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课时分层作业(三)原电池的工作原理(建议用时：45分钟)[基础达标练]1．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()A．H2SO4(aq)＋BaCl2(aq)===2HCl(aq)＋BaSO4(s)ΔH0B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH0C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH0D．3Cu(s)＋8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)＋2NO(g)＋4H2O(l)ΔH0A[理论上放热的氧化还原反应能够设计成原电池。]2．在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是()A．锌B．石墨C．银D．铜A[电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。]3．某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是()A．HNO3为电解质溶液B．锌为原电池正极C．铁质量不变D．铜为原电池正极D[由原电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属或非金属(如C)(B被否定)，在反应中负极不断被消耗(C被否定)，由于反应中放出了氢气并生成了Fe2＋，故知电解质溶液不能是HNO3(A被否定)。由上分析可知正确选项为D。]4．下列关于原电池的叙述正确的是()A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应为Cu2＋＋2e－===CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同D[该原电池中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，电子由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D选项正确。]5．在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各项叙述不正确的是()A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大B．a是正极，b是负极C．导线中有电子流动，电子从a极流向b极D．a极上发生了氧化反应B[电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性a＞b(碳棒)，所以a为原电池的负极，b为正极。电极反应式为a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)，b(正)极：nH＋＋ne－===n2H2↑(还原反应)。由于正极放电消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计流向b极。]6．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液C[本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。]7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是()A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1molH2B．两极上溶解和析出的物质的质量相等C．锌片溶解了31g，铜片上析出了1gH2D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了0.5molA[在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点：即两极得失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看，负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1mol锌时失去2mol电子，铜片上析出1mol氢气得到2mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。]8.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是()A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式Cu－2e－===Cu2＋D．常温下，由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋C[Al、Cu、稀硫酸组成的原电池中，较活泼金属Al为负极，A正确；因为Mg与NaOH溶液不反应，故Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池中，Al为负极，发生氧化反应，B正确；因Fe比Cu活泼，Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池时，Fe失电子被氧化，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C错误；因常温下Al可被浓硝酸钝化，故Al、Cu、浓硝酸原电池中，Cu为负极，失电子被氧化，D正确。]9．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因___________________________________________________________________。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________。若能，请写出电极反应式，负极：________________，正极：________________。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。解析：(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(3)因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨等，电解质为稀硫酸，由此即可画出装置图。答案：(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能Cu－2e－===Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)10．由锌片、铜片和200mL稀H2SO4组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应式是________________________________________，正极反应式是__________________________________________________。(2)外电路中电流的方向是________________________________________。(3)一段时间后，当在铜片上放出2.24L(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，此时转移的电子的物质的量为________，原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。解析：(1)根据电极材料可知，锌为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；(2)外电路中电流从正极流向负极；(3)当正极上放出2.24L(标准状况)氢气时，则有：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑～2e－65g1mol22.4L2molmn(H2SO4)2.24Ln(e－)列比例式，计算可得：m＝6.5g，n(H2SO4)＝0.1mol，n(e－)＝0.2mol，c(H2SO4)＝0.1mol×20.2L＝1.0mol·L－1。答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑(2)由Cu极流向Zn极(3)6.50.2mol1.0mol·L－1[能力提升练]11．将W、X、Y、Z四种金属按下列装置进行实验。下列说法不正确的是()装置现象金属W不断溶解Y的质量增加W上有气体产生A．装置甲中X电极附近有气泡产生B．装置乙中Y电极上的反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．装置丙中溶液的pH增大D．四种金属的活动性强弱顺序为W＞X＞Y＞ZD[A.装置甲中金属W不断溶解，则W为负极，X为正极，附近有气泡产生，故A正确；B.Y上铜离子得电子生成Cu，则Y电极上的反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故B正确；C.W上氢离子得电子生成氢气，溶液中氢离子浓度减小，所以溶液的pH增大，故C正确；D.甲中W为负极，X为正极，则活动性：W＞X；乙中X为负极，Y为正极，则活动性：X＞Y；丙中Z为负极，W为正极，则活动性：Z＞W，所以四种金属的活动性强弱顺序为Z＞W＞X＞Y，故D错误。]12．控制适当的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是()A．反应开始时，乙中电极反应为2I－－2e－===I2B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．平衡时甲中加入FeCl2固体后，电流计读数为零D[A项，反应开始时，乙中石墨电极为负极，I－发生氧化反应；B项，甲中石墨电极为正极，Fe3＋发生还原反应；C项，电流计读数为零时，各离子浓度不变，则该反应达到化学平衡状态；D项，平衡时甲中加入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，反应中有电子转移，电流计读数不为零。]13．(双选)如图所示，杠杆A、B两端分别挂有体积相同、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滴入浓CuSO4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．当杠杆为绝缘体时，A端高B端低B．当杠杆为绝缘体时，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AC[当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu，铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A端低B端高。当杠杆为绝缘体时，Fe与Cu2＋直接发生置换反应，Fe上附着Cu，质量增大，所以A端高B端低。]14．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。(2)电池工作时，盐桥中的SO2－4移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)写出两烧杯中的电极反应式：甲________________，乙________________。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。解析：(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO2－4向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO－4＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1mol·L－1变为1.5mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5mol·L－1×0.2L＝0.1mol，转移的电子为0.1mol×5＝0.5mol。答案：(1)a还原(2)乙(3)MnO－4＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O5Fe2＋－5e－===5Fe3＋(4)0.5