基础课时3　原电池原理及应用

基础课时3　原电池原理及应用

 (时间：45分钟)

 

1．下列有关电池的说法不正确的是                                                             (　　)。

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

答案　B

2．下列反应没有涉及原电池的是                                                                 (　　)。

A．生铁投入稀盐酸中

B．铜片与银片用导线连接后，同时插入FeCl₃溶液中

C．纯锌投入硫酸铜溶液中

D．含铜的铝片投入浓硫酸中

答案　D

3.选用下列试剂和电极：稀 H₂ SO₄、Fe₂(SO₄)₃溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流计?的指针均明显偏转，则其可能的组合共有              (　　)。

A．6种　                                               B．5种　

C．4种　                                               D．3种

解析　铁棒、铜棒作电极，H₂SO₄、Fe₂(SO₄)₃作电解质可组成两种原电池，铁棒、铂棒作电极，H₂SO₄、Fe₂(SO₄)₃ 作电解质可组成两种原电池，铂棒、铜棒作电极，Fe₂(SO₄)₃作电解质可组成一种原电池，一共能形成5种原电池，均能够观察到电流计指针明显偏转。

答案　B

4．(2014·成都诊断)如图所示，杠杆AB两端分别挂有大小相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中分别滴入浓CuSO₄溶液和浓FeSO₄ 溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化) (　　)。

A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低

B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高

C．当杠杆为导体时，A端低B端高

D．当杠杆为导体时，A端高B端低

解析　当杠杆为导体时，构成原电池，Fe球作负极，Cu球作正极，电极反应式分别为

负极：Fe－2e^－===Fe^2＋，

正极：Cu^2＋＋2e^－===Cu，

铜球质量增加，铁球质量减少，杠杆A端低B端高。

答案　C

5.实验发现，298 K时，在FeCl₃酸性溶液中加少量锌粒后，Fe^3＋立即被还原成Fe^2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是         (　　)。

A．该原电池的正极反应是Zn－2e^－===Zn^2＋

B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去

C．该电池铂电极上有气泡出现

D．该电池总反应为3Zn＋2Fe^3＋===2Fe＋3Zn^2＋

解析　该电池的总反应为Zn＋2Fe^3＋===2Fe^2＋＋Zn^2＋，所以左烧杯Pt为正极，电极反应为Fe^3＋＋e^－===Fe^2＋，右烧杯Zn为负极，电极反应为Zn－2e^－===

Zn^2＋。由于左烧杯中的Fe^3＋被还原为Fe^2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。

答案　B

6.燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点，如图为Mg-NaClO燃料电池的结构示意图。下列说法正确的是                                                                                                                  (　　)。

A．镁作Y电极

B．电池工作时，Na^＋向负极移动

C．废液的pH大于 NaClO 溶液的pH

D．X 电极上发生的反应为ClO^－  ＋ 2H₂O － 4e^－===ClO ＋ 4H^＋

解析　图中 OH^－向Y电极移动，那么Y为负极，故镁作Y电极，A正确；电池工作时，Na^＋向正极移动，B错；X电极上发生的反应为ClO^－ ＋ H₂O＋2e^－===Cl^－ ＋ 2OH^－，OH^－移向负极与Mg^2＋反应生成Mg(OH)₂沉淀，废液 NaCl 溶液的pH小于 NaClO 溶液的pH，故C、D错误。

答案　A

7．利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO₂＋2H₂O太阳能光触媒2HCOOH＋O₂，装置如下图所示，下列说法不正确的是                                                                                                      (　　)。

A．该装置将太阳能转化为化学能和电能

B．电极1周围pH增大

C．电极2上发生的反应为CO₂＋2H^＋＋2e^－===HCOOH

D．H^＋由电极1室经过质子膜流向电极2室

解析　在太阳能作用下CO₂和H₂O转化为HCOOH和O₂，并且有电子流动，太阳能转化为化学能和电能，选项A正确；电极1流出电子，反应式是2H₂O－4e^－===4H^＋＋O₂↑，周围pH减小，选项B错误；根据总反应方程式推出电极2上发生的反应为CO₂＋2H^＋＋2e^－===HCOOH，选项C正确；电极1反应产生H^＋，电极2反应消耗H^＋，故H^＋由电极1室经过质子膜进入电极2室，选项D正确。

答案　B

8．(2014·呼和浩特测试)有关电化学知识的描述正确的是                         (　　)。

A．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO₃===Cu(NO₃)₂＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液

