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第四章 化学反应与电能
第一节　原电池
第1课时　原电池
课后·训练提升
基础巩固
1.下列关于原电池的叙述正确的是(　　)。
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转化为电能的装置
C.原电池中电子流出的一极是负极,该极被还原
D.原电池工作时,电流的方向是从负极到正极
答案:B
解析:A项,构成原电池的正极和负极可能是两种不同的金属,也可能是导电的非金属(如石墨棒)和金属等,错误;B项,原电池是将化学能转化为电能的装置,正确;C项,在原电池中,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,电子从负极沿导线流向正极,错误;D项,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,电流的方向是从正极到负极,错误。
2.在如图所示的8个装置中,能实现化学能转化为电能的是(　　)。
A.①④ B.③⑤
C.④⑧ D.②④⑥⑦
答案:D
解析:根据原电池的构成条件可知:①中只有一个电极,③中两电极材料相同,⑤中酒精不是电解质,不能导电,⑧中两电极材料相同且未形成闭合回路,故①③⑤⑧均不能构成原电池,不能实现化学能转化为电能。
3.将铁片和银片用导线连接放置在同一稀盐酸中,并经过一段时间后,下列叙述中正确的是(　　)。
A.负极有Cl2逸出,正极有H2逸出
B.负极附近Cl-的浓度减小
C.正极附近Cl-的浓度逐渐增大
D.溶液中Cl-的浓度基本不变
答案:D
解析:在该原电池中,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Ag作正极,电极反应式为2H++2e-H2↑,所以负极无Cl2逸出,原电池中Cl-移向负极,所以负极附近Cl-的浓度增大,正极附近Cl-的浓度减小,但整个溶液中Cl-的浓度基本不变。
4.如图所示,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。下列有关原电池的叙述中正确的是(　　)。
A.铜片上发生氧化反应
B.取出盐桥后,电流计指针依然发生偏转
C.反应中,盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D.反应前后铜片质量不改变
答案:C
解析:左侧Cu2+放电,发生还原反应,铜电极上有铜析出,铜片质量增大,A项、D项错误;取出盐桥后,不能形成闭合回路,无电流,指针不偏转,B项错误;原电池中,盐桥中阳离子向正极移动,C项正确。
5.M、N、P、E四种金属:①M+N2+N+M2+　②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡　③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-E,N-2e-N2+。四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)。
A.P、M、N、E B.E、N、M、P
C.P、N、M、E D.E、P、M、N
答案:A
解析:由①知,金属活动性M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面产生气泡,M作原电池正极,金属活动性P>M;N、E构成的原电池中N作负极,金属活动性N>E。
6.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)(　　)。
答案:B
解析:A项电解质溶液为NaOH溶液,Al与之反应实质不是与H+反应,生成物是[Al(OH)4]-而不是Al3+;C项Al与稀硝酸反应生成NO;D项没有形成闭合回路,不能形成原电池。
7.下列反应不能用于设计原电池的是(　　)。
A.Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag
B.2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2
C.Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O
D.2H2+O22H2O
答案:C
解析:C项为吸热反应,且是非氧化还原反应,不能用于设计原电池。
8.将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少许胆矾晶体,下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　)。
答案:A
解析:向a中加入少许胆矾晶体,则有Zn+Cu2+Cu+Zn2+,消耗一部分Zn,所以产生H2的量较少,但生成的Cu与Zn又组成锌铜原电池,增大反应速率,因此曲线的斜率大。
9.A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。
编号 甲 乙 丙
装置
现象 A不断溶解,经检验生成二价离子 C的质量增大 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为　　　　　　　　　　　　　。
