2021-2022版高中化学-课时分层作业17-原电池新人教版选修4.doc

2021-2022版高中化学 课时分层作业17 原电池新人教版选修4

2021-2022版高中化学 课时分层作业17 原电池新人教版选修4

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姓名：

- 14 -

原电池

(30分钟　50分)
一、选择题(本题包括6小题,每小题6分,共36分)
1.(2019·银川高二检测)人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池,其电极反应式为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,Ag2O+H2O+2e-2Ag+2OH-。根据反应式判断氧化银是 (　　)
A.负极　被氧化　　　　　　 B.正极　被还原
C.负极　被还原 D.正极　被氧化
【解析】选B。一次电池中负极发生氧化反应(失电子),正极发生还原反应(得电子),由Ag2O→Ag可知,Ag2O得电子发生还原反应。
【补偿训练】
　　对于原电池的电极名称,叙述错误的是 (　　)
A.发生氧化反应的一极为负极
B.正极为电子流入的一极
C.比较不活泼的金属为负极
D.电流流出的一极为正极
【解析】选C。原电池中相对活泼的金属为负极,发生氧化反应;相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极,发生还原反应。
2.(2019·巢湖高二检测)下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的是 (　　)

【解析】选A。B、C选项均无化学反应;D选项Zn与稀硫酸反应,但装置不能形成闭合回路,只有A符合要求。
【补偿训练】
　　关于如图所示装置的叙述,正确的是 (　　)

A.铜是负极,铜片上有气泡产生
B.铜片质量逐渐减少
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.氢离子在铜片表面被还原
【解析】选D。分析题给装置知,该装置为原电池,锌作负极,发生氧化反应,电极反应式为:Zn-2e-Zn2+,铜作正极,发生还原反应,电极反应式为:2H++2e-H2↑。A、铜是正极,铜片上有气泡产生,错误;B、铜片质量不变,错误;C、电流从正极经导线流向负极,即由铜片经导线流向锌片,错误;D、氢离子在铜片表面被还原,正确。
3.(2019·成都高二检测)一种“全氢电池”的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.电子流向是从吸附层M通过导线到吸附层N
B.Na+从左边穿过离子交换膜向右边移动
C.离子交换膜可用质子交换膜
D.负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O
【解析】选C。电子流动方向是从M通过导线到N,A正确;原电池中,阳离子从负极移向正极,B正确;离子交换膜可阻止左边的碱性溶液和右边的酸性溶液发生中和,不能用质子交换膜,C错误;原电池的负极发生氧化反应,由于负极为碱性溶液,所以负极的电极反应是H2-2e-+2OH-2H2O,D正确。
　【补偿训练】
　　1.某原电池装置如下图所示。下列有关叙述中,正确的是 (　　)

A.Fe作正极,发生氧化反应
B.工作一段时间后,两烧杯中溶液的pH均不变
C.负极反应:2H++2e-H2↑
D.工作一段时间后,NaCl溶液中c(Cl-)增大
【解析】选D。该装置是原电池。A.在该原电池中,Fe作负极,发生氧化反应,错误;B.工作一段时间后,左边的烧杯中含有大量的Fe2+,溶液的pH减小,右边烧杯中的H+不断放电产生氢气,因此溶液pH会逐渐增大,错误;C.负极反应是Fe-2e-
Fe2+,错误;D.工作一段时间后,NaCl溶液中由于铁不断氧化进入溶液,根据溶液呈电中性原理,盐桥中的Cl-会进入左边的烧杯中,该烧杯中c(Cl-)增大,正确。
2.图中是镁-次氯酸钠电池,电池总反应为Mg+ClO-+H2OCl-+Mg(OH)2,下列说法正确的是 (　　)

A.进料口A是次氯酸钠溶液,出料口B主要成分是氯化钠
B.惰性电极附近溶液的pH减小
C.镁电极表面发生氧化反应:Mg-2e-+2H2OMg(OH)2+4H+
D.Na+向镁电极方向移动,Mg(OH)2沉淀在两电极之间产生
【解析】选A。镁-次氯酸钠电池中,次氯酸钠在正极得电子生成氯化钠从出料口B排出,A正确;惰性电极反应为ClO-+2e-+H2OCl-+2OH-,溶液pH增大,B错误;次氯酸钠溶液呈碱性,不会生成H+,C错误;Na+向正极(惰性电极)移动,D错误。
4.(2019·石家庄高二检测)根据如图,下列判断中正确的是 (　　)

