第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第1课时 原电池
课后·训练提升
基础巩固
1.下列关于原电池的叙述正确的是( )。
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转化为电能的装置
C.原电池中电子流出的一极是负极,该极被还原
D.原电池工作时,电流的方向是从负极到正极
答案:B
解析:A项,构成原电池的正极和负极可能是两种不同的金属,也可能是导电的非金属(如石墨棒)和金属等,错误;B项,原电池是将化学能转化为电能的装置,正确;C项,在原电池中,负极上失去电子,发生氧化反应,正极上得到电子,发生还原反应,电子从负极沿导线流向正极,错误;D项,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,电流的方向是从正极到负极,错误。
2.在如图所示的8个装置中,能实现化学能转化为电能的是( )。
A.①④ B.③⑤
C.④⑧ D.②④⑥⑦
答案:D
解析:根据原电池的构成条件可知:①中只有一个电极,③中两电极材料相同,⑤中酒精不是电解质,不能导电,⑧中两电极材料相同且未形成闭合回路,故①③⑤⑧均不能构成原电池,不能实现化学能转化为电能。
3.将铁片和银片用导线连接放置在同一稀盐酸中,并经过一段时间后,下列叙述中正确的是( )。
A.负极有Cl2逸出,正极有H2逸出
B.负极附近Cl-的浓度减小
C.正极附近Cl-的浓度逐渐增大
D.溶液中Cl-的浓度基本不变
答案:D
解析:在该原电池中,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Ag作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,所以负极无Cl2逸出,原电池中Cl-移向负极,所以负极附近Cl-的浓度增大,正极附近Cl-的浓度减小,但整个溶液中Cl-的浓度基本不变。
4.如图所示,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。下列有关原电池的叙述中正确的是( )。
A.铜片上发生氧化反应
B.取出盐桥后,电流计指针依然发生偏转
C.反应中,盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D.反应前后铜片质量不改变
答案:C
解析:左侧Cu2+放电,发生还原反应,铜电极上有铜析出,铜片质量增大,A项、D项错误;取出盐桥后,不能形成闭合回路,无电流,指针不偏转,B项错误;原电池中,盐桥中阳离子向正极移动,C项正确。
5.M、N、P、E四种金属:①M+N2+N+M2+ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-E,N-2e-N2+。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )。
A.P、M、N、E B.E、N、M、P
C.P、N、M、E D.E、P、M、N
答案:A
解析:由①知,金属活动性M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面产生气泡,M作原电池正极,金属活动性P>M;N、E构成的原电池中N作负极,金属活动性N>E。
6.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )。
答案:B
解析:A项电解质溶液为NaOH溶液,Al与之反应实质不是与H+反应,生成物是[Al(OH)4]-而不是Al3+;C项Al与稀硝酸反应生成NO;D项没有形成闭合回路,不能形成原电池。
7.下列反应不能用于设计原电池的是( )。
A.Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag
B.2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
C.Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
D.2H2+O22H2O
答案:C
解析:C项为吸热反应,且是非氧化还原反应,不能用于设计原电池。
8.将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是( )。
答案:A
解析:向a中加入少许胆矾晶体,则有Zn+Cu2+Cu+Zn2+,消耗一部分Zn,所以产生H2的量较少,但生成的Cu与Zn又组成锌铜原电池,增大反应速率,因此曲线的斜率大。
9.A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。
编号 甲 乙 丙
装置
现象 A不断溶解,经检验生成二价离子 C的质量增大 A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式为 。
(2)装置乙中正极的电极反应式为 。
(3)装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。
答案:(1)A-2e-A2+ (2)Cu2++2e-Cu (3)变大 (4)D>A>B>C
解析:甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A>B;乙中C的质量增大,即析出Cu,则B为负极,活动性B>C;丙中A上有气泡即H2产生,则A为正极,活动性D>A,随着H+的消耗,溶液pH逐渐变大。
10.如图所示为某实验小组设计的原电池:
(1)该小组依据的氧化还原反应为 (写离子方程式)。
(2)已知反应前电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12 g,则导线中通过
mol电子。
(3)用吸管吸出铁片附近溶液少许放入试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,发生反应的离子方程式为 ,然后滴加几滴KSCN溶液,溶液变红。
答案:(1)Fe+Cu2+Fe2++Cu (2)0.2
(3)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
