4.1原电池同步练习 2025-2026学年高二上学期人教版（2019）选择性必修1（含解析）
文档属性
| 名称 | 4.1原电池同步练习 2025-2026学年高二上学期人教版（2019）选择性必修1（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-09-19 15:17:25 | ||
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文档简介
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4.1原电池
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于原电池负极的判断，错误的是
A．电子流出的一极 B．发生氧化反应的一极
C．一般为较活泼的金属 D．阳离子移向的一极
2．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池采用弱酸性电解质溶液，工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．电池工作一段时间后，正极区溶液的增大
B．转化为的反应为
C．该电池在工作时，升高温度有利于提高工作效率
D．若该电池中有参加反应，则有从向迁移
3．利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加入相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是
A．甲室电极为正极
B．隔膜为阳离子交换膜
C．电池总反应为
D．扩散到乙室对电池电动势不产生影响
4．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是
A．盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移
B．可以用铜导线替代图中的盐桥
C．铜电极发生氧化反应，其电极反应是
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，锌电极在反应后质量减少
5．我国学者自主研发了一种Al-N2二次电池，以离子液体为电解质，其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂，可吸附N2。下列说法正确的是
A．充电时可实现“氮的固定”
B．充电时阳极发生还原反应
C．Al箔为原电池的正极
D．放电时负极反应式：
6．下列关于电化学的说法错误的是
A．原电池中负极材料一定要参与反应
B．可通过电解熔融的办法获得Ba单质
C．组成的原电池中Al作负极
D．电解水时可在水中加入少量NaOH以增强溶液导电性
7．一种以某固体氧化物为电解质的新型燃料电池，可在该固体氧化物电解质中自由移动，产物对环境无污染。下列说法正确的是
A．若A为氢气，则正极反应式为
B．若B为氧气，则该电极反应式为
C．若A为甲烷，则消耗甲烷外电路中流过的电子数目为
D．若A为肼()，B为氧气，则电池总反应为
8．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
二、填空题
9．一次电池(以锌锰电池为例)
(1)酸性锌锰电池：
负极材料： ；正极材料： (填“Zn”或“石墨棒”)。
电解质： (糊状)。
负极反应(氧化反应)： 。
正极反应(还原反应)： 。
(2)碱性锌锰电池：
电解质： (填“酸性”或“碱性”)溶液。
负极反应：Zn+2OH -2e =ZnO+H2O，正极反应： 。
10．二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)构成：负极材料为 ，正极材料为 ，电解质为 溶液。
(2)放电过程(原电池原理)：
负极反应： (氧化反应)。
正极反应： (还原反应)。
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
(3)充电过程(电解池原理)：总反应为放电反应的 (填“逆反应”或“同反应”)。
11．设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)，铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注 。
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极 。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ，其原因是 。
12．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， 棒质量减少。
(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加2g时，另一电极减轻的质量 (选填“大于”“小于”或“等于”)2g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供和，使两烧杯溶液中保持电荷守恒。
①反应过程中将进入 (选填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是 。
