-新教材高中化學(xué)課時(shí)檢測16原電池的工作原理含解析新人教版選擇性必修

PAGEPAGE7原電池的工作原理1．下列有關(guān)原電池的說法中正確的是()A．原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能B．實(shí)驗(yàn)室欲快速制取氫氣，可利用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)C．在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原D．構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是金屬，原電池中正極材料一定是不活潑金屬解析：選B原電池中化學(xué)能除轉(zhuǎn)化為電能外，還有部分轉(zhuǎn)化為熱能，原電池的能量轉(zhuǎn)化率小于100%，故A錯(cuò)誤；粗鋅與稀硫酸能形成原電池，能加快反應(yīng)速率，所以實(shí)驗(yàn)室欲快速制取氫氣，可利用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)，故B正確；電子流出的一極為失電子的負(fù)極，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化，故C錯(cuò)誤；在原電池中一般是相對較活潑的金屬作負(fù)極，不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬(如石墨棒)作正極，但在Mg、Al、氫氧化鈉原電池中，較不活潑的Al作負(fù)極，活潑的鎂為正極，故D錯(cuò)誤。2．分別將鎂條和鋁條平行插入盛有一定濃度稀鹽酸、NaOH溶液的燒杯中，用導(dǎo)線和電流計(jì)連接成兩個(gè)原電池，裝置如圖所示。原電池工作時(shí)，下列敘述正確的是()A．因?yàn)镸g比Al活潑，所以兩個(gè)原電池中負(fù)極都是MgB．兩個(gè)原電池中，電子都是由鎂條通過導(dǎo)線流向鋁條C．兩個(gè)原電池中，反應(yīng)放出的能量都完全轉(zhuǎn)化成電能D．兩個(gè)原電池中，正極都有氫氣生成解析：選D第一個(gè)裝置中電解質(zhì)溶液為稀鹽酸，Mg、Al均能與鹽酸反應(yīng)，因Mg比Al活潑，Mg作負(fù)極，Al作正極；第二個(gè)裝置中電解質(zhì)溶液為NaOH溶液，Mg不與NaOH溶液反應(yīng)而Al能與NaOH溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，故負(fù)極為Al，正極為Mg。根據(jù)以上分析可知，第一個(gè)裝置中Mg為負(fù)極，第二個(gè)裝置中Al為負(fù)極，A錯(cuò)誤。第一個(gè)裝置中電子由Mg條通過導(dǎo)線流向Al條，第二個(gè)裝置中電子由Al條通過導(dǎo)線流向Mg條，B錯(cuò)誤。原電池中，化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能，C錯(cuò)誤。兩個(gè)裝置中正極都是氫離子得電子生成氫氣，在正極都會(huì)有氫氣產(chǎn)生，D正確。3．下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是()A．均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程B．Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C．工作過程中，電子均由Zn經(jīng)導(dǎo)線流向CuD．相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高解析：選B兩個(gè)裝置都為原電池裝置，均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的過程，故A正確；鋅比銅活潑，根據(jù)原電池的工作原理知，鋅作負(fù)極，銅作正極，銅本身不是反應(yīng)物，故B錯(cuò)誤；鋅作負(fù)極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，故C正確；圖乙裝置中產(chǎn)生的電流在一段時(shí)間內(nèi)變化不大，但圖甲裝置中產(chǎn)生的電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減，故D正確。4．等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時(shí)向a中滴入少量的CuSO4溶液，下圖表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系，其中正確的是()解析：選A等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b，分別加入過量的稀H2SO4中，同時(shí)向a中放入少量的CuSO4溶液，a中發(fā)生反應(yīng)：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，形成原電池，反應(yīng)速率增大，反應(yīng)速率快于b，但生成的氫氣也少于b，圖像為A。5．鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是()A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))減小C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡解析：選CA項(xiàng)，Cu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電池工作過程中，SOeq\o\al(2－,4)不參加電極反應(yīng)，故甲池中c(SOeq\o\al(2－,4))基本不變，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電池工作時(shí)，甲池反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，乙池反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，甲池中的Zn2＋會(huì)通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池，以維持溶液中的電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64gCu析出，就有65gZn2＋進(jìn)入乙池，乙池溶液總質(zhì)量略有增加，正確；D項(xiàng)，由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜，錯(cuò)誤。