解析:(1)题图为原电池,Fe为负极,发生反应Fe-2e-Fe2+,石墨为正极,发生反应Cu2++2e-Cu,总反应式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。
(2)一段时间后,两电极质量相差12 g,则
Fe+Cu2+Fe2++Cu 两极质量差Δm 转移电子
56 g 64 g 56 g+64 g=120 g 2 mol
12 g n
n=0.2 mol。
(3)用吸管吸出铁片附近溶液即含Fe2+的溶液,加入氯水发生反应:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,然后滴加几滴KSCN溶液,溶液变红。
能力提升
1.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1),测得原电池的电流(I)随时间(t)的变化如图2所示,已知O~t1,原电池的负极是Al片,反应过程中有红棕色气体产生,下列说法不正确的是( )。
图1
图2
A.O~t1,正极的电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O
B.O~t1,溶液中的H+向Cu电极移动
C.t1时,负极的电极反应式为Cu+2e-Cu2+
D.t1时,原电池中电子的流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍Al进一步反应
答案:C
解析:O~t1,Al在浓硝酸中发生钝化,铝氧化变为氧化铝,Al为负极,Cu为正极,N放电生成NO2,正极电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O,A正确;O~t1,Cu为正极,溶液中的H+向Cu电极移动,B正确;t1时,铜为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,C错误。
2.在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡,液面上方气体变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止 Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法中不正确的是( )。
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化
答案:C
解析:Ⅰ中铁和稀硝酸反应生成一氧化氮,一氧化氮遇空气生成二氧化氮,反应的化学方程式为2NO+O22NO2,A项正确;常温下,Fe遇浓硝酸易钝化,表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应,B项正确;对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,C项错误;Ⅲ中构成原电池,在Fe、Cu之间连接电流计,通过电流计指针的偏转方向可以判断原电池的正、负极,进而判断Fe是否持续被氧化,D项正确。
3.某潜航器使用新型镁-过氧化氢燃料电池系统,其工作原理如图所示。以下说法中错误的是( )。
A.当电路中有2 mol电子转移时,镁电极质量减小24 g
B.电池工作时,正极上有H2生成
C.工作过程中溶液的pH会增大
D.电池的总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
答案:B
解析:Mg为负极,电池的负极反应式为Mg-2e-Mg2+,有2 mol电子转移时,镁电极的质量减小24 g,A项正确。电池工作时,H+向正极移动,但正极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,没有氢气生成,B项错误。电池总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,消耗氢离子,则电池工作一段时间后,溶液的pH增大,C、D项正确。
4.控制合适的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( )。
A.反应开始时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.反应开始时,甲中石墨电极上Fe3+被还原
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
答案:D
解析:由总反应方程式知,I-失去电子(氧化反应),Fe3+得电子(被还原),故A、B项正确;当电流计读数为零时,Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,可证明反应达平衡,C项正确;加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨作负极,D项错误。
5.ORP传感器(如图)测定物质的氧化性的原理:将Pt电极插入待测溶液中,Pt电极、Ag/AgCl电极与待测溶液组成原电池,测得的电压越高,溶液的氧化性越强。向NaIO3溶液、FeCl3溶液中分别滴加2滴H2SO4,测得前者的电压增大,后者的几乎不变。下列说法不正确的是( )。
A.盐桥中的Cl-移向Ag/AgCl电极
B.Ag/AgCl电极反应式是Ag-e-+Cl-AgCl
C.酸性越强,I的氧化性越强
D.向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性,测得电压几乎不变
答案:D
解析:Ag、Pt与待测溶液组成原电池,Ag的金属活动性比Pt强,作负极,Pt作正极。在该电池中,Ag作负极,盐桥中的Cl-移向Ag/AgCl电极,A正确;Ag/AgCl电极作负极,Ag失电子生成的Ag+与溶液中的Cl-反应生成AgCl,电极反应式是Ag-e-+Cl-AgCl,B正确;向NaIO3溶液中滴加2滴H2SO4,电压增大,则表明酸性越强,I的氧化性越强,C正确;向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性,生成NaCl和Fe(OH)3沉淀,溶液的氧化性减弱,测得的电压减小,D错误。
6.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,回答下列问题。