13．1799年伏打发现了用锌片与铜片夹住以盐水浸湿的纸片叠成电堆可产生电流，该装置后来被称为伏打电堆，如图(a)、(b)。伏打还把锌片和铜片放在盛有盐水的杯中，并把许多这样的小杯子串联起来，组成电池组以获得更大电流。
伏打电堆实物与示意图
分析伏打电堆的正极和负极材料是什么？伏打电堆工作时电子和离子移动的方向是怎样的？ 。
14．化学电池的发明，改变了人们的生活方式。
(1)某原电池实验装置如图。
①锌片作 (填“正极”或“负极”)。
②写出铜片上发生的电极反应： 。
③电流表的指针偏转，说明 转化为电能。
(2)某种锂-二氧化碳电池的装置示意图如图。
已知：锂-二氧化碳电池的总反应为
下列说法正确的是 (填字母)。
a．金属锂在负极发生反应 b．发生氧化反应
三、解答题
15．下表中数据是第三周期的三种金属元素X、Y、Z逐渐失去电子的电离能。
电离能/kJ mol-1
X 578 1817 2745 11575 14830 18376 23293
Y 738 1451 7733 10540 13630 17995 21703
Z 496 4562 6912 9943 13353 16610 20114
试回答下列问题
(1)根据数据分析，X、Y、Z的最外层电子数，简述理由 。
(2)X元素的原子核外最外层电子排布式为 。
(3)X、Y、Z三种元素的原子半径由大到小顺序为 ；X、Y、Z三种元素的离子半径由大到小顺序为 。
(4)第三周期中能与Y元素形成YD型化合物的元素D位于 族，用电子式表示化合物YD的形成过程 。
(5)写出金属Y与石墨电极、稀硫酸构成的原电池的电极反应式：负极： ；正极： 。
16．某实验小组想探究原电池电极类型的影响因素，用镁片和铝片作电极进行实验，装置如图所示：
(1)①在烧杯A中加入稀硫酸溶液，镁电极出现的现象为： ，写出镁电极的电极反应式： ，镁片作 （填“正”、“负”）极。
②为了保护镁电极使其不再被腐蚀，实验小组更换了装置中的电解质溶液如图B，装置B烧杯中可用的电解质溶液为 （写物质名称），写出装置B中铝电极的电极反应式： ，溶液中阳离子向 （填“镁电极”、“铝电极”）移动。
(2)实验小组将镁电极和铝电极插入浓硝酸中如图C，装置C中正极电极反应式为： ，当负极质量减少4.8 g时，转移电子的物质的量为 mol。
(3)根据上述分析，电极类型除了与电极材料的性质有关外，还与 有关。
17．某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，完成下列问题：
(1)反应过程中， 棒质量减少。
(2)正极的电极反应为 。
(3)反应过程中，当一电极质量增加2g，另一电极减轻的质量 (填“大于”“小于”或“等于”)2g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供和Cl-，使两烧杯溶液中保持电中性。
①反应过程中Cl-将进入 (填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2mol电子时，正极溶液中离子浓度最大的离子是 。
《4.1原电池》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D A C A D A C B
1．D
【详解】A．原电池中，负极发生氧化反应，失去电子，电子从负极流出，故A正确；
B．负极上还原剂失去电子，发生氧化反应，故B正确；
C．一般情况下，在原电池中，负极是相对较活泼的金属，易失去电子发生氧化反应，故C正确；
D．在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D错误；
故选D。
2．A
【详解】A．b电极为正极，电极反应式为，且每消耗，有通过质子交换膜进入到正极区，所以不变；又因为正极反应有水生成，溶液体积增大，所以减小，增大，故A正确；
B．电解质溶液显酸性，不能大量存在，故B错误；
C．高温环境不利于微生物保持活性，故C错误；
D．没有说明在标准状况下，无法换算成物质的量，故D错误；
故选A。
3．C
【分析】甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，加入氨水的电极为原电池负极，电极反应Cu-2e-=Cu2+，加入氨水发生反应，右端为原电池正极，电极反应Cu2++2e-=Cu，中间为阴离子交换膜，据此分析解题。
【详解】A．向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，A错误；
B．在原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，B错误；
C．放电时，负极和正极反应分别为Cu-2e-=Cu2+，Cu2++2e-=Cu，向甲室加入足量氨水后，发生反应，故电池的总反应为，C正确；
D．扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，D错误；
答案选C。
4．A
【分析】原电池中，较活泼金属作负极，Zn作负极，失去电子，发生氧化反应，Cu作正极，得到电子，发生还原反应，负极电极反应为：，正极电极反应为：，电子从负极沿导线流向正极，盐桥中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，由此分析回答。
【详解】A．盐桥中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移，A正确；
