2024高中化學(xué)第四章課下能力提升十八原電池含解析新人教版選修4

PAGEPAGE7原電池一、選擇題1．對(duì)于原電池的電極名稱，敘述錯(cuò)誤的是()A．發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極B．正極為電子流入的一極C．比較不活潑的金屬為負(fù)極D．電流流出的一極為正極解析：選C原電池中較活潑的金屬作負(fù)極，流出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，較不活潑金屬或?qū)щ姺墙饘僮髡龢O，流入電子，發(fā)生還原反應(yīng)。2．某同學(xué)依據(jù)離子方程式2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋設(shè)計(jì)原電池。下列設(shè)計(jì)方案中可行的是()A．電極材料為鐵和鋅，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B．電極材料為鐵和銅，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液C．電極材料為鐵和石墨，電解質(zhì)溶液為FeCl2溶液D．電極材料均為石墨，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液解析：選B依據(jù)題給離子方程式和化合價(jià)改變可推斷，F(xiàn)e失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，即負(fù)極材料為Fe，解除D項(xiàng)；Fe3＋在正極發(fā)生還原反應(yīng)，即電解質(zhì)溶液中含有Fe3＋，解除C項(xiàng)；由于活動(dòng)性：Zn>Fe，解除A項(xiàng)；活動(dòng)性：Fe>Cu，且Fe(NO3)3為電解質(zhì)溶液，B項(xiàng)可行。3．在如圖所示的水果電池中，外電路上的電流從X電極流向Y電極。若X為鐵，則Y可能是()A．鋅B．石墨C．銀D．銅解析：選A電流的方向與電子的移動(dòng)方向相反，由已知條件知電子由Y電極流向X電極，因此Y電極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鐵，故Y電極只能為選項(xiàng)中的鋅。4．原電池的電極反應(yīng)式不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法錯(cuò)誤的是()A．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋B．由Al、Cu、稀硫酸組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－=Al3＋C．由Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2OD．由Al、Cu、濃硝酸組成的原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋解析：選A鐵比銅活潑，鐵作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，故A錯(cuò)誤；鋁比銅活潑，鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Al－3e－=Al3＋，故B正確；雖然鎂比鋁活潑，但鎂不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，因此鋁作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O，故C正確；Al與濃硝酸發(fā)生鈍化反應(yīng)，則銅作負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，故D正確。5．298K時(shí)，在FeCl3溶液中加少量鋅粒后，F(xiàn)e3＋被還原成Fe2＋，據(jù)此某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池裝置。下列有關(guān)說法正確的是()A．正極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋B．左邊燒杯中溶液的紅色變淺C．Pt電極上有氣泡出現(xiàn)D．該電池的總反應(yīng)為3Zn＋2Fe3＋=3Zn2＋＋2Fe解析：選B在負(fù)極Zn失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；Fe3＋在正極得電子被還原為Fe2＋，溶液紅色變淺，故B正確；鉑電極上Fe3＋被還原為Fe2＋，沒有氣體生成，故C錯(cuò)誤；該電池總反應(yīng)為Zn＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Zn2＋，沒有鐵單質(zhì)生成，故D錯(cuò)誤。6．可以將反應(yīng)Zn＋Br2=ZnBr2設(shè)計(jì)成原電池，下列4個(gè)電極反應(yīng)：①Br2＋2e－=2Br－②2Br－－2e－=Br2③Zn－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③B．②和①C．③和①D．④和①解析：選C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。7．如圖是某校試驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的一套原電池裝置，下列有關(guān)描述不正確的是()A．此裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷．石墨電極的反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．電子由Cu電極經(jīng)導(dǎo)線流向石墨電極D．