6．某同學(xué)設(shè)計(jì)如下原電池，其工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．負(fù)極的電極反應(yīng)是Ag＋I(xiàn)－－e－=AgIC．電池的總反應(yīng)是Ag＋＋I(xiàn)－=AgID．鹽橋(含KNO3的瓊脂)中NOeq\o\al(－,3)從左向右移動(dòng)解析：選DA項(xiàng)，經(jīng)分析，該裝置是原電池裝置，則該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，=AgI，正確；C項(xiàng)，該電池中，表觀上看，只有Ag＋和I－反應(yīng)，所以總反應(yīng)是Ag＋＋I(xiàn)－=AgI，正確；D項(xiàng)，左側(cè)電極為負(fù)極，右側(cè)電極為正極，NOeq\o\al(－,3)帶負(fù)電荷，向負(fù)極移動(dòng)，所以應(yīng)該是從右向左移動(dòng)，錯(cuò)誤。7．下列有關(guān)原電池的說法中不正確的是()A．由Al、Cu、稀硫酸組成的原電池，放電時(shí)SOeq\o\al(2－,4)向Al電極移動(dòng)B．由Mg、Al、NaOH溶液組成的原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2OC．由Al、Cu、濃硝酸組成的原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋D．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋解析：選D該原電池中，鋁比銅活潑，鋁易失去電子而作負(fù)極，在原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以放電時(shí)SOeq\o\al(2－,4)向Al電極移動(dòng)，故A正確；由Mg、Al、NaOH溶液組成的原電池，鋁能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，Al失去電子而作負(fù)極，鎂作正極，其負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，故B正確；該原電池中，Al遇濃硝酸發(fā)生鈍化，Cu能與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)，Cu失去電子而作負(fù)極，Al作正極，其負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，故C正確；該原電池中，鐵易失去電子而作負(fù)極，銅作正極，其負(fù)極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，故D錯(cuò)誤。8．原電池的應(yīng)用極為廣泛。利用如圖所示原電池可測量空氣中Cl2的含量，電解質(zhì)是Ag＋可以在其中自由移動(dòng)的固體物質(zhì)，下列分析正確的是()A．電流從Ag電極經(jīng)外電路流向Pt電極B．電池工作時(shí)，電解質(zhì)中Ag＋的數(shù)目增多C．正極反應(yīng)式：Cl2＋2e－=2Cl－D．空氣中c(Cl2)越大，Ag電極消耗速率越快解析：選D電子從Ag電極(負(fù)極)經(jīng)外電路流向Pt電極(正極)，故A錯(cuò)誤；電池工作時(shí)，負(fù)極Ag失去電子變?yōu)锳g＋，正極上Cl2獲得電子變?yōu)镃l－，Cl－與電解質(zhì)中的Ag＋結(jié)合形成AgCl沉淀，因在負(fù)極生成2molAg＋時(shí)，正極同時(shí)生成2molAgCl，所以電解質(zhì)中Ag＋的數(shù)目不變，故B錯(cuò)誤；氯氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl－，Cl－與Ag＋反應(yīng)生成AgCl沉淀，電極反應(yīng)式是Cl2＋2e－＋2Ag＋=2AgCl↓，故C錯(cuò)誤；反應(yīng)原理是Ag與氯氣反應(yīng)，空氣中c(Cl2)越大，Ag電極消耗速率越快，故D正確。9．常溫下，將除去表面氧化膜的Al、Cu片插入濃HNO3中組成原電池(如圖甲)，測得原電池的電流(I)隨時(shí)間(t)的變化如圖乙所示，已知O～t1s時(shí)，原電池的負(fù)極是Al片，反應(yīng)過程中有紅棕色氣體產(chǎn)生。下列說法不正確的是()A．O～t1s時(shí)，正極的電極反應(yīng)式為2H＋＋NOeq\o\al(－,3)－e－=NO2↑＋H2OB．O～t1s時(shí)，溶液中的H＋向Cu電極移動(dòng)C．t1s時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋D．t1s時(shí)，原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變是因?yàn)锳l在濃硝酸中鈍化，氧化膜阻礙了Al的進(jìn)一步反應(yīng)解析：選A原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H＋＋NOeq\o\al(－,3)＋e－=NO2↑＋H2O，故A錯(cuò)誤；在O～t1s時(shí)，鋁作負(fù)極，在電場作用下，陽離子向電池正極移動(dòng)，即溶液中的H＋向Cu電極移動(dòng)，故B正確；由圖乙得t1s時(shí)刻電流方向改變，說明電池的負(fù)極發(fā)生變化，所以t1s時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，故C正確；t1s時(shí)，原電池中電子流動(dòng)方向發(fā)生改變是因?yàn)锳l在濃硝酸中鈍化，氧化膜阻礙了Al的進(jìn)一步反應(yīng)，故D正確。10．圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說法不正確的是()A．甲中電池總反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)＋Co2＋(aq)=Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反應(yīng)2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=Cd(s)＋2Ag＋(aq)不能夠發(fā)生C．鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子D．