B．盐桥中是离子导体，采用离子导体联通2个半电池构成闭合回路，铜是金属导体，不能用铜导线替代图中的盐桥，B错误；
C．作正极，发生还原反应，其电极反应是，C错误；
D．取出盐桥后，不是闭合回路，没有电流产生，电流表不会偏转，D错误；
故选A。
5．D
【详解】A．氮元素从游离态变为化合态的过程称为氮的固定，放电时氮气在正极得电子发生还原反应转化为氮化铝，实现氮的固定；充电时，氮元素由化合态变为游离态，不是氮的固定，A项错误；
B．充电时，阳极失电子发生氧化反应，故B错误；
C．放电时，Al失电子发生氧化反应，Al箔为原电池的负极，故C错误；
D．放电时，Al失电子发生氧化反应，负极反应式为，故D正确；
选D。
6．A
【详解】A．燃料电池中负极为燃料发生失电子的氧化反应，A错误；
B．熔融氯化钡能导电，可通过电解熔融的办法获得Ba单质，B正确；
C．镁和氢氧化钠不反应，铝和氢氧化钠溶液反应，故铝做负极，C正确；
D．水为弱电解质，电解水时可在水中加入少量NaOH以增强溶液导电性，D正确；
答案选A。
7．C
【分析】由电子流动方向可知，电极甲为负极，电极乙为正极。
【详解】A．电极甲为负极，若A为氢气，则负极反应式为H2-2e-+O2-=H2O，故A错误；
B．电极乙为正极，若B为氧气，则该电极反应式为O2+4e-=2O2-，故B错误；
C．电极甲为负极，若A为甲烷，电极反应式为CH4-8e-+5O2-=CO+2H2O，32g甲烷的物质的量为=2mol，电路中流过的电子为8×2NA=16NA，故C正确；
D．电极甲为负极，若A为肼(N2H4)，B为氧气，则产物为氮气(产物对环境无污染)和水，故D错误；
故选C。
8．B
【详解】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。
9．(1) 锌 石墨棒 NH4Cl Zn-2e-=Zn2+
(2) 碱性 2MnO2＋2H2O＋2e-=2MnOOH＋2OH-
【详解】（1）酸性锌锰干电池中锌筒作负极，失电子转化为Zn2+，电极反应是Zn-2e-=Zn2+；带铜帽的石墨棒作正极，MnO2在正极得电子转化为MnOOH，电极反应为，NH4Cl作电解质。
（2）碱性锌锰电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O=2MnOOH＋ZnO，碱性溶液作电解质；负极反应式是Zn＋2OH-_2e-=ZnO＋H2O；正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e-=2MnOOH＋2OH-。
10．(1) Pb PbO2 稀硫酸
(2)
(3)逆反应
【详解】（1）铅蓄电池负极材料为Pb，正极材料为PbO2，电解质为稀硫酸溶液；
（2）铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，放电过程为原电池原理，负极发生氧化反应，电极反应式为，正极发生还原反应，电极反应式为；
（3）二次电池充电过程为电解池原理，总反应为放电反应的逆反应。
11．(1)
(2)电极逐渐溶解
(3) 甲 乙池的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；甲池的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小
【详解】（1）根据图示装置中电子流向，左烧杯中电极为负极，右烧杯中电极为正极。由金属活泼性：Zn>Fe>Cu，以下三种组合：ZnSO4(aq)/Zn(负极)—CuSO4(aq)/Cu(正极)、FeSO4(aq)/Fe(负极)—CuSO4(aq)/Cu(正极)和ZnSO4(aq)/Zn(负极)—FeSO4(aq)/Fe(正极)，都能构成符合装置示意图所要求的原电池。
（2）根据无盐桥原电池的工作原理，Zn(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)、Fe(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)，都能构成符合题目所要求的原电池。在这样的原电池中，Cu作正极，负极金属失去电子被氧化，反应现象是电极逐渐溶解。
（3）在原电池甲中，负极不与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应只有原电池反应，而在原电池乙中，负极与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应除原电池反应以外，还有非原电池反应，因此，在原电池甲和乙中，甲可更有效地将化学能转化为电能。
12．(1)锌
(2)
(3)大于
(4) 乙
【分析】锌比铜活泼，锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，结合电极方程式解答该题；
【详解】（1）锌棒作负极，在反应中失去电子而溶解，所以质量减小。
（2）负极为锌，电极反应式为。
（3）当转移0.2电子时，铜棒质量增加6.4g，锌棒质量减少6.5g，故反应过程中，当铜电极质量增加2g时，另一电极减少的质量大于2g。
（4）①原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则反应过程中，为了保持溶液的电中性，将进入甲烧杯，进入乙烧杯。