(2)装置乙中正极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　。
(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的质量增大,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,溶液pH逐渐变大。
10.如图所示为某实验小组设计的原电池:
(1)该小组依据的氧化还原反应为　　　　　　　　　　　　　(写离子方程式)。
(2)已知反应前电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12 g,则导线中通过
　　　 mol电子。
(3)用吸管吸出铁片附近溶液少许放入试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,发生反应的离子方程式为　　　　　　　,然后滴加几滴KSCN溶液,溶液变红。
答案:(1)Fe+Cu2+Fe2++Cu　(2)0.2
(3)2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
解析:(1)题图为原电池,Fe为负极,发生反应Fe-2e-Fe2+,石墨为正极,发生反应Cu2++2e-Cu,总反应式为Fe+Cu2+Fe2++Cu。
(2)一段时间后,两电极质量相差12 g,则
Fe+Cu2+Fe2++Cu　　 两极质量差Δm　 转移电子
56 g 64 g 56 g+64 g=120 g 　2 mol
12 g 　n
n=0.2 mol。
(3)用吸管吸出铁片附近溶液即含Fe2+的溶液,加入氯水发生反应:2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-,然后滴加几滴KSCN溶液,溶液变红。
能力提升
1.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池(图1),测得原电池的电流(I)随时间(t)的变化如图2所示,已知O~t1,原电池的负极是Al片,反应过程中有红棕色气体产生,下列说法不正确的是(　　)。
图1
图2
A.O~t1,正极的电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O
B.O~t1,溶液中的H+向Cu电极移动
C.t1时,负极的电极反应式为Cu+2e-Cu2+
D.t1时,原电池中电子的流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍Al进一步反应
答案:C
解析:O~t1,Al在浓硝酸中发生钝化,铝氧化变为氧化铝,Al为负极,Cu为正极,N放电生成NO2,正极电极反应式为2H++N+e-NO2↑+H2O,A正确;O~t1,Cu为正极,溶液中的H+向Cu电极移动,B正确;t1时,铜为负极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,C错误。
2.在通风橱中进行下列实验:
步骤
现象 Fe表面产生大量无色气泡,液面上方气体变为红棕色 Fe表面产生少量红棕色气泡后,迅速停止 Fe、Cu接触后,其表面均产生红棕色气泡
下列说法中不正确的是(　　)。
A.Ⅰ中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO+O22NO2
B.Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜,阻止Fe进一步反应
C.对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明稀硝酸的氧化性强于浓硝酸
D.针对Ⅲ中现象,在Fe、Cu之间连接电流计,可判断Fe是否持续被氧化
答案:C
解析:Ⅰ中铁和稀硝酸反应生成一氧化氮,一氧化氮遇空气生成二氧化氮,反应的化学方程式为2NO+O22NO2,A项正确;常温下,Fe遇浓硝酸易钝化,表面形成致密的氧化层,阻止Fe进一步反应,B项正确;对比Ⅰ、Ⅱ中现象,说明浓硝酸的氧化性强于稀硝酸,C项错误;Ⅲ中构成原电池,在Fe、Cu之间连接电流计,通过电流计指针的偏转方向可以判断原电池的正、负极,进而判断Fe是否持续被氧化,D项正确。
3.某潜航器使用新型镁-过氧化氢燃料电池系统,其工作原理如图所示。以下说法中错误的是(　　)。
A.当电路中有2 mol电子转移时,镁电极质量减小24 g
B.电池工作时,正极上有H2生成
C.工作过程中溶液的pH会增大
D.电池的总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O
答案:B
解析:Mg为负极,电池的负极反应式为Mg-2e-Mg2+,有2 mol电子转移时,镁电极的质量减小24 g,A项正确。电池工作时,H+向正极移动,但正极反应为H2O2+2H++2e-2H2O,没有氢气生成,B项错误。电池总反应式为Mg+H2O2+2H+Mg2++2H2O,消耗氢离子,则电池工作一段时间后,溶液的pH增大,C、D项正确。
