第1課時(shí) 原電池的工作原理
基礎(chǔ)鞏固
1.下列有關(guān)原電池的說(shuō)法中正確的是( )。
A.在外電路中電子由正極流向負(fù)極
B.在原電池中,只能用金屬鋅作負(fù)極
C.原電池工作時(shí),陽(yáng)離子向正極方向移動(dòng)
D.原電池工作時(shí),正極發(fā)生氧化反應(yīng)
答案:C
解析:在原電池外電路中,電子從負(fù)極流向正極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池中一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極,而不一定是鋅,B項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng),在正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.下列反應(yīng)可用于設(shè)計(jì)原電池的是( )。
A.H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2↓+2NH3↑
D.NaCl+AgNO3NaNO3+AgCl↓
答案:B
解析:只有氧化還原反應(yīng)才能用于設(shè)計(jì)原電池,B項(xiàng)反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移,是氧化還原反應(yīng)。
3.如圖所示,鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂。下列有關(guān)原電池的敘述中正確的是( )。
A.銅片上發(fā)生氧化反應(yīng)
B.取出鹽橋后,電流計(jì)指針依然發(fā)生偏轉(zhuǎn)
C.反應(yīng)中,鹽橋中的K+會(huì)移向CuSO4溶液
D.反應(yīng)前后銅片質(zhì)量不改變
答案:C
解析:左側(cè)Cu2+放電,發(fā)生還原反應(yīng),銅電極上有銅析出,銅片質(zhì)量增大,A項(xiàng)、D項(xiàng)錯(cuò)誤;取出鹽橋后,不能形成閉合回路,無(wú)電流,指針不偏轉(zhuǎn),B項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池中,鹽橋中陽(yáng)離子向正極遷移,C項(xiàng)正確。
4.某原電池反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H+Fe2++H2↑,下列說(shuō)法中正確的是( )。
A.可用HNO3溶液作電解質(zhì)溶液
B.可用鋅作原電池正極
C.可用鐵作負(fù)極,用CH3COOH溶液作電解質(zhì)溶液
D.可用銅作原電池正極
答案:D
解析:由電池反應(yīng)的離子方程式知,電池的負(fù)極為鐵,正極可以是比鐵活動(dòng)性弱的金屬或石墨,B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;根據(jù)離子方程式,若用CH3COOH溶液,CH3COOH應(yīng)寫(xiě)化學(xué)式,若用HNO3溶液不會(huì)生成氫氣,A項(xiàng)、C項(xiàng)錯(cuò)誤。
5.下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是( )。
A.構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種活動(dòng)性不同的金屬
B.鹽橋中的電解質(zhì)可以保持兩半電池中的電荷平衡
C.在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極,該電極被還原
D.原電池放電時(shí),電流的方向是從負(fù)極到正極
答案:B
解析:電極材料可由金屬構(gòu)成,也可由能導(dǎo)電的非金屬和金屬材料構(gòu)成,A項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池中電子流出的一極為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化,C項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池放電,電流從正極流向負(fù)極,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
6.把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬板浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線兩兩相連,可以形成原電池。若a、b相連時(shí),a為負(fù)極;c、d相連時(shí),c溶解;a、c相連時(shí),c極上產(chǎn)生大量氣泡;b、d相連時(shí),b極上產(chǎn)生大量氣泡。四種金屬的活動(dòng)性順序是( )。
A.a>c>d>b
B.c>a>b>d
C.a>c>b>d
D.c>a>d>b
答案:A
解析:根據(jù)原電池原理比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極,被氧化溶解;活動(dòng)性較弱的金屬為正極,產(chǎn)生氣泡或析出金屬。所以,四種金屬的活動(dòng)性順序是a>c>d>b。
7.下列裝置屬于原電池的是( )。
答案:A
解析:B項(xiàng)中乙醇不是電解質(zhì);C項(xiàng)裝置不構(gòu)成閉合回路;D項(xiàng)兩極材料活動(dòng)性相同。