(1)反应过程中, 棒质量减小。
(2)负极的电极反应式为 。
(3)反应过程中,当其中一个电极质量增大2 g时,另一电极减小的质量 (填“大于”“小于”或“等于”)2 g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供N和Cl-,使两烧杯溶液中保持电荷守恒。
①反应过程中N将进入 (填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中浓度最大的阳离子是 。
答案:(1)锌
(2)Zn-2e-Zn2+
(3)大于
(4)①乙 ②N
解析:(1)锌作负极,失电子,质量减小。
(2)锌失电子,发生反应Zn-2e-Zn2+。
(3)转移0.2 mol电子时,铜棒质量增大6.4 g,锌棒质量减小6.5 g,故反应过程中,当铜电极质量增大2 g时,另一电极减小的质量大于2 g。
(4)反应过程中,为了保持溶液的电中性,Cl-将进入甲烧杯,N进入乙烧杯。当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中有0.1 mol Cu2+消耗,还剩余0.1 mol Cu2+,有0.2 mol N进入乙烧杯,故乙烧杯中浓度最大的阳离子是N。
7.已知可逆反应:As+2I-+2H+As+I2+H2O。
(Ⅰ)如图所示,若向B中逐滴加入浓盐酸,发现电流表指针偏转。
(Ⅱ)若改用向B中滴加40%的NaOH溶液,发现电流表指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。
请回答下列问题。
(1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转
。
(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反
。
(3)操作(Ⅰ)中,石墨棒1上的电极反应式为 。
(4)操作(Ⅱ)中,石墨棒2上的电极反应式为 。
答案:(1)两次操作均组成原电池,所以电流表指针均发生偏转
(2)两次操作中,电极相反,电子流向相反,因而电流表指针偏转方向相反
(3)2I--2e-I2
(4)As+2OH--2e-As+H2O
解析:(Ⅰ)滴入浓盐酸,溶液中c(H+)增大,As+2I-+2H+As+I2+H2O平衡正向移动,I-失去电子变为I2,石墨棒1上电子流出,并沿外电路流向石墨棒2,As得电子变为As。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH溶液将H+中和,溶液中c(H+)减小,As+2I-+2H+As+I2+H2O平衡逆向移动,石墨棒2上电子流出,并沿外电路流向石墨棒1,I2转化为I-,As转化为As。
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第1课时 原电池
目 标 素 养
1.以锌铜原电池为例,了解原电池的工作原理及构成条件。
2.能正确判断原电池的正、负极并熟练书写电极反应式,会书写常见化学电源的电极反应式。
3.能列举常见的化学电源,并能利用相关的信息分析化学电源的工作原理。
4.能设计简单的原电池。
知 识 概 览
一、原电池
1.原电池的工作原理。
以锌铜原电池为例,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂,离子可在其中自由移动。如图:
(1)实验现象:接通电路时,电流表的指针 发生偏转 ,将盐桥取出,电流表的指针 回到零点 。
(2)工作原理。
电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 ① 负极 ② 正极
得失电子 ③ 失 电子 ④ 得 电子
电子流向 ⑤ 流出 ⑥ 流入
电极反应式 ⑦ Zn-2e-====Zn2+ ⑧ Cu2++2e-====Cu
反应类型 ⑨ 氧化 反应 ⑩ 还原 反应
总反应式 Zn+Cu2+ ====Zn2++Cu
盐桥中的离
子移动方向 K+移向 CuSO4 溶液( 正 极区),Cl-移向 ZnSO4 溶液( 负 极区)
微思考 在原电池装置中盐桥有什么作用
提示:(1)通过离子在盐桥中的定向移动,使两个隔离的电解质溶液连接起来,可使电流持续传导。(2)将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度,可以获得单纯的电极反应,有利于最大程度地将化学能转化为电能,提高原电池效率。
2.原电池工作的一般条件。
(1)有能自发进行的 氧化还原 反应。
(2)有两个活动性不同的电极(通常活动性较强的金属作 负 极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作 正 极),并插入
电解质 溶液中,形成 闭合 回路。
二、原电池的设计
1.能设计为原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应。2.用 还原性较强 的物质作负极反应物,向外电路提供电子;用 氧化性较强 的物质作正极反应物,从外电路得到电子。
3.原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的
氧化还原 能力。
微判断 (1)任何自发的放热反应均可设计成原电池。( )
(2)原电池将氧化反应和还原反应分在不同区域同时进行。( )
(3)盐桥中的阴离子移向正极区域,使正极区溶液呈电中性。( )
(4)铁、铜与硫酸铜溶液形成的原电池的负极反应为Fe-3e-══Fe3+。( )
(5)某原电池总反应为Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag,盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼脂。( )
×
√
×
×
×
微训练 1 .对于原电池的电极名称,下列叙述错误的是( )。
A.发生氧化反应的一极为负极
B.正极为电子流入的一极
C.比较不活泼的金属为负极
D.电流流出的一极为正极
答案:C
解析:原电池装置中,一般活泼金属作负极,较不活泼金属或能导电的非金属作正极;负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应;外电路中电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。