C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe－2e^－===Fe^2＋

D．由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为Mg－2e^－＋

2OH^－===Mg(OH)₂

解析　A项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应；B项，因为电解质溶液中有Ag^＋，盐桥内不能有Cl^－，因为二者反应会生成AgCl沉淀；C项，Fe、Cu、浓硝酸组成的原电池，由于铁遇浓硝酸钝化，则Cu为负极，Fe为正极，其负极反应式为Cu－2e^－===Cu^2＋；D项，由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al＋2H₂O＋2NaOH===2NaAlO₂＋3H₂↑，Al作负极，负极反应式为Al－3e^－＋4OH^－===AlO＋2H₂O，D错。

答案　A

9．下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I^－＋2H^＋AsO＋I₂＋H₂O”设计成的原电池装置，其中C₁、C₂均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%NaOH溶液。

下列叙述中正确的是                                                                                  (　　)。

A．甲组操作时，电流计(A)指针发生偏转

B．甲组操作时，溶液颜色变浅

C．乙组操作时，C₂作正极

D．乙组操作时，C₁上发生的电极反应为I₂＋2e^－===2I^－

解析　装置Ⅰ中的反应，AsO＋2I^－＋2H^＋AsO＋I₂＋H₂O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作，电流计(A)指针不会发生偏转，但由于I₂浓度增大，所以溶液颜色变深。向装置 Ⅱ 的B烧杯中加入NaOH溶液，发生反应AsO－2e^－＋H₂O===AsO＋2H^＋，电子由C₂棒沿导线到C₁棒，发生反应I₂＋2e^－===2I^－，所以C₂为负极，C₁为正极。

答案　D

10．(2014·北京东城区期末)用选项中的电极、溶液和如图所示装置可组成原电池。下列现象或结论的叙述正确的是                                                                                                          (　　)。

选项	电极a	电极b	A溶液	B溶液	现象或结论
A	Cu	Zn	CuSO4	ZnSO4	一段时间后，a增加的质量与b减少的质量相等
B	Cu	Zn	稀 H2SO4	ZnSO4	盐桥中阳离子向b极移动
C	Fe	C	NaCl	FeCl3	外电路电子转移方向：b→a
D	C	C	FeCl3	KI、淀粉 混合液	若开始时只增大FeCl3溶液浓度，b极附近溶液变蓝的速度加快

解析　对于A选项来说，电极b的电极反应为Zn－2e^－===Zn^2＋，电极a的电极反应为Cu^2＋＋2e^－===Cu，所以一段时间后，a增加的质量小于b减少的质量；B项，由于b极上锌失电子，盐桥中阴离子向b极移动；C项，Fe作负极，C作正极，外电路电子转移方向：a→b。

答案　D

11．(2014·安庆一中摸底)依据氧化还原反应：2Ag^＋(aq)＋Cu(s)===Cu^2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

 (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是___________________ _________________________________________________。

(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为__________________。

(3)外电路中的电子流向为__________________________________________。

(4)盐桥中的Cl^－向________极移动。

解析　设计原电池应将氧化还原反应2Ag^＋(aq)＋Cu(s)===Cu^2＋(aq)＋2Ag(s)拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式)；根据原电池构成的条件确定原电池的正、负极材料和电解质溶液，铜作负极，Ag作正极，AgNO₃溶液作电解质溶液。

答案　(1)铜(或Cu)　AgNO₃溶液

(2)正　Ag^＋＋e^－===Ag

(3)从负极(Cu)流向正极(Ag)

(4)Cu(或负)

12．(2014·石家庄模拟)为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO₄ 溶液、直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品)，通过巧妙的构思，设计了比较铜、锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白：

(1)甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部(铜与锌不接触)，向烧杯中小心加入稀硫酸，观察到的现象是

________________________________________________________________。

甲同学的设计思路是______________________________________________。

(2)乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加________溶液，进而观察到的现象是______________________________________________________________。

乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱的结论所依据的原理是________________________________________________________________________。

(3)丙同学使用直流电源、石墨电极组装好电解装置，向乙同学实验后的溶液中补充了必要的试剂________溶液(作为电解液)。反应在调控下随即开始，实验中有关反应的化学方程式为______________________________________。

实验中的明显现象是______________________________________________。

(4)请你再单独设计一个简单的实验(试剂、仪器自选)，探究和证实锌、铜金属活动性的相对强弱(简要说明操作和现象)___________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

