高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池达标测试

第一节  原电池

课时1　原电池的工作原理

【基础巩固】

1.下列反应中不可用于设计原电池的是 (　　)

A.NaOH+HClNaCl+H2O

B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O

C.Zn+2HClZnCl2+H2↑

D.4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3

解析:只有氧化还原反应才能设计成原电池。NaOH与HCl的反应为非氧化还原反应。

答案:A

2.(2022·广东佛山一中高二期中)下图为番茄电池的示意图,下列说法错误的是(　　)

A.该过程中化学能转化为电能   

B.该过程发生氧化还原反应

C.电子从铜片经导线流向锌片

D.一段时间后,锌片质量会减少

解析:A项,该装置构成原电池,是将化学能转化为电能的装置,故正确;B项,负极上锌失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,故该过程发生了氧化还原反应,故正确;C项,电子是从负极流向正极,而锌作负极,铜作正极,故电子从锌片经导线流向铜片,故错误;D项,锌作负极,锌失电子发生氧化反应形成锌离子,故锌片质量会减少,故正确。

答案:C

3.锌与100 mL 1 mol/L盐酸反应的实验中,若设想分别向溶液中加入少量的①醋酸钠、②溴化铜、③醋酸铜(均为可溶性),并测定生成H2的速率(mL/min),预计三种方案的速率大小是 (　　)

A.①>③>②             B.③>②>①

C.②>③>①             D.①>②>③

解析:醋酸钠与盐酸反应减小了氢离子浓度,反应速率减小;溴化铜与锌反应置换出铜,形成锌铜原电池,增大了反应速率;醋酸铜与锌反应置换出铜,形成了原电池,反应速率增大,同时与盐酸反应,氢离子浓度减小,反应速率减小。由②的速率最大可确定答案为C项。

答案:C

4.(2022·广东珠海第二中学高二期中)某小组设计如图所示的装置(盐桥中盛有浸泡了KNO3饱和溶液的琼脂)研究电化学原理。下列叙述正确的是 (　　)

A.银片为负极,发生的反应为Ag++e-Ag

B.电子由Mg电极经盐桥流向Ag电极

C.用稀硫酸代替AgNO3溶液,不可形成原电池

D.进行实验时,桥盐中的K+移向AgNO3溶液

解析:A项,银片为正极,发生的反应为Ag++e-Ag,故错误;B项,盐桥是离子通道,电子由Mg电极流出,沿着导线流向Ag电极,故错误;C项,用稀硫酸代替AgNO3溶液,正极上生成氢气,可形成原电池,故错误;D项,进行实验时,琼脂中的K+移向正极区,故正确。

答案:D

5.可以将反应Zn+Br2ZnBr2设计成原电池,下列4个电极反应:

①Br2+2e-2Br-;②2Br--2e-Br2;③Zn-2e-Zn2+;④Zn2++2e-Zn。

其中分别表示放电时负极和正极反应的是 (　　)

A.②和③      B.②和①       C.③和①      D.④和①

解析:放电时负极为Zn,失电子被氧化,正极为Br2,得电子被还原。

答案:C

6.如图,在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示。下列关于该装置的说法中正确的是 (　　)

A.外电路的电流方向为X→外电路→Y

B.若两电极分别为Fe和石墨棒,则X为石墨棒,Y为Fe

C.X极上发生的是氧化反应,Y极上发生的是还原反应

D.若两电极都是金属,则它们的金属活动性顺序为X<Y

解析:由题图所示电子流向知X为负极,Y为正极,则电流方向为Y→外电路→X,A项错误;若两电极分别为Fe和石墨棒,则X为Fe,Y为石墨棒,B项错误;负极上失去电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,C项正确;若两电极均为金属,活泼金属作负极,故金属活动性顺序为X>Y,D项错误。

答案:C

7.由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如图所示。

(1)原电池的负极反应是　　　　　　　,正极反应是　　　　　　。 

(2)电流的方向是　　　　　　　。 

(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。产生这些气体的同时,共消耗　　　g锌,有　　　个电子通过了导线,原稀硫酸的物质的量浓度是　　　  　。 

解析:由题意,产生=0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)=0.075 mol×

65 g/mol=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023mol-1=9.03×1022,

c(H2SO4)==0.75 mol/L。

答案:(1)Zn-2e-Zn2+　 2H++2e-H2↑

(2)由Cu极流向Zn极 　(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol/L

8.原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。

限选材料:ZnSO4溶液、FeSO4溶液、CuSO4溶液;铜片、铁片、锌片和导线。

(1)以铜片为电极之一,完成原电池甲的装置示意图(如图所示),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含有相同的金属元素。

