新人教版高中化學(xué)第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池課時(shí)1原電池的工作原理同步測(cè)試選修1

第一節(jié)原電池課時(shí)1原電池的工作原理【基礎(chǔ)鞏固】1.下列反應(yīng)中不可用于設(shè)計(jì)原電池的是()A.NaOH+HClNaCl+H2OB.2CH3OH+3O22CO2+4H2OC.Zn+2HClZnCl2+H2↑D.4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3解析:只有氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池。NaOH與HCl的反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng)。答案:A2.(2022·廣東佛山一中高二期中)下圖為番茄電池的示意圖,下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.該過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.該過(guò)程發(fā)生氧化還原反應(yīng)C.電子從銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片D.一段時(shí)間后,鋅片質(zhì)量會(huì)減少解析:A項(xiàng),該裝置構(gòu)成原電池,是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,故正確;B項(xiàng),負(fù)極上鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng),正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),故該過(guò)程發(fā)生了氧化還原反應(yīng),故正確;C項(xiàng),電子是從負(fù)極流向正極,而鋅作負(fù)極,銅作正極,故電子從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片,故錯(cuò)誤;D項(xiàng),鋅作負(fù)極,鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)形成鋅離子,故鋅片質(zhì)量會(huì)減少,故正確。答案:C3.鋅與100mL1mol/L鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,若設(shè)想分別向溶液中加入少量的①醋酸鈉、②溴化銅、③醋酸銅(均為可溶性),并測(cè)定生成H2的速率(mL/min),預(yù)計(jì)三種方案的速率大小是()A.①>③>② B.③>②>①C.②>③>① D.①>②>③解析:醋酸鈉與鹽酸反應(yīng)減小了氫離子濃度,反應(yīng)速率減小;溴化銅與鋅反應(yīng)置換出銅,形成鋅銅原電池,增大了反應(yīng)速率;醋酸銅與鋅反應(yīng)置換出銅,形成了原電池,反應(yīng)速率增大,同時(shí)與鹽酸反應(yīng),氫離子濃度減小,反應(yīng)速率減小。由②的速率最大可確定答案為C項(xiàng)。答案:C4.(2022·廣東珠海第二中學(xué)高二期中)某小組設(shè)計(jì)如圖所示的裝置(鹽橋中盛有浸泡了KNO3飽和溶液的瓊脂)研究電化學(xué)原理。下列敘述正確的是()A.銀片為負(fù)極,發(fā)生的反應(yīng)為Ag++e-AgB.電子由Mg電極經(jīng)鹽橋流向Ag電極C.用稀硫酸代替AgNO3溶液,不可形成原電池D.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),橋鹽中的K+移向AgNO3溶液解析:A項(xiàng),銀片為正極,發(fā)生的反應(yīng)為Ag++e-Ag,故錯(cuò)誤;B項(xiàng),鹽橋是離子通道,電子由Mg電極流出,沿著導(dǎo)線流向Ag電極,故錯(cuò)誤;C項(xiàng),用稀硫酸代替AgNO3溶液,正極上生成氫氣,可形成原電池,故錯(cuò)誤;D項(xiàng),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),瓊脂中的K+移向正極區(qū),故正確。答案:D5.可以將反應(yīng)Zn+Br2ZnBr2設(shè)計(jì)成原電池,下列4個(gè)電極反應(yīng):①Br2+2e-2Br-;②2Br--2e-Br2;③Zn-2e-Zn2+;④Zn2++2e-Zn。其中分別表示放電時(shí)負(fù)極和正極反應(yīng)的是()A.②和③ B.②和①C.③和① D.④和①解析:放電時(shí)負(fù)極為Zn,失電子被氧化,正極為Br2,得電子被還原。答案:C6.如圖,在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y,外電路中電子流向如圖所示。下列關(guān)于該裝置的說(shuō)法中正確的是()A.外電路的電流方向?yàn)閄→外電路→YB.若兩電極分別為Fe和石墨棒,則X為石墨棒,Y為FeC.X極上發(fā)生的是氧化反應(yīng),Y極上發(fā)生的是還原反應(yīng)D.若兩電極都是金屬,則它們的金屬活動(dòng)性順序?yàn)閄<Y解析:由題圖所示電子流向知X為負(fù)極,Y為正極,則電流方向?yàn)閅→外電路→X,A項(xiàng)錯(cuò)誤;若兩電極分別為Fe和石墨棒,則X為Fe,Y為石墨棒,B項(xiàng)錯(cuò)誤;負(fù)極上失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng),C項(xiàng)正確;若兩電極均為金屬,活潑金屬作負(fù)極,故金屬活動(dòng)性順序?yàn)閄>Y,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:C7.由鋅片、銅片和200mL稀硫酸組成的原電池如圖所示。(1)原電池的負(fù)極反應(yīng)是,正極反應(yīng)是。

(2)電流的方向是。

(3)一段時(shí)間后,當(dāng)在銅片上放出1.68L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí),H2SO4恰好消耗一半。產(chǎn)生這些氣體的同時(shí),共消耗g鋅,有個(gè)電子通過(guò)了導(dǎo)線,原稀硫酸的物質(zhì)的量濃度是。