乙中有1mol電子通過外電路時(shí)，正極有108gAg析出解析：選C根據(jù)甲圖知，Cd失電子，Co2＋得電子，所以其電池反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)＋Co2＋(aq)=Co(s)＋Cd2＋(aq)，A正確；根據(jù)乙圖知，Co失電子，Ag＋得電子，所以氧化性強(qiáng)弱順序?yàn)锳g＋＞Co2＋＞Cd2＋，因此反應(yīng)2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=Cd(s)＋2Ag＋(aq)不能發(fā)生，B正確；原電池放電時(shí)，鹽橋中的陰、陽離子定向移動(dòng)而構(gòu)成閉合回路，且使兩溶液中電荷平衡，所以鹽橋的作用是形成閉合回路，并使兩邊溶液保持電中性，電子不能通過溶液傳遞，且鹽橋中不能裝含氯化鉀的瓊脂，因?yàn)镃l－＋Ag＋=AgCl↓，C錯(cuò)誤；根據(jù)Co(s)＋2Ag＋(aq)=2Ag(s)＋Co2＋(aq)知，當(dāng)有1mol電子通過外電路時(shí)，正極有108gAg析出，D正確。11．某學(xué)生利用下面實(shí)驗(yàn)裝置探究鹽橋式原電池的工作原理。按照實(shí)驗(yàn)步驟依次回答下列問題：(1)導(dǎo)線中電子流向?yàn)開_______(用a、b表示)。(2)寫出裝置中鋅電極上的電極反應(yīng)式：________________________。(3)若裝置中銅電極的質(zhì)量增加0.64g，則導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為____________。(4)裝置中的鹽橋中除添加瓊脂外，還要添加KCl的飽和溶液，電池工作時(shí)，對鹽橋中的K＋、Cl－的移動(dòng)方向表述正確的是________(填字母)。A．鹽橋中的K＋向左側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl－向右側(cè)燒杯移動(dòng)B．鹽橋中的K＋向右側(cè)燒杯移動(dòng)、Cl－向左側(cè)燒杯移動(dòng)C．鹽橋中的K＋、Cl－都向左側(cè)燒杯移動(dòng)D．鹽橋中的K＋、Cl－幾乎不移動(dòng)(5)若ZnSO4溶液中含有雜質(zhì)Cu2＋，會(huì)加速Zn電極的腐蝕，還可能導(dǎo)致電流在較短時(shí)間內(nèi)衰減。欲除去Cu2＋，最好選用下列試劑中的________(填字母)。A．NaOHB．ZnC．Fe D．H2SO4解析：(1)在該原電池中Zn為負(fù)極，Cu為正極，在導(dǎo)線中電子流向是由a到b(或a→b)；(2)在該裝置中，鋅電極為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則Zn電極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋；(3)在Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，每生成1molCu，正極質(zhì)量增加64g，轉(zhuǎn)移2mol電子。若裝置中銅電極的質(zhì)量增加0.64g，生成的Cu的物質(zhì)的量是0.01mol，則導(dǎo)線中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量是0.02mol，故轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為1.204×1022(或0.02NA)；(4)在裝置中鹽橋中除添加瓊脂外，還要添加KCl的飽和溶液，電池工作時(shí)，鹽橋中的K＋向右側(cè)燒杯的正極區(qū)移動(dòng)；Cl－向左側(cè)燒杯的負(fù)極區(qū)移動(dòng)，故合理選項(xiàng)是B；(5)除去其中含有的Cu2＋，既不能引入新的雜質(zhì)離子，也不能與Zn2＋反應(yīng)，根據(jù)金屬活動(dòng)性：Zn＞Cu，可用Zn作還原劑，發(fā)生反應(yīng)：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，達(dá)到除雜凈化的目的，故合理選項(xiàng)是B。答案：(1)由a到b(或a→b)(2)Zn－2e－=Zn2＋(3)1.204×1022(或0.02NA)(4)B(5)B12.某興趣小組為了提高電池的效率設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池。請回答下列問題：(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，寫出電極名稱及對應(yīng)的電極反應(yīng)式：Al片()_______________________________________________________________，Cu片()_______________________________________________________________。(2)若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，寫出電極名稱及對應(yīng)的電極反應(yīng)式：Al片()________________________________________________________________，Cu片()_______________________________________________________________。解析：(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，實(shí)質(zhì)上是由Al—稀硫酸—Cu組成的原電池，由于Al比Cu活潑，所以Al作負(fù)極，Al失電子被氧化為Al3＋，Cu作正極，溶液中的H＋得電子被還原為H2。(2)若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，實(shí)質(zhì)上是由Al—濃硝酸—Cu組成的原電池，由于Al遇濃硝酸發(fā)生鈍化，Al作正極，Cu作負(fù)極，Cu失電子被氧化為Cu2＋。答案：(1)負(fù)極Al－3e－=Al3＋正極2H＋＋2e－=H2↑(2)正極NOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－=NO2↑＋H2O負(fù)極Cu－2e－=Cu2＋13．原電池是化學(xué)對人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。(1)依反應(yīng)2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請回答下列問題：①電極X的材料是__________(填化學(xué)式)；電解質(zhì)溶液Y是________溶液。②銀電極為電池的正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________。③導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移0.2mol電子時(shí)，