8.課堂學(xué)習(xí)中,同學(xué)們利用鋁條、鋅片、銅片、導(dǎo)線、電流計(jì)、橙汁、燒杯等用品探究原電池的組成。下列結(jié)論錯(cuò)誤的是( )。
A.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置
B.原電池由電極、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)線等組成
C.圖中a極為鋁條、b極為鋅片時(shí),導(dǎo)線中會(huì)產(chǎn)生電流
D.圖中a極為鋅片、b極為銅片時(shí),電子由銅片通過(guò)導(dǎo)線流向鋅片
答案:D
解析:a極為鋅片、b極為銅片時(shí),a極為負(fù)極,電子由負(fù)極(鋅片)流向銅片,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
9.用鐵片與稀硫酸反應(yīng)制氫氣時(shí),下列不能使氫氣生成速率增大的是( )。
A.加熱
B.不用稀硫酸,改用98%濃硫酸
C.加少量硫酸銅溶液
D.不用鐵片,改用鐵粉
答案:B
解析:加熱(升高溫度),使用鐵粉(增大固體反應(yīng)物的接觸面積),都能增大化學(xué)反應(yīng)速率,A項(xiàng)、D項(xiàng)正確;常溫下鐵在濃硫酸中發(fā)生鈍化,不產(chǎn)生氫氣,B項(xiàng)錯(cuò)誤;加入少量硫酸銅溶液,發(fā)生反應(yīng)Cu2++FeCu+Fe2+,銅、鐵、稀硫酸組成原電池,增大了鐵片與稀硫酸反應(yīng)制氫氣的速率,C項(xiàng)正確。
10.利用反應(yīng)Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。
(1)畫(huà)出原電池裝置圖。
(2)指出所用電極材料,并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。
答案:(1)實(shí)驗(yàn)裝置圖如下:
(2)正極為石墨棒,電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-2Fe2+;負(fù)極為銅棒,電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+。
解析:將電池總反應(yīng)Cu+2FeCl3CuCl2+2FeCl2拆分為兩個(gè)半反應(yīng):
Cu-2e-Cu2+(氧化反應(yīng))和2Fe3++2e-2Fe2+(還原反應(yīng));結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)分析可知,該電池的負(fù)極應(yīng)用Cu,則正極所用材料活動(dòng)性應(yīng)比Cu弱,如石墨棒;為保證Fe3+在正極得電子,則電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液。
能力提升
1.圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說(shuō)法不正確的是( )。
A.甲中電池總反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)+C2+(aq)C(s)+Cd2+(aq)
B.反應(yīng)2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)能夠發(fā)生
C.鹽橋的作用是形成閉合回路,并使兩邊溶液保持電中性
D.乙中有1 ml電子通過(guò)外電路時(shí),正極有108 g Ag析出
答案:B
解析:由圖甲可知,Cd的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于C,由圖乙可知,C的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于Ag,即Cd的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于Ag,故Ag不能置換出Cd,B項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.如圖,由鋅、銅、稀硫酸組成的原電池裝置中,當(dāng)導(dǎo)線中有0.2 ml電子通過(guò)時(shí),下列變化分析正確的是( )。
A.銅片質(zhì)量增大6.4 g
B.硫酸的濃度減小0.1 ml·L-1
C.銅片上析出2.24 L H2
D.鋅片質(zhì)量減小6.5 g
答案:D
解析:鋅、銅、稀硫酸組成的原電池裝置中,鋅作負(fù)極,銅作正極,轉(zhuǎn)移0.2 ml電子,鋅片溶解6.5 g,銅片上析出氫氣0.2 g,沒(méi)有給出氣體所處的溫度和壓強(qiáng),析出的氫氣不一定是2.24 L,A項(xiàng)、C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。溶液中參加反應(yīng)的H2SO4為0.1 ml,溶液體積未知,不能確定硫酸的濃度,B項(xiàng)錯(cuò)誤。
3.已知可逆反應(yīng):AsO43-+2I-+2H+AsO33-+I2+H2O。
(Ⅰ)如圖所示,若向B中逐滴加入濃鹽酸,發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)。
(Ⅱ)若改用向B中滴加40%的NaOH溶液,發(fā)現(xiàn)電流表指針與(Ⅰ)中偏轉(zhuǎn)方向相反。
請(qǐng)回答下列問(wèn)題。
(1)兩次操作中電流表指針為什么會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)?