(2)以铜片为电极之一,CuSO4溶液为电解质溶液,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、乙两种原电池中可以更有效地将化学能转化为电能的是　　　,其原因是　                　。 

解析:(1)因为电子的流向是从左到右,所以可以将原电池设计为左侧烧杯内盛放FeSO4溶液,电极用铁片(或左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液,电极用锌片),右侧烧杯内盛放CuSO4溶液,电极用铜片,即可实现反应Fe+CuSO4FeSO4+Cu(或Zn+CuSO4Cu+ZnSO4)。(2)由所给的电极材料可知,当铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属(失电子,发生氧化反应),反应现象是电极逐渐溶解。(3)以锌片和铜片作电极为例,如果不用盐桥,则除了发生原电池反应外还发生锌与铜离子的置换反应,会使部分化学能以热能的形式转化掉,而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触,从而避免了化学能转化为热能,提高电池效率。

答案:(1)如图所示(或其他合理答案):

(2)逐渐溶解　(3)甲　甲使用了盐桥,可避免作负极的金属直接与溶液中的铜离子反应而造成能量损失

【拓展提高】

9.如图所示装置中,电流表发生偏转,a极逐渐变粗,同时b极逐渐变细,c为电解质溶液,则a、b、c应是下列各组中的 (　　)

A.a是Zn、b是Cu、c为稀硫酸

B.a是Cu、b是Zn、c为稀硫酸

C.a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液

D.a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液

解析:该原电池工作时,a极逐渐变粗,同时b极逐渐变细,说明b极失去电子,是负极,a极上金属离子得电子,是正极,电解质溶液中含有金属阳离子。

答案:D

10.如图所示,X为单质硅,Y为金属铁,a为NaOH溶液,组装成一个原电池,下列说法中正确的是 (　　)

A.X为负极,电极反应为Si-4e-Si4+

B.X为正极,电极反应为4H2O+4e-4OH-+2H2↑

C.X为负极,电极反应为Si+6OH--4e-Si+3H2O

D.Y为负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+

解析:硅、铁、NaOH溶液组成原电池时,Si为负极,电极反应式为Si+6OH--4e-Si+3H2O;铁为正极,电极反应式为4H2O+4e-4OH-+2H2↑,总反应式为Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。

答案:C

11.某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性强弱,他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目。

方案Ⅰ:有人提出将大小相等的铁片和铜片,分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中,观察产生气泡的快慢,据此确定它们的金属活动性强弱。该原理的离子方程式为 　                              。 

方案Ⅱ:有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池,以确定它们的金属活动性强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图,标出原电池的电极材料和电解质溶液,并写出电极反应式。

正极反应式:　              ; 负极反应式:　               。 

方案Ⅲ:结合你所学的知识,帮助他们再设计一个验证Fe、Cu金属活动性强弱的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ思路不同)。

。 

用离子方程式表示其反应原理: 　                          。 

解析:比较或验证金属活动性强弱的方案有很多,可以利用金属与酸反应的难易程度,也可利用原电池原理(负极是较活泼的金属),或金属单质与盐溶液间的置换反应。

答案:方案Ⅰ:Fe+2H+Fe2++H2↑

方案Ⅱ:

2H++2e-H2↑　 Fe-2e-Fe2+

方案Ⅲ:把铁片插入CuSO4溶液中,一段时间后,观察铁片表面是否生成红色物质(或其他合理答案)Fe+Cu2+Cu+Fe2+

【挑战创新】

12.控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-2Fe2++I2设计成如图所示的原电池。

回答下列问题。

(1)反应开始时,乙中石墨电极上发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,盐桥中的阴离子移向　　　　(填“甲”或“乙”)烧杯。 

(2)反应开始时,甲中石墨电极上的电极反应式为　　　　　　　　。 

(3)反应达到化学平衡状态时,电流计指针　　　　(填“发生”或“不发生”)偏转。 

(4)反应达到平衡状态后,向甲中加入FeCl2固体,乙中石墨电极为　　　极。 

解析:(1)由反应可知,开始时乙中石墨为负极,负极上发生氧化反应。盐桥中的阴离子移向乙烧杯(负极)。(2)开始时,甲中石墨电极为正极,Fe3+发生还原反应,电极反应式为Fe3++e-Fe2+。(3)达到平衡状态时,正、逆反应速率相等,则能量转化为0,电流计指针不再偏转。(4)平衡后,甲中加入FeCl2固体,平衡向左移动,则Fe2+失电子,甲中石墨作负极;I2得电子,乙中石墨作正极。

答案:(1)氧化　乙　(2)Fe3++e-Fe2+　(3)不发生　(4)正