電池的總反應(yīng)式：2Cu＋O2＋4HCl=2CuCl2＋2H2O解析：選B該裝置是原電池裝置，可以把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；石墨電極通入的是氧氣，氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液為鹽酸，所以電極反應(yīng)式是O2＋4e－＋4H＋=2H2O，B錯(cuò)誤；因?yàn)槭姌O發(fā)生還原反應(yīng)，所以石墨作正極，則Cu作負(fù)極，電子由負(fù)極(Cu電極)經(jīng)導(dǎo)線流向正極(石墨電極)，C正確；該電池的負(fù)極反應(yīng)是Cu失去電子生成Cu2＋，所以電池的總反應(yīng)式為2Cu＋O2＋4HCl=2CuCl2＋2H2O，D正確。8．[雙選]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，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是()A．外電路的電流方向?yàn)閄→外電路→YB．若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為碳棒，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，則它們的活動(dòng)性依次為X>Y解析：選CD由圖示電子流向知X為負(fù)極，Y為正極，則電流方向?yàn)閅→外電路→X，A錯(cuò)誤；若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為Fe，Y為碳棒，B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正確；若兩電極均為金屬，活潑金屬作負(fù)極，故有活動(dòng)性依次X>Y，D正確。9．向等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b中分別加入過量的稀硫酸，同時(shí)向a中加少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系如圖所示，正確的是()解析：選AZn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，反應(yīng)速率較快，若向a中加入少量的CuSO4溶液，則有：Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4，消耗一部分Zn，生成的Cu附于Zn上，又構(gòu)成多數(shù)微小的Cu-Zn原電池，加快了Zn的反應(yīng)速率，所以Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，加入CuSO4則反應(yīng)速率加快，應(yīng)先反應(yīng)完，但因Cu2＋消耗了肯定量的Zn，生成H2的量要小于b。10.如圖所示裝置中，視察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此推斷下表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是()選項(xiàng)MNPAZnCu稀硫酸BCuFe稀鹽酸CAgZn硝酸銀溶液DZnFe硝酸鐵溶液解析：選C從題設(shè)條件，M棒變粗，N棒變細(xì)分析：M棒為原電池正極，N棒為原電池負(fù)極；N棒金屬材料的活潑性要大于M棒材料的活潑性；電解質(zhì)溶液中所含陽離子必需能在M棒上析出。只有C項(xiàng)符合，負(fù)極材料Zn溶解，N棒變細(xì)；Ag＋被還原，Ag單質(zhì)在正極材料Ag表面析出，M棒變粗。11．把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極。c、d相連時(shí)，電流由d到c。a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡。b、d相連時(shí)，b極上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性依次由強(qiáng)到弱的為()A．a(chǎn)＞b＞c＞dB．a(chǎn)＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a解析：選B依據(jù)原電池原理，作為負(fù)極的金屬的活動(dòng)性比正極金屬的活動(dòng)性強(qiáng)。電子流淌方向是由負(fù)極流向正極，電流方向與電子流淌方向相反，溶液中的H＋在正極上得電子生成H2，因此可依次作出如下推斷：活動(dòng)性a＞b，c＞d，a＞c，d＞b，綜合得到結(jié)論：金屬活動(dòng)性依次為a＞c＞d＞b，所以B項(xiàng)正確。12．如圖所示，甲和乙均是雙液原電池裝置。推斷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)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．乙電池中有1mol電子通過外電路時(shí)，正極有108gAg析出解析：選B依據(jù)甲、乙裝置分析可知A項(xiàng)正確，且可推知Cd的活潑性強(qiáng)于Ag，故Ag不能置換出Cd，B項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題13．為了避開鋅片與Cu2＋干脆接觸發(fā)生反應(yīng)而影響原電池的放電效率，有人設(shè)計(jì)了如圖所示裝置，按要求完成以下填空：(1)此裝置工作時(shí)，可以視察到的現(xiàn)象是________________________________________，電池總反應(yīng)式為____________________________________。(2)以上電池中，鋅和鋅鹽溶液組成________，銅和銅鹽溶液組成________，中間通過鹽橋連接起來。(3)電池工作時(shí)，硫酸鋅溶液中SOeq\o\al(2－,4)向________移動(dòng)，硫酸銅溶液中SOeq\o\al(2－,4)向________移動(dòng)。(4)此鹽橋內(nèi)為飽和KCl溶液，鹽橋是通過________移動(dòng)來導(dǎo)電的。在工作時(shí)，K＋移向________。