2.有下列装置:
其中是原电池的是 ,电极反应式分别为负极: ,正极: 。
答案:D Zn-2e-══Zn2+ 2H++2e-══H2↑
解析:A项,酒精不是电解质,不能导电;B项没有形成闭合回路; C项电极材料相同;D项属于原电池,且锌作负极,失电子,发生氧化反应。
一、原电池工作原理
问题探究
如图所示装置露置在空气中,经检测,外电路中有电流产生。
1.请分析该装置正、负极的电极反应。
提示:负极:2Fe-4e-══2Fe2+;
正极:空气中的O2得电子,O2+2H2O+4e-══4OH-。
2.原电池中总反应是否就是负极与电解质溶液的反应
提示:不一定。如题图装置中的电池总反应为2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2,而负极材料Fe与NaCl溶液不反应。
归纳总结
1.工作原理。
2.原电池正、负极判定思路。
3.含盐桥原电池(双液电池)。
(1)特点。
两个烧杯中电解质溶液用盐桥连接,电极材料一般与相应容器中的电解质溶液的阳离子相同。如:
(-)Zn|ZnSO4(1 mol·L-1)||CuSO4(1 mol·L-1)|Cu(+)。
(2)盐桥的作用。
平衡电荷,沟通闭合回路。
(3)优点。
与不含盐桥原电池相比,双液电池效率高且电流平稳,放电时间长。
典例剖析
【例1】 如图为双液原电池装置示意图,下列叙述中正确的是
( )。
A.铜离子在铜片表面被还原
B.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.铜是正极,铜片上有气泡产生
答案:A
解析:在该原电池中,活动性较强的金属锌作负极,活动性较弱的铜作正极,电子由负极流出,经导线流向正极,电流的方向与电子的移动方向相反,C项错误;正极发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-══Cu,A项正确,D项错误;盐桥中的阳离子移向正极区硫酸铜溶液,B项错误。
学以致用
1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )。
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将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
C
解析:铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池,Cu作负极,Ag作正极,电极反应为Cu-2e-══Cu2+(负极),2Ag++2e-══2Ag(正极),盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用,电子是由负极流向正极,电流的方向和电子的流向相反。因此①③错误,②④正确。
2.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述正确的是( )。
A.氧化剂和还原剂必须直接
接触才能发生反应
B.电极Ⅱ上发生还原反应,
电极Ⅱ作原电池的正极
C.该原电池的总反应式为
2Fe3++Cu══Cu2++2Fe2+
D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,K+移向负极区
答案:C
解析:A项,该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行,因此氧化剂和还原剂没有直接接触,错误;B项, Cu电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-══Cu2+,错误;D项,正极发生反应:2Fe3++2e-══2Fe2+,正极区正电荷减少,K+移向正极补充正电荷,错误。
二、原电池原理的应用
问题探究
1.①②③④四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。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是怎样的
提示:①>③>④>②
2.利用反应Zn+2FeCl3══ZnCl2+2FeCl2设计一个原电池。画出实验装置图(带盐桥、不带盐桥各画一个),并写出正、负极材料和电极反应式。
提示:正极为Pt(或石墨),电极反应式为2Fe3++2e-══2Fe2+;负极为Zn,电极反应式为Zn-2e-══Zn2+。
归纳总结
1.比较金属活动性强弱。
方法是:将金属a和b用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a溶解,b上有气泡产生。据此推断a是负极,b是正极,金属活动性a>b。
该方法中,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝酸或NaOH溶液等试剂,否则可能得出相反的结论。
2.增大化学反应速率。
实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理是:锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池,使产生氢气的速率增大。
3.设计原电池。
以Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag为依据,设计一个原电池。
(1)明确两极反应。
(2)选择电极材料。
(3)确定电解质。
(4)画装置图:注明电极材料和电解质溶液成分。
典例剖析
【例2】 已知某原电池的电极反应是Fe-2e-══Fe2+,
Cu2++2e-══Cu,据此设计该原电池,并回答问题。
图1
图2
(1)若原电池装置为图1:
①电极材料A是 ,B是 。(写名称)
②A电极观察到的现象是 。
(2)若原电池装置为图2:
①电极材料X可以是 (填字母,下同)。
A.铁 B.铜 C.石墨
②电解质溶液Y是 。
A.FeSO4溶液 B.CuSO4溶液 C.CuCl2溶液
答案:(1)①铜(或其他合理答案) 铁 ②有红色物质析出
(2)①BC ②BC
学以致用
3.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )。