4.控制合适的条件,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,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.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.电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中石墨电极为负极
答案:D
解析:由总反应方程式知,I-失去电子(氧化反应),Fe3+得电子(被还原),故A、B项正确;当电流计读数为零时,Fe3+得电子速率等于Fe2+失电子速率,可证明反应达平衡,C项正确;加入Fe2+,导致平衡逆向移动,则Fe2+失去电子生成Fe3+,甲中石墨作负极,D项错误。
5.ORP传感器(如图)测定物质的氧化性的原理:将Pt电极插入待测溶液中,Pt电极、Ag/AgCl电极与待测溶液组成原电池,测得的电压越高,溶液的氧化性越强。向NaIO3溶液、FeCl3溶液中分别滴加2滴H2SO4,测得前者的电压增大,后者的几乎不变。下列说法不正确的是(　　)。
A.盐桥中的Cl-移向Ag/AgCl电极
B.Ag/AgCl电极反应式是Ag-e-+Cl-AgCl
C.酸性越强,I的氧化性越强
D.向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性,测得电压几乎不变
答案:D
解析:Ag、Pt与待测溶液组成原电池,Ag的金属活动性比Pt强,作负极,Pt作正极。在该电池中,Ag作负极,盐桥中的Cl-移向Ag/AgCl电极,A正确;Ag/AgCl电极作负极,Ag失电子生成的Ag+与溶液中的Cl-反应生成AgCl,电极反应式是Ag-e-+Cl-AgCl,B正确;向NaIO3溶液中滴加2滴H2SO4,电压增大,则表明酸性越强,I的氧化性越强,C正确;向FeCl3溶液中滴加浓NaOH溶液至碱性,生成NaCl和Fe(OH)3沉淀,溶液的氧化性减弱,测得的电压减小,D错误。
6.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,回答下列问题。
(1)反应过程中,　　　　棒质量减小。
(2)负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
(3)反应过程中,当其中一个电极质量增大2 g时,另一电极减小的质量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)2 g。
(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供N和Cl-,使两烧杯溶液中保持电荷守恒。
①反应过程中N将进入　　　　(填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中浓度最大的阳离子是　　　　。
答案:(1)锌　
(2)Zn-2e-Zn2+　
(3)大于
(4)①乙　②N
解析:(1)锌作负极,失电子,质量减小。
(2)锌失电子,发生反应Zn-2e-Zn2+。
(3)转移0.2 mol电子时,铜棒质量增大6.4 g,锌棒质量减小6.5 g,故反应过程中,当铜电极质量增大2 g时,另一电极减小的质量大于2 g。
(4)反应过程中,为了保持溶液的电中性,Cl-将进入甲烧杯,N进入乙烧杯。当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中有0.1 mol Cu2+消耗,还剩余0.1 mol Cu2+,有0.2 mol N进入乙烧杯,故乙烧杯中浓度最大的阳离子是N。
7.已知可逆反应:As+2I-+2H+As+I2+H2O。
(Ⅰ)如图所示,若向B中逐滴加入浓盐酸,发现电流表指针偏转。
(Ⅱ)若改用向B中滴加40%的NaOH溶液,发现电流表指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。
请回答下列问题。
(1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转
　。
(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反
　。
(3)操作(Ⅰ)中,石墨棒1上的电极反应式为　 。
(4)操作(Ⅱ)中,石墨棒2上的电极反应式为　 。
答案:(1)两次操作均组成原电池,所以电流表指针均发生偏转　
(2)两次操作中,电极相反,电子流向相反,因而电流表指针偏转方向相反　
(3)2I--2e-I2
(4)As+2OH--2e-As+H2O
解析:(Ⅰ)滴入浓盐酸,溶液中c(H+)增大,As+2I-+2H+As+I2+H2O平衡正向移动,I-失去电子变为I2,石墨棒1上电子流出,并沿外电路流向石墨棒2,As得电子变为As。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH溶液将H+中和,溶液中c(H+)减小,As+2I-+2H+As+I2+H2O平衡逆向移动,石墨棒2上电子流出,并沿外电路流向石墨棒1,I2转化为I-,As转化为As。
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