A.烧杯a中的溶液pH降低
B.烧杯b中发生氧化反应
C.烧杯a中发生的反应为2H++2e-H2↑
D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-Cl2↑
【解析】选B。由题给原电池装置中电子经过导线由Zn电极流向Fe电极,则O2在Fe电极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,烧杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高,A、C错误;烧杯b中,Zn发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,B正确、D错误。
【补偿训练】
下图中甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是 (　　)

A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D.乙电池中有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出
【解析】选B。根据甲、乙装置分析可知A项正确,且可推知Cd的活泼性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。
5.(2019·中州高二检测)在如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,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
M
N
P
A
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

【解析】选C。本题通过电极变化来确定原电池的正负电极,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。
【补偿训练】
　　如图所示,电流表A指针发生偏转,同时M极质量增加,N极质量减少,B为电解质溶液。则M、N、B分别为 (　　)

A.M是Cu,N是Zn,B是稀硫酸
B.M是 Zn,N 是 Cu,B 是 CuCl2溶液
C.M是Ag,N是Fe,B是稀AgNO3溶液
D.M是Ag,N是Fe,B是稀硫酸
【解析】选C。M极质量增加,N极质量减少,说明N是负极、M是正极,N的活泼性大于M;M极质量增加,M极析出金属,说明电解质溶液是盐溶液,故C正确。
6.下面是利用盐桥电池从某些含碘盐中提取碘的两个装置,下列说法中正确的是 (　　)

A.两个装置中石墨Ⅰ和石墨Ⅱ作负极
B.碘元素在装置①中被氧化,在装置②中被还原
C.①中MnO2的电极反应式为MnO2+2H2O+2e-Mn2++4OH-
D.反应①、②中生成等量的I2时导线上通过的电子数之比为1∶6
【解析】选B。装置①中碘离子失去电子,石墨Ⅰ为负极;装置②中碘酸钠得电子石墨Ⅱ作正极,所以两个装置中石墨Ⅰ作负极而石墨Ⅱ作正极,A错误;装置①中碘离子失去电子,被氧化;在装置②中碘酸钠得电子被还原,B正确;酸性介质中不可能生成氢氧根离子,所以电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,C错误;装置①中碘离子失去电子,1 mol碘化钠失去1 mol电子;装置②中碘酸钠得电子,
1 mol碘酸钠得到5 mol的电子,所以反应①、②中生成等量的I2时导线上通过的电子数之比为1∶5,D错误。
二、非选择题(本题包括1小题,共14分)
7.Li􀆼SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解质是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl24LiCl+S+SO2↑。
请回答下列问题:
(1)电池的负极材料为________,发生的电极反应式为_______________。 
(2)电池正极发生的电极反应为____________________________。 
(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是______________________,反应的化学方程式为______________________________。 
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是 ____________。 
【解析】(1)分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂(作负极),失电子:Li-e-Li+。
(2)SOCl2为氧化剂,得电子,从题给电池反应可推出产物:Cl-、S、SO2(或用总反应减去负极反应)。
(3)题中已给出信息:碱液吸收时的产物是Na2SO3和NaCl,则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl,进而推出现象。
答案:(1)Li　Li-e-Li+
(2)2SOCl2+4e-4Cl-+S+SO2↑
(3)出现白雾,有刺激性气味气体生成
SOCl2+H2OSO2↑+2HCl↑
(4)因为构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,SOCl2也与水反应
【补偿训练】
　　某化学兴趣小组同学设计如图原电池装置:

回答下列问题:
(1)正极的电极反应式为________________________________。 
(2)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供Cl-和N,使两烧杯中的溶液保持电荷守恒,反应过程中Cl-进入________(填“甲”或“乙”)烧杯。 
(3)该电池反应的离子方程式为__。 
　【解析】该装置是带盐桥的原电池装置,Zn+Cu2+Zn2++Cu,正极反应为Cu2++2e-Cu,原电池中,阴离子移向负极,所以氯离子进入甲中保持电中性。
答案:(1)Cu2++2e-Cu
(2)甲　(3)Zn+Cu2+Zn2++Cu

