高中化学选修4化学反应与原理配套练习第四章第一节.docx
《高中化学选修4化学反应与原理配套练习第四章第一节.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学选修4化学反应与原理配套练习第四章第一节.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高中化学选修4化学反应与原理配套练习第四章第一节
第一节 原电池
[学习目标定位] 1.以铜锌原电池为例,熟悉原电池的工作原理。
2.会正确判断原电池的正极和负极。
3.掌握原电池电极反应式的书写方法。
一 原电池的工作原理
1.按下图所示装置,完成实验并回答下列问题：
（1）有关的实验现象是①锌片溶解,铜片加厚变亮,CuSO4溶液颜色变浅；②电流表的指针发生偏转,装置中的能量变化是化学能转化为电能。
该装置称作原电池。
（2）原电池构成的条件：
具有活动性不同的两个电极,二者直接或间接地连在一起,插入电解质溶液中,且能自发地发生氧化还原反应。
下列图示装置能形成原电池的是AD。
（3）电子流动方向和电流方向
①外电路：
电子由锌电极经过导线流向铜电极,电流由铜电极流向锌电极。
锌电极为负极,铜电极为正极。
②内电路：
阳离子移向正极,阴离子移向负极。
（4）电极反应：
负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋,发生氧化反应；正极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu,发生还原反应；电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
2.按下图所示装置完成实验,并回答下列问题：
（1）实验过程中,能观察到的实验现象是①锌片溶解,铜片加厚变亮；②电流表指针发生偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。
（2）离子移动方向
①硫酸锌溶液中：
Zn2＋向盐桥移动；
②硫酸铜溶液中：
Cu2＋向铜极移动；
③盐桥中：
K＋移向正极区（CuSO4溶液）,Cl－移向负极区（ZnSO4溶液）。
（3）若取出装置中的盐桥,电流表的指针是否还会发生偏转？
为什么？
答案 不偏转。
如果要使电流表指针发生偏转,则该装置中必须形成闭合回路。
若取出盐桥,很显然该装置未构成闭合回路,电流表指针不会发生偏转。
3.实验结论：
与问题1中的原电池装置相比较,问题2中双液原电池具有的特点：
（1）具有盐桥。
取下盐桥,无法形成闭合回路,反应不能进行,可控制原电池反应的进行。
（2）两个半电池完全隔开,Cu2＋无法移向锌片,可以获得单纯的电极反应,有利于最大程度地将化学能转化为电能。
1.原电池原理
原电池原理是将氧化反应和还原反应分开进行,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,电子通过导线流向正极,氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。
2.原电池电极及电极反应特点
（1）负极为电子流出极,相对活泼,通常是活动性较强的金属或某些还原剂,电极被氧化,发生氧化反应。
（2）正极为电子流入极,相对不活泼,通常是活动性较差的金属或非金属导体,一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原,发生还原反应。
3.原电池的设计
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。
（1）电解质溶液：
一般能与负极反应,或者溶解在溶液中的物质（如O2）与负极反应。
（2）电极材料：
一般较活泼的金属作负极,较不活泼的金属或非金属导体作正极。
1.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,关于该装置的下列说法正确的是（ ）
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为FeC.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序为X>Y
答案 D
解析 由图示电子流向知X为负极,Y为正极,则电流方向为Y→外电路→X,故A错；若两电极分别为Fe和碳棒,则X为Fe,Y为碳棒,B错；负极上失去电子发生氧化反应,正极上得到电子发生还原反应,C错；若两电极均为金属,活泼金属作负极,故有活动性X>Y。
2.关于下图所示的原电池,下列说法正确的是（ ）
A.电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应,其电极反应是2H＋＋2e－===H2↑
D.取出盐桥后,电流表仍会偏转,铜电极在反应前后质量不变
答案 A
解析 锌片作负极,铜片作正极,电子从负极流向正极,A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动,B选项错误；负极发生氧化反应,正极发生还原反应,铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu,C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池,铜电极在反应后质量增加,D选项错误。
二 原电池的电极判断及电极反应式的书写
1.原电池电极（正极、负极）的判断依据有多种。
试填写下表：
判断依据
正极
负极
电极材料
不活泼金属或非金属导体
活泼金属
电子流向
电子流入
电子流出
电极反应
还原反应
氧化反应
电极现象
电极增重或产生气体
电极减轻
离子移向
阳离子移向
阴离子移向
2.将铁片、铜片用导线连接后,置于稀硫酸中,形成原电池,其正极反应式：
________________________________________________________________________；
负极反应式：
____________________________________；
总反应方程式：
________________________________________。
答案 2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
3.有一纽扣电池,其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液,电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2。
（1）Zn发生________反应,是_____________________________________________________极,电极反应式是________________________________________________。
（2）Ag2O发生________反应,是______极,电极反应式是___________________________。