②当外电路中转移0.2电子时，乙烧杯中有0.1消耗，还剩余0.1，有0.2，进入乙烧杯，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是。
13．伏打电堆中正极是铜片，负极是锌片。工作时负极失去电子，电子经导线流向正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。
【详解】由图c可知，电子从Zn极流出，Zn失去电子，发生氧化反应，作负极，正极材料为Cu，Cu片上有物质得到电子，发生还原反应。电子从负极出发，经导线流入正极。溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。
14．(1) 负极 化学能
(2)a
【详解】（1）①锌的金属活动性强于铜，则锌片为负极。
②铜片为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应为。
③电流表指针偏转，说明电路中有电流，化学能转化为电能。
（2）根据总反应可知Li失电子生成锂离子，则Li电极为负极，碳纳米管材料为正极。
a．金属锂电极为负极，金属锂在负极上失电子发生氧化反应，a正确；
b．碳纳米管材料为正极，CO2在正极得电子发生还原反应，b错误；
故答案选a。
15．(1)X、Y、Z的最外层电子数分别是3、2、1；电离能相差很大时，较小的电离能即为其最外层电子全失去时的电离能，从而确定其最外层电子数
(2)3s23p1
(3) Na>Mg>Al Na+>Mg2+>Al3+
(4) ⅥA
(5) Mg—2e—=Mg2+ 2H++2e—=H2↑
【详解】（1）由表格数据可知，X元素第三、四电离能差距很大说明原子的原子最外层电子数为3，则X为Al元素；Y元素的第二、三电离能差距很大说明原子的原子最外层电子数为2，则Y为Mg元素；Z元素的第一电离能和第二电离能相对差距很大说明原子的原子最外层电子数为1，则X为Na元素，故答案为：X、Y、Z的最外层电子数分别是3、2、1；电离能相差很大时，较小的电离能即为其最外层电子全失去时的电离能，从而确定其最外层电子数；
（2）铝元素的原子序数为13，基态原子的价电子排布式为3s23p1，故答案为：3s23p1；
（3）同周期元素，从左到右原子半径依次减小，则原子半径由大到小顺序为Na>Mg>Al；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，则离子半径由大到小顺序为Na+>Mg2+>Al3+，故答案为： Na>Mg>Al； Na+>Mg2+>Al3+；
（4）
由化合价代数和为0可知，MgD中D元素为位于元素周期表第三周期ⅥA族的硫元素；硫化镁是只含有离子键的离子化合物，表示硫化镁形成过程的电子式为，故答案为：ⅥA；；
（5）镁、石墨电极在稀硫酸中构成原电池，镁是原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成镁离子，电极反应式为Mg—2e—=Mg2+，石墨电极为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，故答案为：Mg—2e—=Mg2+；2H++2e—=H2↑。
16．(1) 镁电极不断溶解变细 Mg-2e-=Mg2+ 负 氢氧化钠溶液 Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]- 镁电极
(2) 2H++NO- 3+e-=NO2↑+H2O 0.4mol
(3)电解质溶液
【分析】该题探究原电池电极类型的影响因素，用镁片和铝片作电极进行实验，电解质溶液改变，电极方程式也发生变化，A实验中电解质溶液为稀硫酸，镁片做负极，铝片做正极；B实验中镁片不再被腐蚀，这应使用强碱性溶液，片做负极，镁片做正极；C实验中电解质溶液为浓硝酸，铝片会发生钝化，则镁片做负极，铝片做正极；由此解答。
【详解】（1）①在烧杯A中加入稀硫酸溶液，镁片做负极，发生反应，镁电极出现的现象为镁电极不断溶解变细；②为了保护镁电极使其不再被腐蚀，更换了装置中的电解质溶液如图B，由分析可知装置B烧杯中可用的电解质溶液为氢氧化钠溶液，装置B中铝电极的电极反应式，溶液中阳离子向镁电极移动；故答案为镁电极不断溶解变细；；负；氢氧化钠溶液；；镁电极；
（2）由分析可知镁电极和铝电极插入浓硝酸中如图C，铝片会发生钝化，阻止发生进一步反应，则镁片做负极，装置C中正极电极反应式为，存在关系，当负极质量减少时，消耗镁条，转移电子的物质的量为，故答案为；；
（3）该实验中，电极材料没有变化，但是反应方程式随电解质溶液的改变而改变，则电极类型除了与电极材料的性质有关外，还与电解质溶液有关，故答案为电解质溶液。
17．(1)锌
(2)Cu2++2e-=Cu
(3)大于
(4) 甲 Cl-
【分析】由装置图可知该装置为原电池，总反应为Zn与CuCl2的置换反应，Zn做负极，Cu做正极，盐桥中的阴阳离子分向两池移动维持电荷守恒，构建完整的闭合电路。
【详解】（1）由上分析可知，Zn做负极失电子，发生氧化反应，变为Zn2+，锌棒质量减小。
（2）由上分析可知，铜电极为正极，Cu2+在正极得电子发生还原反应生成铜单质，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。
（3）由转移电子守恒可知，当电路中转移一定量的电子时，正负两极参与反应的Zn、Cu的物质的量相同，因为Zn的摩尔质量大于Cu，故相同物质的量的两种物质Zn的质量大，即当Cu电极的质量增加2g时，Zn电极减少的质量大于2g。