(30分钟　50分)
一、选择题(本题包括5小题,每小题7分,共35分)
1.(2019·潍坊高二检测)气体的自动化检测中常常应用根据原电池原理设计的传感器。如图为电池的工作示意图,气体扩散进入传感器,在敏感电极上发生反应,传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。

待测气体
部分电极反应产物
NO2
NO
Cl2
HCl
CO
CO2
H2S
H2SO4
则下列说法中正确的是 (　　)
A.上述气体检测时,敏感电极均作电池负极
B.检测Cl2时,敏感电极的电极反应式为Cl2+2e-2Cl-
C.检测H2S时,对电极充入空气,对电极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.检测Cl2和CO体积分数相同的两份空气样本时,传感器上电流大小、方向相同
【解析】选B。根据NO2、Cl2的电极产物分析,二者在正极得电子发生还原反应,H2S、CO在负极失电子发生氧化反应,A错误;Cl2得电子生成HCl,电极反应式为Cl2+2e-2Cl-,B正确;H2S失去电子生成硫酸,在酸性条件下,氧气得电子应该生成水,C错误;等体积的Cl2和CO发生原电池反应时,1 mol Cl2得 2 mol电子,
1 mol CO失去2 mol电子,传感器上电流方向相反,D错误。
2.(2019·吉林高二检测)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
【解析】选A。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,活动性:P>M;N、E构成的原电池N作负极,活动性:N>E。
　【补偿训练】
可以将反应Zn+Br2ZnBr2设计成原电池,下列4个电极反应:
①Br2+2e-2Br-
②2Br--2e-Br2
③Zn-2e-Zn2+　
④Zn2++2e-Zn
其中表示放电时负极和正极反应的分别是 (　　)
A.②和③　B.②和①　C.③和①　D.④和①
【解析】选C。放电时负极反应物为Zn,失电子被氧化,正极反应物为Br2,得电子被还原。
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(S)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
【解析】选C。A项,Cu作正极,电极上发生还原反应,错误;B项,电池工作过程中,S不参加电极反应,故甲池的c(S)基本不变,错误;C项,电池工作时,甲池反应为Zn-2e-Zn2+,乙池反应为Cu2++2e-Cu,甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池,以维持溶液中电荷平衡,由电极反应式可知,乙池中每有64 g Cu析出,则进入乙池的Zn2+为65 g,溶液总质量略有增加,正确;D项,由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜,错误。
4.某学习小组的同学查阅相关资料得知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了盐桥式的原电池,如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)

A.甲烧杯的溶液中发生还原反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
C.外电路的电流方向由b到a
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
【解析】选C。甲烧杯中发生的反应为Fe2+-e-Fe3+,为氧化反应,A错误;乙烧杯中发生还原反应,得到电子,B错误;a极为负极,b极为正极,外电路的电流由b→a,C正确;S向负极移动,即移向甲烧杯,D错误。
【补偿训练】
　　如图由锌-铜-稀硫酸组成的原电池装置中,当导线中有0.2 mol电子通过时,理论上两极的变化是 (　　)