答案
（1）氧化 负 Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2
（2）还原 正 Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
1.一般电极反应式的书写方法
（1）定电极,标得失。
按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应产物,找出得失电子的数量。
（2）看环境,配守恒。
电极产物在电解质溶液中应能稳定存在,如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。
电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
（3）两式加,验总式。
两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证。
2.已知总反应式,书写电极反应式
（1）分析化合价,确定正极、负极的反应物与反应产物。
（2）在电极反应式的左边写出得失电子数,使得失电子守恒。
（3）根据质量守恒配平电极反应式。
（4）
＝
－
。
3.某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋,能实现该反应的原电池是（ ）
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Fe
FeCl3溶液
B
C
Fe
Fe（NO3）2溶液
C
Fe
Zn
Fe2（SO4）3溶液
D
Ag
Fe
CuSO4溶液
答案 A
解析 能实现反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋的原电池应符合以下条件：
①负极为Fe,正极材料的活泼性比Fe差；②电解质溶液应为含Fe3＋的溶液,B、D两项电解质溶液选错；C项负极材料选错。
4.设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋,在方框中画出能形成稳定电流的装置图（标出电极材料、电解质溶液）。
负极：
________,电极反应：
______________________________________________。
正极：
________,电极反应：
________________________________________________。
答案
（答案合理即可）
Zn Zn－2e－===Zn2＋ Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
解析 由题意知所要求设计的装置图中有盐桥,分析元素化合价的变化可知,Zn为负极,比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极,选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。
技巧点拨 原电池的设计方法——“两极一液一连线”
（1）根据电池总反应式写出电极反应式。
（2）电极材料的选择：
电池的电极必须导电。
一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料,所以正极和负极不能用同一种材料,两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。
（3）电解质溶液的选择
电解质溶液是为正极提供放电的物质,一般能够与负极发生反应。
（4）形成闭合回路。
1.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是（ ）
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
C.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
答案 C
解析 图甲是一个原电池装置,负极（Zn）：
Zn－2e－===Zn2＋,正极（Cu）：
2H＋＋2e－===H2↑,形成原电池能加快产生氢气的速率；图乙中,Zn直接与稀H2SO4反应生成H2：
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑,甲、乙两烧杯中H＋均被消耗,溶液的pH均增大。
2.图1是铜锌原电池示意图。
图2中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示（ ）
A.铜棒的质量B.c（Zn2＋）
C.c（H＋）D.c（SO
）
答案 C
解析 该装置构成原电池,Zn是负极,Cu是正极。
A项,在正极Cu上,溶液中的H＋获得电子变为氢气,Cu棒的质量不变,错误；B项,由于Zn是负极,不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋,所以溶液中c（Zn2＋）增大,错误；C项,由于反应不断消耗H＋,所以溶液中的c（H＋）逐渐降低,正确；D项,SO
不参加反应,其浓度不变,错误。
3.用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂－KNO3的U形管）构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作 ④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①②B.②③
C.②④D.③④
答案 C
解析 铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池,Cu作负极,Ag作正极,电极反应为Cu－2e－===Cu2＋（负极）,2Ag＋＋2e－===2Ag（正极）,盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用,电子是由负极流向正极,电流的方向和电子的流向相反。
因此①③错误,②④正确。
4.分析如图所示的四个原电池装置,下列结论正确的是（ ）
A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极
B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C.③中Fe作负极
D.④中Cu作正极,电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 B
解析 电解质溶液不同,导致两极反应发生改变。
当稀硫酸是电解质溶液时,Mg作负极（活动性Mg＞Al）；当NaOH溶液是电解质溶液时,Al作负极（Mg不与NaOH溶液反应）；③中Cu作负极,反应式为Cu－2e－===Cu2＋,Fe作正极,因为常温下,Fe遇浓硝酸发生钝化；④中Cu作正极,电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
5.