（4）①原电池装置中，阳离子往正极移动，阴离子往负极移动，因此Cl-应往甲池移动；②由电荷守恒和转移电子守恒可知，当电路中转移0.2mol电子时，乙池中有0.1mol的铜参与反应变为铜单质，同时有0.2mol的铵根由盐桥进入乙池，此时乙池中的离子浓度分别为、、，因此浓度最大的离子为Cl-。
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4.1原电池
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列关于原电池负极的判断，错误的是
A．电子流出的一极 B．发生氧化反应的一极
C．一般为较活泼的金属 D．阳离子移向的一极
2．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池采用弱酸性电解质溶液，工作原理如图所示，下列说法正确的是
A．电池工作一段时间后，正极区溶液的增大
B．转化为的反应为
C．该电池在工作时，升高温度有利于提高工作效率
D．若该电池中有参加反应，则有从向迁移
3．利用热再生氨电池可实现电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加入相同的电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法正确的是
A．甲室电极为正极
B．隔膜为阳离子交换膜
C．电池总反应为
D．扩散到乙室对电池电动势不产生影响
4．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是
A．盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移
B．可以用铜导线替代图中的盐桥
C．铜电极发生氧化反应，其电极反应是
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，锌电极在反应后质量减少
5．我国学者自主研发了一种Al-N2二次电池，以离子液体为电解质，其工作原理如图所示。石墨烯/Pd作为电极催化剂，可吸附N2。下列说法正确的是
A．充电时可实现“氮的固定”
B．充电时阳极发生还原反应
C．Al箔为原电池的正极
D．放电时负极反应式：
6．下列关于电化学的说法错误的是
A．原电池中负极材料一定要参与反应
B．可通过电解熔融的办法获得Ba单质
C．组成的原电池中Al作负极
D．电解水时可在水中加入少量NaOH以增强溶液导电性
7．一种以某固体氧化物为电解质的新型燃料电池，可在该固体氧化物电解质中自由移动，产物对环境无污染。下列说法正确的是
A．若A为氢气，则正极反应式为
B．若B为氧气，则该电极反应式为
C．若A为甲烷，则消耗甲烷外电路中流过的电子数目为
D．若A为肼()，B为氧气，则电池总反应为
8．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
二、填空题
9．一次电池(以锌锰电池为例)
(1)酸性锌锰电池：
负极材料： ；正极材料： (填“Zn”或“石墨棒”)。
电解质： (糊状)。
负极反应(氧化反应)： 。
正极反应(还原反应)： 。
(2)碱性锌锰电池：
电解质： (填“酸性”或“碱性”)溶液。
负极反应：Zn+2OH -2e =ZnO+H2O，正极反应： 。
10．二次电池(以铅蓄电池为例)
(1)构成：负极材料为 ，正极材料为 ，电解质为 溶液。
(2)放电过程(原电池原理)：
负极反应： (氧化反应)。
正极反应： (还原反应)。
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。
(3)充电过程(电解池原理)：总反应为放电反应的 (填“逆反应”或“同反应”)。
11．设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)，铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注 。
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极 。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是 ，其原因是 。
12．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， 棒质量减少。
(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加2g时，另一电极减轻的质量 (选填“大于”“小于”或“等于”)2g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供和，使两烧杯溶液中保持电荷守恒。
①反应过程中将进入 (选填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是 。
13．1799年伏打发现了用锌片与铜片夹住以盐水浸湿的纸片叠成电堆可产生电流，该装置后来被称为伏打电堆，如图(a)、(b)。伏打还把锌片和铜片放在盛有盐水的杯中，并把许多这样的小杯子串联起来，组成电池组以获得更大电流。
伏打电堆实物与示意图
分析伏打电堆的正极和负极材料是什么？伏打电堆工作时电子和离子移动的方向是怎样的？ 。
14．化学电池的发明，改变了人们的生活方式。
(1)某原电池实验装置如图。
