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原电池 化学电源
原电池的工作原理
1.(双选)某兴趣小组设计了如下图原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。以下说法正确的选项是 ( )
A.该原电池的正极反响式为Cu2++2e-Cu
B.甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
C.盐桥中的S移向乙烧杯
D.假设将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转
【解析】选B、C。正极Fe3+得电子，发生复原反响，电极反响式为Fe3++e-Fe2+，A错；左边烧杯中发生Fe3++e-Fe2+，那么左边烧杯中溶液的红色逐渐变浅，B正确；阴离子向负极移动，C正确；假设将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，可氧化Cu，Cu为负极，电流表指针偏转方向不变，D错。
2.锌铜原电池装置如下图，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，以下有关表达正确的选项是 ( )
A.铜电极上发生氧化反响
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，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2+得电子发生复原反响生成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(S)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。
【加固训练】
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。以下说法中错误的选项是 ( )
A.由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，其负极反响式为Al-3e-Al3+
B.由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，其负极反响式为Al-3e-+4OH-Al+2H2O
C.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，其负极反响式为Cu-2e-Cu2+
D.常温下，由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，其负极反响式为Cu-2e-Cu2+
【解析】选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溶液不反响，故Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池中，Al为负极，发生氧化反响，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，负极反响为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。
【归纳提升】
1.构建原电池思维模型
2.原电池中正、负极判断的5种方法
判断原电池的正、负极需抓住闭合回路和氧化复原反响进行分析，如图：
注意：原电池的正负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成思维定式——活泼金属一定是负极。如Al、Mg和NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg为正极。
原电池原理的应用
3.一定量的稀盐酸跟过量锌粉反响时，为了加快反响速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是 ( )
A.参加少量稀NaOH溶液
B.参加少量CH3COONa固体
C.参加少量NH4HSO4固体
D.参加少量CuSO4溶液
【解析】选D。A中参加NaOH溶液，消耗盐酸，H2的生成量会减少，错误；B中参加CH3COONa固体，在溶液中CH3COO-会结合H+生成醋酸，减慢反响速率，错误；C中参加NH4HSO4固体，增加了H+的量，生成的H2会增多，错误；D中参加少量CuSO4溶液，Zn置换出少量Cu附着在锌外表，形成原电池可以加快反响速率，并且不影响H2的生成量，正确。
4.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及局部实验现象如下：
实验
装置
局部实
验现象
a极质量减小；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ( )
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
【解析】选C。由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a>b，第二个装置依据氧化性、复原性的规律，金属活动性b>c，故第三个装置的金属活动性d>c，由第四个装置电流从a→d，那么电子从d→a，故金属活动性d>a。
5.能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。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(见图)，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____________________。
【解析】以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，那么除了发生电化学反响外还发生Zn和Cu2+的置换反响，反响放热，会使局部化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以防止Zn和Cu2+的直接接触，从而防止能量损失，提供稳定电流。
答案：(1)如下图
(2)电极逐渐溶解，外表有红色固体析出
(3)甲 电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反响，导致局部化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反响，化学能在转化为电能时损耗较小
【归纳提升】
原电池设计类试题的解题思路
(1)利用氧化复原反响知识判断题给总反响中的氧化反响、复原反响。
(2)选择适宜的电极材料和电解质溶液。
(3)画出原电池装置图。画图时应注意：电极材料、电解质溶液、简易装置图和带有盐桥的装置图的区别等。
聚焦“盐桥〞原电池
6.如图为锌铜原电池装置图，以下说法不正确的选项是 ( )
A.电子经导线由Zn极流向Cu极
B.该装置的总反响Zn+Cu2+Zn2++Cu
C.一段时间后，A池带正电荷，B池带负电荷
D.取出盐桥，电流表指针不再偏转
【解析】选C。原电池电子从负极流向正极，A项正确；该电池负极为锌，电解质溶液是硫酸铜溶液，总反响Zn+Cu2+Zn2++Cu，B项正确；盐桥中阳离子移向B池，阴离子移向A池，起到平衡电荷的作用，故A池和B池中溶液仍然保持电中性，C项错误；取出盐桥后，不再是闭合回路，电流表指针不再偏转，D项正确。
7.(2023·桂林模拟)如下图原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。以下表达中正确的选项是 ( )
A.b极是电池的正极
B.甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯
C.甲烧杯中溶液的pH逐渐减小
D.电池的总反响离子方程式为Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O
【解析】选D。由Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，那么b为负极，a为正极，所以总的电极反响为2KMnO4+10FeSO4+ 8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O，结合原电池中负极发生氧化反响，电流从正极流向负极，阴离子向负极移动。由于Fe2+在b电极失去电子，发生氧化反响，所以b极是电池的负极，A错误； K+向正极移动，所以乙烧杯中K+经盐桥流向甲烧杯，B错误；甲烧杯中(a电极)Mn获得电子，发生复原反响，锰元素的化合价降低，电极反响为Mn+8H++5e-Mn2++4H2O，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C错误；由总的电极反响可知：2KMnO4+10FeSO4+8H2SO42MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O，反响的离子方程式为Mn+5Fe2++8H+Mn2++5Fe3++4H2O，D正确。
【加固训练】
某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2>Fe3+，设计了盐桥式的原电池，如下图。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。以下表达中正确的选项是 ( )
A.甲烧杯的溶液中发生复原反响
B.乙烧杯中发生的电极反响为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
C.外电路的电流方向为从b到a
D.电池工作时，盐桥中的S移向乙烧杯
【解析】选C。A项，甲烧杯中发生的反响为Fe2+-e-Fe3+，为氧化反响，错误；B项，乙烧杯中发生复原反响，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流由b→a，正确；D项，S向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
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