（1）向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀H2SO4,同时向a中加入少量CuSO4溶液,下列产生氢气的体积（V）与时间（t）的关系基本正确的是________。
（2）甲、乙两个烧杯中盛有等体积等浓度的两份稀H2SO4,分别加入足量的锌粒,要保证产生H2的量不变而使甲烧杯中的反应速率减慢、乙烧杯中的反应速率加快,可向甲烧杯中加入的一种盐是________（写化学式,下同）,向乙烧杯中加入的一种盐是________。
答案
（1）A
（2）CH3COONa（或HCOOK等） CuSO4（或CuCl2等）
解析
（1）Zn粉的质量相等、H2SO4过量,H2的量由Zn粉的量决定。
a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn－Cu－H2SO4”原电池,反应速率加快了,但产生H2的体积减小了。
（2）向甲中加入一种盐使V（H2）不变而反应速率减慢,应使c（H＋）减小而H＋的总量不变,加入CH3COONa等弱酸盐最合适,但不能加入Na2CO3、NaHCO3、Na2S等盐,因为它们与H2SO4反应产生气体而使H2的量减少；欲加快反应速率,可加入CuCl2、CuSO4等盐,因为Zn粉足量,所以不影响产生H2的量,但不能加入Cu（NO3）2,因为若加入Cu（NO3）2,溶液中就有了H＋、NO
与Zn反应不产生H2。
6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C极质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
（1）装置甲中负极的电极反应式是________________________________。
（2）装置乙中正极的电极反应式是___________________________________________。
（3）装置丙中溶液的pH________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
（4）四种金属活动性由强到弱的顺序是____________________________________。
答案
（1）A－2e－===A2＋
（2）Cu2＋＋2e－===Cu
（3）变大 （4）D＞A＞B＞C
解析 甲、乙、丙均为原电池装置。
依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性A＞B；乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性B＞C；丙中A上有气泡即H2产生,则A为正极,活动性D＞A,随着H＋的消耗,pH变大。
[基础过关]
题组1 原电池的工作原理
1.下列说法正确的是（ ）
A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应
B.原电池中,电流的方向是负极－导线－正极
C.双液原电池中的盐桥是为了联通电路,所以也可以用金属导线代替
D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
答案 D
解析 A项,负极上发生氧化反应；B项,电流的方向应是正极－导线－负极；C项,盐桥不能用导线代替。
2.某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑,则下列说法中正确的是（ ）
A.用HNO3作电解质溶液
B.用锌作原电池正极
C.用铁作负极,铁的质量不变
D.用铜作原电池正极
答案 D
解析 根据原电池反应式可以确定原电池负极为Fe,电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸,但不能为HNO3,若为稀HNO3,则原电池反应为3Fe＋8H＋＋2NO
===2NO↑＋3Fe2＋＋4H2O。
3.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是（ ）
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c（SO
）减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu,错误；B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c（SO
）不变,错误；C项,在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu,同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中,由于M（Zn2＋）>M（Cu2＋）,故乙池溶液的总质量增加,正确；D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
4.一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu,该反应的原电池正确组合是（ ）
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Fe
负极
Cu
Zn
Zn
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
HCl
答案 C
解析 该原电池负极为Zn,正极为比Zn不活泼的金属或石墨等,电解质溶液中含有Cu2＋,故只有C选项正确。
题组2 原电池的应用
5.根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是（ ）
A.2Ag（s）＋Cd2＋（aq）===2Ag＋（aq）＋Cd（s）
B.Co2＋（aq）＋Cd（s）===Co（s）＋Cd2＋（aq）
C.2Ag＋（aq）＋Cd（s）===2Ag（s）＋Cd2＋（aq）
D.2Ag＋（aq）＋Co（s）===2Ag（s）＋Co2＋（aq）
答案 A
解析 根据原电池知识,金属活动性：
负极＞正极,可得三种金属的活动性顺序应为Cd＞Co＞Ag,则选项中符合此关系的置换反应成立。
6.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象
a极质量减小
b极质量增加
b极有气泡产生
c极无变化
实验装置
部分实验现象
d极溶解
c极有气泡产生
电流从a极
流向d极
由此判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A.a>b>c>dB.b>c>d>a
C.d>a>b>cD.a>b>d>c
答案 C
