；
（5）当阳极区收集到1.12L气体在标准状况下的物质的量，由O2~4e-~2H2，n(H2)=2n(O2)=0.1mol，m=nM=0.1mol2g/mol=0.2g，由阴极电解反应式2H2O+2e-= H2↑+2OH-，流入0.2molNa+进入阴极区，微粒数目为0.2NA或1.2041023。
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