①锌片作 (填“正极”或“负极”)。
②写出铜片上发生的电极反应： 。
③电流表的指针偏转，说明 转化为电能。
(2)某种锂-二氧化碳电池的装置示意图如图。
已知：锂-二氧化碳电池的总反应为
下列说法正确的是 (填字母)。
a．金属锂在负极发生反应 b．发生氧化反应
三、解答题
15．下表中数据是第三周期的三种金属元素X、Y、Z逐渐失去电子的电离能。
电离能/kJ mol-1
X 578 1817 2745 11575 14830 18376 23293
Y 738 1451 7733 10540 13630 17995 21703
Z 496 4562 6912 9943 13353 16610 20114
试回答下列问题
(1)根据数据分析，X、Y、Z的最外层电子数，简述理由 。
(2)X元素的原子核外最外层电子排布式为 。
(3)X、Y、Z三种元素的原子半径由大到小顺序为 ；X、Y、Z三种元素的离子半径由大到小顺序为 。
(4)第三周期中能与Y元素形成YD型化合物的元素D位于 族，用电子式表示化合物YD的形成过程 。
(5)写出金属Y与石墨电极、稀硫酸构成的原电池的电极反应式：负极： ；正极： 。
16．某实验小组想探究原电池电极类型的影响因素，用镁片和铝片作电极进行实验，装置如图所示：
(1)①在烧杯A中加入稀硫酸溶液，镁电极出现的现象为： ，写出镁电极的电极反应式： ，镁片作 （填“正”、“负”）极。
②为了保护镁电极使其不再被腐蚀，实验小组更换了装置中的电解质溶液如图B，装置B烧杯中可用的电解质溶液为 （写物质名称），写出装置B中铝电极的电极反应式： ，溶液中阳离子向 （填“镁电极”、“铝电极”）移动。
(2)实验小组将镁电极和铝电极插入浓硝酸中如图C，装置C中正极电极反应式为： ，当负极质量减少4.8 g时，转移电子的物质的量为 mol。
(3)根据上述分析，电极类型除了与电极材料的性质有关外，还与 有关。
17．某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，完成下列问题：
(1)反应过程中， 棒质量减少。
(2)正极的电极反应为 。
(3)反应过程中，当一电极质量增加2g，另一电极减轻的质量 (填“大于”“小于”或“等于”)2g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供和Cl-，使两烧杯溶液中保持电中性。
①反应过程中Cl-将进入 (填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2mol电子时，正极溶液中离子浓度最大的离子是 。
《4.1原电池》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D A C A D A C B
1．D
【详解】A．原电池中，负极发生氧化反应，失去电子，电子从负极流出，故A正确；
B．负极上还原剂失去电子，发生氧化反应，故B正确；
C．一般情况下，在原电池中，负极是相对较活泼的金属，易失去电子发生氧化反应，故C正确；
D．在原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故D错误；
故选D。
2．A
【详解】A．b电极为正极，电极反应式为，且每消耗，有通过质子交换膜进入到正极区，所以不变；又因为正极反应有水生成，溶液体积增大，所以减小，增大，故A正确；
B．电解质溶液显酸性，不能大量存在，故B错误；
C．高温环境不利于微生物保持活性，故C错误；
D．没有说明在标准状况下，无法换算成物质的量，故D错误；
故选A。
3．C
【分析】甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，加入氨水的电极为原电池负极，电极反应Cu-2e-=Cu2+，加入氨水发生反应，右端为原电池正极，电极反应Cu2++2e-=Cu，中间为阴离子交换膜，据此分析解题。
【详解】A．向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室电极溶解，变为铜离子与氨气形成，因此甲室电极为负极，A错误；
B．在原电池内电路中阳离子向正极移动，若隔膜为阳离子膜，电极溶解生成的铜离子要向右侧移动，通入氨气要消耗铜离子，显然左侧阳离子不断减小，明显不利于电池反应正常进行，B错误；
C．放电时，负极和正极反应分别为Cu-2e-=Cu2+，Cu2++2e-=Cu，向甲室加入足量氨水后，发生反应，故电池的总反应为，C正确；
D．扩散到乙室会与铜离子反应生成，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池电动势产生影响，D错误；
答案选C。
4．A
【分析】原电池中，较活泼金属作负极，Zn作负极，失去电子，发生氧化反应，Cu作正极，得到电子，发生还原反应，负极电极反应为：，正极电极反应为：，电子从负极沿导线流向正极，盐桥中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，由此分析回答。
【详解】A．盐桥中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移，A正确；
B．盐桥中是离子导体，采用离子导体联通2个半电池构成闭合回路，铜是金属导体，不能用铜导线替代图中的盐桥，B错误；
C．作正极，发生还原反应，其电极反应是，C错误；
D．取出盐桥后，不是闭合回路，没有电流产生，电流表不会偏转，D错误；