A.铜片增重6.4 g
B.锌片增重6.5 g
C.铜片上析出0.1 mol O2
D.锌片溶解了6.5 g
【解析】选D。锌-铜-稀硫酸组成的原电池装置中,锌做原电池的负极,铜做正极,转移0.2 mol电子,锌片溶解6.5 g,铜片上析出氢气为0.2 g,故答案选D。
5.(2019·张家口高二检测)一种检测空气中甲醛(HCHO)含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.传感器工作时,工作电极是正极
B.工作时,H+通过交换膜向工作电极附近移动
C.当导线中通过1.2×10-6 mol电子,进入传感器的甲醛为3×10-3 mg
D.工作时,对电极区电解质溶液的pH增大
【解析】选D。HCHO在工作电极失电子被氧化,工作电极是原电池的负极,A错误;原电池工作时,溶液中的H+向正极移动,即对电极方向,B错误;负极反应为HCHO+H2O-4e-CO2+4H+,当电路中转移1.2×10-6 mol电子时,消耗HCHO的物质的量为1.2×10-6 mol÷4=3.0×10-7 mol,则HCHO质量为3.0×10-7 mol ×30 g·mol-1 = 9×10-3 mg,C错误;工作时,对电极的电极反应为4H++O2+4e-2H2O,pH增大,D正确。
【补偿训练】
1.为探究原电池的形成条件和反应原理,某同学设计了如下实验并记录了现象:
①向一定浓度的稀硫酸中插入锌片,看到有气泡生成;
②向上述稀硫酸中插入铜片,没有看到气泡生成;
③将锌片与铜片上端用导线连接,一起插入稀硫酸中,看到铜片上有气泡生成,且生成气泡的速率比实验①快
④在锌片和铜片中间接上电流计,再将锌片和铜片插入稀硫酸中,发现电流计指针偏转。
下列关于以上实验设计及现象的分析,不正确的是 (　　)
A.实验①、②说明锌能与稀硫酸反应而铜不能
B.实验③说明发生原电池反应时会加快化学反应速率
C.实验③说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气
D.实验④说明该原电池中铜为正极、锌为负极,电子由锌沿导线流向铜
【解析】选C。①中能产生气体,说明锌能和稀硫酸反应,②中不产生气体,说明铜和稀硫酸不反应,同时说明锌的活泼性大于铜,故A正确;③中锌、铜和电解质溶液构成原电池,锌易失电子而作负极,生成气泡的速率加快,说明原电池能加快负极金属被腐蚀,故B正确;③中铜电极上氢离子得电子生成氢气,而不是铜和稀硫酸反应生成氢气,故C错误;实验④说明有电流产生,易失电子的金属作负极,所以锌作负极,铜作正极,故D正确。
2.将反应I+5I-+6H+3I2+3H2O设计成如图所示的原电池。开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸,电流计指针发生偏转,一段时间后,电流计指针回到零,再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液,电流计指针再次发生偏转。下列判断不正确的是 (　　)

A.开始加入少量浓硫酸时,乙中石墨电极上发生氧化反应
B.开始加入少量浓硫酸时,同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液,只有乙烧杯中溶液变蓝
C.电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态
D.两次电流计指针偏转方向相反
【解析】选B。加入少量浓硫酸时,电极反应式:负极:10I--10e-5I2,正极:2I
+10e-+12H+I2+6H2O。加入几滴浓NaOH溶液时,电极反应式:负极:5I2+10e-
10I-,正极:I2-10e-+12OH-2I+6H2O。B项,根据电极反应可以看出,甲、乙烧杯中均有I2生成,所以甲、乙烧杯中溶液均变蓝。
二、非选择题(本题包括1小题,共15分)
6.某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
(1)如图为某实验小组依据的氧化还原反应:(用离子方程式表示)____________ ________________________________________________________________。 
设计的原电池装置,反应前,电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12 g,导线中通过__________ mol电子。 

(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,石墨电极反应式为________________,这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”),用离子方程式表示溶液显此性的原因________________________________________,用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,写出发生反应的离子方程式____________________________,然后滴加几滴硫氰化钾溶液,溶液变红,继续滴加过量新制饱和氯水,颜色褪去,同学们对此做了多种假设,某同学的假设是:“溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态。”如果+3价铁被氧化为Fe,试写出该反应的离子方程式______________________________。 
【解析】(1)题图为原电池反应,Fe为负极,发生:Fe-2e-Fe2+,石墨为正极,发生Cu2++2e-Cu,总反应式为Fe+Cu2+Fe2++Cu;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。
(2)其他条件不变,若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,NH4Cl在溶液中水解显酸性,酸性溶液中,正极上氢离子得电子,则石墨电极发生的电极反应为2H++2e-H2↑;铁离子被氯气氧化为Fe,其反应的离子方程式为2Fe3++3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+。
答案:(1)Fe+Cu2+Fe2++Cu　0.2
(2)2H++2e-H2↑　酸性
N+H2ONH3·H2O+H+
2Fe2++Cl22Fe3++2Cl-
2Fe3++3Cl2+8H2O2Fe+6Cl-+16H+