。
(2)兩次操作過(guò)程中電流表指針偏轉(zhuǎn)方向?yàn)槭裁聪喾?
。
(3)操作(Ⅰ)中,石墨棒1上的電極反應(yīng)式為
。
(4)操作(Ⅱ)中,石墨棒2上的電極反應(yīng)式為
。
答案:(1)兩次操作中均發(fā)生原電池反應(yīng),所以電流表指針均發(fā)生偏轉(zhuǎn)
(2)兩次操作中,電極相反,電子流向相反,因而電流表指針偏轉(zhuǎn)方向相反
(3)2I--2e-I2
(4)AsO33-+2OH--2e-AsO43-+H2O
解析:(Ⅰ)滴入濃鹽酸,溶液中c(H+)增大,AsO43-+2I-+2H+AsO33-+I2+H2O平衡正向移動(dòng),I-失去電子變?yōu)镮2,石墨棒1上電子流出,并沿外電路流向石墨棒2,AsO43-得電子變?yōu)锳sO33-。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH溶液將H+中和,溶液中c(H+)減小,AsO43-+2I-+2H+AsO33-+I2+H2O平衡逆向移動(dòng),石墨棒2上電子流出,并沿外電路流向石墨棒1,I2轉(zhuǎn)化為I-,AsO33-轉(zhuǎn)化為AsO43-。
4.有甲、乙兩位同學(xué)均想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序,兩人均使用鎂片與鋁片作電極,但甲同學(xué)將電極放入6 ml·L-1的H2SO4溶液中,乙同學(xué)將電極放入6 ml·L-1的NaOH溶液中,如下圖所示:
(1)寫(xiě)出A池中負(fù)極的電極反應(yīng)式: 。
(2)寫(xiě)出B池中負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的離子方程式。負(fù)極: ;總反應(yīng)的離子方程式: 。
(3)如果甲、乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“組成原電池的電極材料如果都是金屬,則組成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比組成正極材料的金屬活動(dòng)性強(qiáng)”,則甲會(huì)判斷出 活動(dòng)性更強(qiáng),而乙會(huì)判斷出 活動(dòng)性更強(qiáng)。(填寫(xiě)元素符號(hào))
(4)根據(jù)該實(shí)驗(yàn)可得出的正確結(jié)論有 。
A.利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序時(shí)應(yīng)考慮選擇合適的電解質(zhì)溶液
B.鎂的金屬活動(dòng)性不一定比鋁的金屬活動(dòng)性強(qiáng)
C.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金屬活動(dòng)性順序已過(guò)時(shí),需要修正
D.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明化學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜,反應(yīng)受條件的影響較大,應(yīng)具體問(wèn)題具體分析
(5)丙同學(xué)依據(jù)甲、乙同學(xué)的思路,設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn):
將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連,C組插入濃硝酸中,D組插入稀NaOH溶液中,分別形成了原電池。
①在這兩個(gè)原電池中,C組負(fù)極為 ,D組負(fù)極為 。
②寫(xiě)出C組中形成原電池的電極反應(yīng)式。
負(fù)極: ,
正極: 。
答案:(1)Mg-2e-Mg2+
(2)2Al+8OH--6e-2[Al(OH)4]- 2Al+2OH-+6H2O2[Al(OH)4]-+3H2↑
(3)Mg Al
(4)AD
(5)①銅片 鋁片 ②Cu-2e-Cu2+ 2NO3-+4H++2e-2NO2↑+2H2O
解析:A中Mg作負(fù)極,B中Al作負(fù)極。同理,鋁片和銅片插入濃硝酸中,常溫下Al發(fā)生鈍化,銅片作負(fù)極;鋁片和銅片插入稀NaOH溶液中,鋁與NaOH溶液反應(yīng)而銅不反應(yīng),鋁作負(fù)極。

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