故选A。
5．D
【详解】A．氮元素从游离态变为化合态的过程称为氮的固定，放电时氮气在正极得电子发生还原反应转化为氮化铝，实现氮的固定；充电时，氮元素由化合态变为游离态，不是氮的固定，A项错误；
B．充电时，阳极失电子发生氧化反应，故B错误；
C．放电时，Al失电子发生氧化反应，Al箔为原电池的负极，故C错误；
D．放电时，Al失电子发生氧化反应，负极反应式为，故D正确；
选D。
6．A
【详解】A．燃料电池中负极为燃料发生失电子的氧化反应，A错误；
B．熔融氯化钡能导电，可通过电解熔融的办法获得Ba单质，B正确；
C．镁和氢氧化钠不反应，铝和氢氧化钠溶液反应，故铝做负极，C正确；
D．水为弱电解质，电解水时可在水中加入少量NaOH以增强溶液导电性，D正确；
答案选A。
7．C
【分析】由电子流动方向可知，电极甲为负极，电极乙为正极。
【详解】A．电极甲为负极，若A为氢气，则负极反应式为H2-2e-+O2-=H2O，故A错误；
B．电极乙为正极，若B为氧气，则该电极反应式为O2+4e-=2O2-，故B错误；
C．电极甲为负极，若A为甲烷，电极反应式为CH4-8e-+5O2-=CO+2H2O，32g甲烷的物质的量为=2mol，电路中流过的电子为8×2NA=16NA，故C正确；
D．电极甲为负极，若A为肼(N2H4)，B为氧气，则产物为氮气(产物对环境无污染)和水，故D错误；
故选C。
8．B
【详解】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。
9．(1) 锌 石墨棒 NH4Cl Zn-2e-=Zn2+
(2) 碱性 2MnO2＋2H2O＋2e-=2MnOOH＋2OH-
【详解】（1）酸性锌锰干电池中锌筒作负极，失电子转化为Zn2+，电极反应是Zn-2e-=Zn2+；带铜帽的石墨棒作正极，MnO2在正极得电子转化为MnOOH，电极反应为，NH4Cl作电解质。
（2）碱性锌锰电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O=2MnOOH＋ZnO，碱性溶液作电解质；负极反应式是Zn＋2OH-_2e-=ZnO＋H2O；正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e-=2MnOOH＋2OH-。
10．(1) Pb PbO2 稀硫酸
(2)
(3)逆反应
【详解】（1）铅蓄电池负极材料为Pb，正极材料为PbO2，电解质为稀硫酸溶液；
（2）铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，放电过程为原电池原理，负极发生氧化反应，电极反应式为，正极发生还原反应，电极反应式为；
（3）二次电池充电过程为电解池原理，总反应为放电反应的逆反应。
11．(1)
(2)电极逐渐溶解
(3) 甲 乙池的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；甲池的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小
【详解】（1）根据图示装置中电子流向，左烧杯中电极为负极，右烧杯中电极为正极。由金属活泼性：Zn>Fe>Cu，以下三种组合：ZnSO4(aq)/Zn(负极)—CuSO4(aq)/Cu(正极)、FeSO4(aq)/Fe(负极)—CuSO4(aq)/Cu(正极)和ZnSO4(aq)/Zn(负极)—FeSO4(aq)/Fe(正极)，都能构成符合装置示意图所要求的原电池。
（2）根据无盐桥原电池的工作原理，Zn(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)、Fe(负极)—CuSO4(aq)—Cu(正极)，都能构成符合题目所要求的原电池。在这样的原电池中，Cu作正极，负极金属失去电子被氧化，反应现象是电极逐渐溶解。
（3）在原电池甲中，负极不与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应只有原电池反应，而在原电池乙中，负极与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应除原电池反应以外，还有非原电池反应，因此，在原电池甲和乙中，甲可更有效地将化学能转化为电能。
12．(1)锌
(2)
(3)大于
(4) 乙
【分析】锌比铜活泼，锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，结合电极方程式解答该题；
【详解】（1）锌棒作负极，在反应中失去电子而溶解，所以质量减小。
（2）负极为锌，电极反应式为。
（3）当转移0.2电子时，铜棒质量增加6.4g，锌棒质量减少6.5g，故反应过程中，当铜电极质量增加2g时，另一电极减少的质量大于2g。
（4）①原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则反应过程中，为了保持溶液的电中性，将进入甲烧杯，进入乙烧杯。
②当外电路中转移0.2电子时，乙烧杯中有0.1消耗，还剩余0.1，有0.2，进入乙烧杯，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是。
13．伏打电堆中正极是铜片，负极是锌片。工作时负极失去电子，电子经导线流向正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。