解析 由第一个装置a极溶解,故a为负极,可知金属活动性a>b,第二个装置依据金属活动顺序可知金属活动性b>c；同理第三个装置d极溶解可知d极为负极,金属活动性d>c,由第四个装置电流从a极流向d极,则电子从d极流向a极,故金属活动性d>a,则选项C符合题意。
7.下列叙述正确的是（ ）
A.反应AlCl3＋4NaOH===NaAlO2＋3NaCl＋2H2O可以设计成原电池
B.Zn和稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C.把Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,观察到Cu片上产生大量气泡,说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D.Zn－Cu原电池工作过程中,溶液中H＋向负极作定向移动
答案 B
解析 A项,属非氧化还原反应,不能用于设计原电池；B项,锌与置换出来的铜在电解质溶液中形成原电池,加快产生H2的速率；C项,构成原电池,负极Fe－2e－===Fe2＋,正极2H＋＋2e－===H2↑；D项,H＋向原电池的正极作定向移动。
8.Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池,电池方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。
有关该电池的说法正确的是（ ）
A.可用于海上照明供电
B.负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C.Mg为电池的正极
D.AgCl为正极,发生了氧化反应
答案 A
解析 Mg－AgCl电池工作时将化学能转化为电能,可用于海上照明供电,A项正确；该电池中Mg发生氧化反应作电池的负极,反应式为Mg－2e－===Mg2＋,B、C项不正确；AgCl发生还原反应,为电池正极,D项不正确。
9.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池。
某种锂电池的总反应方程式为Li＋MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是（ ）
A.Li是正极,电极反应式为Li－e－===Li＋
B.Li是负极,电极反应式为Li－e－===Li＋
C.MnO2是负极,电极反应式为MnO2＋e－===MnO
D.Li是负极,电极反应式为Li－2e－===Li2＋
答案 B
解析 由总反应方程式
i＋
nO2===
nO2可知,Li元素在反应后化合价升高（0→＋1）,Mn元素在反应后化合价降低（＋4→＋3）。
Li被氧化,在电池中作负极,电极反应为Li－e－===Li＋,MnO2在正极上反应,电极反应为MnO2＋e－===MnO
。
[能力提升]
10.由锌片、铜片和200mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。
（1）原电池的负极反应式为_______________________________________,
正极反应式为___________________________________________。
（2）电流的方向是________。
（3）一段时间后,当在铜片上放出1.68L（标准状况）气体时,H2SO4恰好消耗一半。
则产生这些气体的同时,共消耗________g锌,有________个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是________。
答案
（1）Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
（2）由Cu极流向Zn极
（3）4.875 9.03×1022 0.75mol·L－1
解析 （3）产生0.075molH2,通过0.075×2＝0.15（mol）电子,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）＝
＝0.75mol·L－1。
11.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池,如图1所示：
图1 图2
（1）若A为稀盐酸,则Al片作________极,该电极的电极反应式为________________________,Cu片电极反应式为__________________________________________。
（2）若A为NaOH,则Al片作________极,该电极的电极反应式为____________________。
（3）若A为稀HNO3,则Cu片作________极,该电极的电极反应式为_________________。
答案
（1）负 Al－3e－===Al3＋ 2H＋＋2e－===H2↑
（2）负 Al＋4OH－－3e－===AlO
＋2H2O
（3）正 NO
＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O
解析
（1）Cu－Al－盐酸构成的原电池,Al作负极,电极反应式为Al－3e－===Al3＋；Cu作正极,电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
（2）Al－Cu－NaOH溶液构成的原电池,Al作负极,电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO
＋2H2O,Cu作正极,电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
（3）Al－Cu－稀HNO3构成的原电池,Al片作负极,Cu片作正极,该电极上NO
在酸性条件下得电子生成NO和H2O。
12.设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。
限选材料：
ZnSO4（aq）,FeSO4（aq）,CuSO4（aq）,铜片,铁片,锌片和导线。
（1）完成原电池甲的装置示意图,并作相应标注。
要求：
在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。
（2）铜片为电极之一,CuSO4（aq）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、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________,其原因是____________________________________________________
升级会员 