解析：該裝置為鋅銅原電池，總反應(yīng)式為Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋，電池工作時(shí)，視察到①電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，②鋅片不斷溶解，③銅片上有紅色物質(zhì)析出，其中Zn與ZnSO4溶液組成鋅半電池，Cu與CuSO4溶液組成銅半電池。電池工作時(shí)，ZnSO4溶液中SOeq\o\al(2－,4)向負(fù)極(鋅電極)移動(dòng)，CuSO4溶液中SOeq\o\al(2－,4)向鹽橋移動(dòng)，而鹽橋中，K＋向正極區(qū)(CuSO4溶液)移動(dòng)，Cl－向負(fù)極區(qū)(ZnSO4溶液)移動(dòng)，這樣靠離子的移動(dòng)形成閉合回路而導(dǎo)電。答案：(1)電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片漸漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)析出Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu(2)鋅半電池銅半電池(3)鋅電極鹽橋(4)離子正極區(qū)(CuSO4溶液)14．A、B、C、D四種金屬按下表中的裝置圖進(jìn)行試驗(yàn)。裝置現(xiàn)象二價(jià)金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣泡產(chǎn)生依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)是_________________________________________。(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)是_________________________________________。(3)裝置丙中溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的依次是________________________________________________________________________。解析：甲、乙、丙均為原電池裝置。依據(jù)原電池原理，甲中A不斷溶解，則A為負(fù)極、B為正極，活潑性：A>B；乙中C極質(zhì)量增加，即析出Cu，則B為負(fù)極，活潑性：B>C；丙中A上有氣體即H2產(chǎn)生，則A為正極，活潑性：D>A，隨著H＋的消耗，溶液pH漸漸變大。答案：(1)A－2e－=A2＋(2)Cu2＋＋2e－=Cu(3)變大(4)D>A>B>C15．依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，設(shè)計(jì)一個(gè)最簡潔的原電池。(1)在下邊方框內(nèi)畫出試驗(yàn)裝置圖，并指出正極為________，電極反應(yīng)式為__________________________________________________；負(fù)極為________，電極反應(yīng)式為__________________________________________________。(2)該反應(yīng)還可設(shè)計(jì)成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如圖所示：請(qǐng)回答下列問題：①電極X的材料是________，Y的材料是________，電解質(zhì)溶液Z是________。②鹽橋的作用是___________________________________________。③外電路中的電子是從________電極流向________電極。解析：(1)依據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Cu－2e－=Cu2＋，2Ag＋＋2e－=2Ag；然后結(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)當(dāng)用Cu作材料，正極要保證Ag＋得到負(fù)極失去的電子，電解質(zhì)溶液只能用含Ag＋的電解質(zhì)溶液，如AgNO3溶液。而正極材料的活潑性比Cu弱。(2)在考慮帶鹽橋的原電池中的半電池的組成時(shí)，留意電極材料與溶液中的離子一般要相對(duì)應(yīng)，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。答案：(1)試驗(yàn)裝置圖如圖：Pt(合理即可)2Ag＋＋2e－=2AgCuCu－2e－=Cu2＋(2)①CuAgAgNO3②將兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，形成閉合回路③CuAg[實(shí)力提升]16．由鋅片、銅片和200mL稀H2SO4組成的原電池如圖所示。(1)原電池的負(fù)極反應(yīng)式是_______________________________________________，正極反應(yīng)式是_____________________________________________________。(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)狀況下)氣體時(shí)，H2SO4恰好消耗一半。則產(chǎn)生這些氣體的同時(shí)，共消耗________g鋅，有________個(gè)電子通過了導(dǎo)線，原硫酸的物質(zhì)的量濃度是______________。解析：產(chǎn)生eq\f(1.68L,22.4L·mol－1)＝0.075molH2，通過0.075mol×2＝0.15mol電子，消耗0.075molZn和0.075molH2SO4。所以m(Zn)＝0.075mol×65g·mol－1＝4.875g，N(e－)＝0.15mol×6.02×1023mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝eq\f(0.075mol×2,0.2L)＝0.75mol·L－1。答案：(1)Zn－2e－=Zn2＋2H＋＋2e