【详解】由图c可知，电子从Zn极流出，Zn失去电子，发生氧化反应，作负极，正极材料为Cu，Cu片上有物质得到电子，发生还原反应。电子从负极出发，经导线流入正极。溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。
14．(1) 负极 化学能
(2)a
【详解】（1）①锌的金属活动性强于铜，则锌片为负极。
②铜片为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应为。
③电流表指针偏转，说明电路中有电流，化学能转化为电能。
（2）根据总反应可知Li失电子生成锂离子，则Li电极为负极，碳纳米管材料为正极。
a．金属锂电极为负极，金属锂在负极上失电子发生氧化反应，a正确；
b．碳纳米管材料为正极，CO2在正极得电子发生还原反应，b错误；
故答案选a。
15．(1)X、Y、Z的最外层电子数分别是3、2、1；电离能相差很大时，较小的电离能即为其最外层电子全失去时的电离能，从而确定其最外层电子数
(2)3s23p1
(3) Na>Mg>Al Na+>Mg2+>Al3+
(4) ⅥA
(5) Mg—2e—=Mg2+ 2H++2e—=H2↑
【详解】（1）由表格数据可知，X元素第三、四电离能差距很大说明原子的原子最外层电子数为3，则X为Al元素；Y元素的第二、三电离能差距很大说明原子的原子最外层电子数为2，则Y为Mg元素；Z元素的第一电离能和第二电离能相对差距很大说明原子的原子最外层电子数为1，则X为Na元素，故答案为：X、Y、Z的最外层电子数分别是3、2、1；电离能相差很大时，较小的电离能即为其最外层电子全失去时的电离能，从而确定其最外层电子数；
（2）铝元素的原子序数为13，基态原子的价电子排布式为3s23p1，故答案为：3s23p1；
（3）同周期元素，从左到右原子半径依次减小，则原子半径由大到小顺序为Na>Mg>Al；电子层结构相同的离子，核电荷数越大，离子半径越小，则离子半径由大到小顺序为Na+>Mg2+>Al3+，故答案为： Na>Mg>Al； Na+>Mg2+>Al3+；
（4）
由化合价代数和为0可知，MgD中D元素为位于元素周期表第三周期ⅥA族的硫元素；硫化镁是只含有离子键的离子化合物，表示硫化镁形成过程的电子式为，故答案为：ⅥA；；
（5）镁、石墨电极在稀硫酸中构成原电池，镁是原电池的负极，失去电子发生氧化反应生成镁离子，电极反应式为Mg—2e—=Mg2+，石墨电极为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，故答案为：Mg—2e—=Mg2+；2H++2e—=H2↑。
16．(1) 镁电极不断溶解变细 Mg-2e-=Mg2+ 负 氢氧化钠溶液 Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]- 镁电极
(2) 2H++NO- 3+e-=NO2↑+H2O 0.4mol
(3)电解质溶液
【分析】该题探究原电池电极类型的影响因素，用镁片和铝片作电极进行实验，电解质溶液改变，电极方程式也发生变化，A实验中电解质溶液为稀硫酸，镁片做负极，铝片做正极；B实验中镁片不再被腐蚀，这应使用强碱性溶液，片做负极，镁片做正极；C实验中电解质溶液为浓硝酸，铝片会发生钝化，则镁片做负极，铝片做正极；由此解答。
【详解】（1）①在烧杯A中加入稀硫酸溶液，镁片做负极，发生反应，镁电极出现的现象为镁电极不断溶解变细；②为了保护镁电极使其不再被腐蚀，更换了装置中的电解质溶液如图B，由分析可知装置B烧杯中可用的电解质溶液为氢氧化钠溶液，装置B中铝电极的电极反应式，溶液中阳离子向镁电极移动；故答案为镁电极不断溶解变细；；负；氢氧化钠溶液；；镁电极；
（2）由分析可知镁电极和铝电极插入浓硝酸中如图C，铝片会发生钝化，阻止发生进一步反应，则镁片做负极，装置C中正极电极反应式为，存在关系，当负极质量减少时，消耗镁条，转移电子的物质的量为，故答案为；；
（3）该实验中，电极材料没有变化，但是反应方程式随电解质溶液的改变而改变，则电极类型除了与电极材料的性质有关外，还与电解质溶液有关，故答案为电解质溶液。
17．(1)锌
(2)Cu2++2e-=Cu
(3)大于
(4) 甲 Cl-
【分析】由装置图可知该装置为原电池，总反应为Zn与CuCl2的置换反应，Zn做负极，Cu做正极，盐桥中的阴阳离子分向两池移动维持电荷守恒，构建完整的闭合电路。
【详解】（1）由上分析可知，Zn做负极失电子，发生氧化反应，变为Zn2+，锌棒质量减小。
（2）由上分析可知，铜电极为正极，Cu2+在正极得电子发生还原反应生成铜单质，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。
（3）由转移电子守恒可知，当电路中转移一定量的电子时，正负两极参与反应的Zn、Cu的物质的量相同，因为Zn的摩尔质量大于Cu，故相同物质的量的两种物质Zn的质量大，即当Cu电极的质量增加2g时，Zn电极减少的质量大于2g。
（4）①原电池装置中，阳离子往正极移动，阴离子往负极移动，因此Cl-应往甲池移动；②由电荷守恒和转移电子守恒可知，当电路中转移0.2mol电子时，乙池中有0.1mol的铜参与反应变为铜单质，同时有0.2mol的铵根由盐桥进入乙池，此时乙池中的离子浓度分别为、、，因此浓度最大的离子为Cl-。
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