解析:由題意,產(chǎn)生1.68L22.4L/mol=0.075molH2,通過(guò)0.075mol×2=0.15mol電子,消耗0.075molZn和0.075molH2SO4。所以m65g/mol=4.875g,N(e-)=0.15mol×6.02×1023mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)=0.075mol×答案:(1)Zn-2e-Zn2+2H++2e-H2↑(2)由Cu極流向Zn極(3)4.8759.03×10220.75mol/L8.原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類型的原電池,探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料:ZnSO4溶液、FeSO4溶液、CuSO4溶液;銅片、鐵片、鋅片和導(dǎo)線。(1)以銅片為電極之一,完成原電池甲的裝置示意圖(如圖所示),并作相應(yīng)標(biāo)注。要求:在同一燒杯中,電極與溶液含有相同的金屬元素。(2)以銅片為電極之一,CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液,只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙,工作一段時(shí)間后,可觀察到負(fù)極。

(3)甲、乙兩種原電池中可以更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是,其原因是

。

解析:(1)因?yàn)殡娮拥牧飨蚴菑淖蟮接?所以可以將原電池設(shè)計(jì)為左側(cè)燒杯內(nèi)盛放FeSO4溶液,電極用鐵片(或左側(cè)燒杯內(nèi)盛放ZnSO4溶液,電極用鋅片),右側(cè)燒杯內(nèi)盛放CuSO4溶液,電極用銅片,即可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)Fe+CuSO4FeSO4+Cu(或Zn+CuSO4Cu+ZnSO4)。(2)由所給的電極材料可知,當(dāng)銅片作電極時(shí),銅片一定是正極,則負(fù)極是活潑的金屬(失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)),反應(yīng)現(xiàn)象是電極逐漸溶解。(3)以鋅片和銅片作電極為例,如果不用鹽橋,則除了發(fā)生原電池反應(yīng)外還發(fā)生鋅與銅離子的置換反應(yīng),會(huì)使部分化學(xué)能以熱能的形式轉(zhuǎn)化掉,而鹽橋的使用可以避免鋅和銅離子的直接接觸,從而避免了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,提高電池效率。答案:(1)如圖所示(或其他合理答案):(2)逐漸溶解(3)甲甲使用了鹽橋,可避免作負(fù)極的金屬直接與溶液中的銅離子反應(yīng)而造成能量損失【拓展提高】9.如圖所示裝置中,電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn),a極逐漸變粗,同時(shí)b極逐漸變細(xì),c為電解質(zhì)溶液,則a、b、c應(yīng)是下列各組中的()A.a是Zn、b是Cu、c為稀硫酸B.a是Cu、b是Zn、c為稀硫酸C.a是Fe、b是Ag、c為AgNO3溶液D.a是Ag、b是Fe、c為AgNO3溶液解析:該原電池工作時(shí),a極逐漸變粗,同時(shí)b極逐漸變細(xì),說(shuō)明b極失去電子,是負(fù)極,a極上金屬離子得電子,是正極,電解質(zhì)溶液中含有金屬陽(yáng)離子。答案:D10.如圖所示,X為單質(zhì)硅,Y為金屬鐵,a為NaOH溶液,組裝成一個(gè)原電池,下列說(shuō)法中正確的是()A.X為負(fù)極,電極反應(yīng)為Si-4e-Si4+B.X為正極,電極反應(yīng)為4H2O+4e-4OH-+2H2↑C.X為負(fù)極,電極反應(yīng)為Si+6OH--4e-SiO32-+3HD.Y為負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+解析:硅、鐵、NaOH溶液組成原電池時(shí),Si為負(fù)極,電極反應(yīng)式為Si+6OH--4e-SiO32-+3H2O;鐵為正極,電極反應(yīng)式為4H2O+4e-4OH-+2H2↑,總反應(yīng)式為Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。答案:C11.某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱,他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。方案Ⅰ:有人提出將大小相等的鐵片和銅片,分別同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中,觀察產(chǎn)生氣泡的快慢,據(jù)此確定它們的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。該原理的離子方程式為

。

方案Ⅱ:有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池,以確定它們的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖,標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液,并寫出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)式:;

負(fù)極反應(yīng)式:。

方案Ⅲ:結(jié)合你所學(xué)的知識(shí),幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案(與方案Ⅰ、Ⅱ思路不同)。

。

用離子方程式表示其反應(yīng)原理:

。

解析:比較或驗(yàn)證金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的方案有很多,可以利用金屬與酸反應(yīng)的難易程度,也可利用原電池原理(負(fù)極是較活潑的金屬),或金屬單質(zhì)與鹽溶液間的置換反應(yīng)。答案:方案Ⅰ:Fe+2H+Fe2++H2↑方案Ⅱ:2H++2e-H2↑Fe-2e-Fe2+方案Ⅲ:把鐵片插入CuSO4溶液中,一段時(shí)間后,觀察鐵片表面是否生成紅色物質(zhì)(或其他合理答案)Fe+Cu2+Cu+Fe2+【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】12.控制適合的條件,將反應(yīng)2Fe3++2I-2Fe2++I2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。回答下列問(wèn)題。(1)反應(yīng)開始時(shí),乙中石墨電極上發(fā)生(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),鹽橋中的陰離子移向(填“甲”或“乙”)燒杯。

(2)反應(yīng)開始時(shí),甲中石墨電極上的電極反應(yīng)式為。

(3)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),電流計(jì)指針(填“發(fā)生”或“不發(fā)生”)偏轉(zhuǎn)。

(4)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后,向甲中加入FeCl2固體,乙中石墨電極為極。

解析:(1)由反應(yīng)可知,開始時(shí)乙中石墨為負(fù)極,