解析　从该题的实验目的来看，是要用实验证明锌和铜的金属活动性的相对强弱；从实验方法来看，有与酸反应产生气泡的快慢、构成原电池时负极比正极活泼、置换反应，金属离子在溶液中电解时的现象等。甲同学用两种金属放到酸中观察是否产生气泡或产生气泡的快慢来比较。乙同学在甲同学的基础上，加入CuSO₄溶液观察现象。锌与少量硫酸铜发生置换反应生成的铜附在锌表面形成微型原电池，加快了反应速率，产生气泡的速率加快，说明锌比铜活泼。丙同学在乙同学的基础上运用电解原理，阴极有红色的铜析出说明锌比铜活泼。最后要设计一种方案，可以从氧化还原反应的先后顺序去证明金属的活泼性，即与同种氧化剂接触时，活泼性强的金属先与氧化剂反应，活泼性弱的金属后与氧化剂反应，因此可以将锌、铜分别同时加入到少量浅绿色的氯化亚铁溶液中，加入锌的溶液褪色，说明锌比铜活泼。

答案　(1)锌片上有气泡产生，铜片上无气泡　锌能置换出酸中的氢，而铜不能

(2)CuSO₄　锌片上有红色的铜析出，锌片上产生气泡的速率明显加快　活泼金属可以把不活泼金属从其盐溶液中置换出来(或Zn、Cu、稀硫酸组成原电池，Zn为负极)

(3)CuSO₄　2CuSO₄ ＋ 2H₂O2Cu＋O₂↑＋2H₂SO₄

阴极上有红色的铜析出，阳极附近有气体产生

(4)分别取一小片铜片与锌片置于两支试管中，向试管中加入少量浅绿色的FeCl₂溶液，片刻后，加锌片的试管中溶液的颜色褪去，溶液近乎无色(其他合理答案也可)

13．(2014·丽水模拟)(1)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为

________________________________________________________________。

(2)如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：

①电池的负极是________(填“a”或“b”)电极，该极的电极反应式为________________________________________________________________。

②电池工作一段时间后电解质溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

解析　(1)由图1可知还原性Cr>Cu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，导致活性降低。(2)①CH₄在反应时失去电子，故a电极是电池的负极。由总反应式 CH₄＋2OH^－＋2O₂===CO＋3H₂O减去正极反应式O₂＋2H₂O＋4e^－===4OH^－可得负极反应式。②由于电池工作过程中会消耗OH^－，故一段时间后电解质溶液的 pH 会减小。

答案　(1)金属铬的活泼性比铜强且能和稀硫酸反应生成 H₂　金属铬易被稀硝酸钝化

(2)①a 　　CH₄＋10OH^－－8e^－===CO ＋ 7H₂O

②减小

14．(1)第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车辆。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低汽油的消耗；在刹车或下坡时，电池处于充电状态。混合动力车目前一般使用镍氢电池，该电池中镍的化合物为正极，储氢金属(以M表示)为负极，碱液(主要为KOH)为电解质溶液。镍氢电池充放电原理如图1所示，其总反应式为H₂＋2NiOOH放电充电2Ni(OH)₂。

图1

根据所给信息判断，混合动力车上坡或加速时，乙电极周围溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)，该电极的电极反应式为_______________________________________________________________。

(2)图2是一种新型燃料电池，以CO为燃料，一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融混合物为电解质，图3是粗铜精炼的装置图，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。

回答下列问题：

①A极为电源________(填“正”或“负”)极，写出A极的电极反应式：________________________________________________________________。

②要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与________极(填“C”或“D”)相连。

③当消耗标准状况下2.24 L CO时，C电极的质量变化为________。

解析　(1)上坡或加速时，电动机工作，为原电池，乙电极中NiOOH→Ni(OH)₂，Ni的化合价降低，乙电极为正极，电极反应式为NiOOH＋e^－＋H^＋===Ni(OH)₂，周围溶液的pH增大。(2)①在燃料电池中可燃性气体作负极，即A为负极，根据所给新型燃料电池的构成原理装置图，结合原电池的工作原理，可直接写出A极的电极反应式：CO－2e^－＋CO===2CO₂。②根据电解精炼原理，粗铜应与电源的正极相连，精铜应与电源的负极相连，因B极是正极，所以B极应与D极相连。③标准状况下2.24 L CO失去0.2 mol e^－，根据得失电子守恒，C极上增加Cu的质量为6.4 g。

答案　(1)增大　NiOOH＋e^－＋H^＋===Ni(OH)₂

(2)①负　CO－2e^－＋CO===2CO₂　②D

③增加6.4 g