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
答案:C
解析:由第一个装置a极溶解,可知a极是负极,金属活动性为a>b;对于第二个装置,依据还原性规律知,金属活动性为b>c;第三个装置的金属活动性为d>c;由第四个装置电流从a→d,则电子从d→a,故金属活动性为d>a,故C项符合题意。
4.3.25 g锌与100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸反应,为了增大反应速率而不改变H2的产量,可采取的措施是( )。
A.滴加几滴浓盐酸
B.滴加几滴浓硝酸
C.滴加几滴硫酸铜溶液
D.加入少量锌粒
答案:A
解析:3.25 g Zn的物质的量n(Zn)= =0.05 mol,100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸中n(H2SO4)=1 mol·L-1×0.1 L=0.1 mol,根据化学方程式Zn+H2SO4══ZnSO4+H2↑可知,二者反应的物质的量之比是1∶1,故稀硫酸过量,反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸,增大了溶液中的c(H+),反应速率增大,且H2的产量不变,A符合题意;
硝酸具有强氧化性,与Zn反应不能产生氢气,B不符合题意;
Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4,Zn、Cu及稀硫酸构成原电池,使反应速率加快,但由于Zn被消耗,导致反应产生H2的量减少,C不符合题意;
加入少量的Zn,由于Zn是固体,浓度不变,因此反应速率不变,但由于Zn的量增加,产生的H2的量增多,D不符合题意。
1.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )。
A.均发生了化学能转化为电能的过程
B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物
C.工作过程中,电子均由Zn电极经
导线流向Cu电极
D.相同条件下,图乙比图甲的能量
利用效率高
答案:B
解析:两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,A项正确;根据原电池的工作原理,锌比铜活泼,锌作负极、铜作正极,铜本身不是反应物,B项错误;锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,C项正确;图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大,但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减,D项正确。
2.某原电池装置如图所示,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂。下列有关叙述中正确的是( )。
A.电池工作中,盐桥中的Cl-向负极移动
B.负极反应式:2H++2e-══H2↑
C.工作一段时间后,两烧杯中溶液pH均不变
D.Fe作正极,发生氧化反应
答案:A
解析:根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷,所以Cl-向负极移动,A项正确。铁作负极:Fe-2e-══Fe2+,正极反应式为2H++2e-══H2↑,B项错误。左烧杯中溶液的pH基本不变,右烧杯中消耗H+,c(H+)减小,pH增大,C项错误。总电极反应式为Fe+2H+══Fe2++H2↑,铁作负极,发生氧化反应,D项错误。
3.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )。
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的
c( )减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液
的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向
负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C
解析:Cu作正极,电极上发生还原反应,A项错误;电池工作过程中, 不参与电极反应,故甲池中的c( )基本不变,B项错误;电池工作时,甲池反应为Zn-2e-══Zn2+,乙池反应为Cu2++2e-══Cu,甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池,以维持溶液中电荷平衡,由电极反应式可知,乙池中每有64 g Cu析出,则进入乙池的Zn2+为65 g,溶液总质量略有增加,C项正确;由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜,D项错误。
4.如图所示,甲和乙均是双液原电池装置。
下列说法不正确的是( )。
A.甲中电池总反应的离子方程式为
Cd(s)+Co2+(aq)══Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)══Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
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.乙电池中有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出
解析:根据甲、乙装置分析可知A项正确,且可推知Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。
B
5.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,下同)极流向 极。
答案:(1)铜 氧化
(2)CuSO4溶液[CuCl2、Cu(NO3)2等可溶性铜盐溶液也可] AgNO3溶液
(3)银棒上有银白色物质析出
(4)Cu Ag
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。
