原电池化学电源电化学经典习题及解析.docx

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原电池化学电源电化学经典习题及解析

原电池　化学电源

题组一　原电池工作原理的考查

1．下列装置中能构成原电池产生电流的是（　　）

答案　B

解析　A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。

2．有关电化学知识的描述正确的是（　　）

A．CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

答案　D

解析　CaO＋H2O===Ca（OH）2不是氧化还原反应，KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。

题组二　原电池正、负极的判断

3．下列有关原电池的说法中正确的是（　　）

A．在内电路中，电子由正极流向负极

B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极

C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生

D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化

答案　D

解析　A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构

成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正

极表面析出铜，没有气泡产生。

4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（　　）

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，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

答案　B

解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。

②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO

＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。

④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===

4OH－，D错。

题组训练　原电池原理的应用

1．电工经常说的一句口头禅：

“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：

_______________________________________________。

答案　铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路

2．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。

请写出电极反应式，负极_______________，正极____________________，

并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。

答案　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：

①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。

据此，判断五种金属的活动性顺序是（　　）

A．A>B>C>D>EB．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>ED．B>D>C>A>E

答案　B

解析　金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。

在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。

综上可知，金属活动性：

A>C>D>B>E。

4．把适合题意的图像填在横线上（用A、B、C、D表示）

（1）将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是________。

（2）将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系是________

（3）将

（1）中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。

答案　

（1）A　

（2）B　（3）C

解析　加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，

（1）a中Zn减少，H2体积减小；

（2）中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；（3）当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋CH3COOH，a中c（H＋）减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。

1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？

答案

2．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）：

（1）放电时电解液中H2SO4的浓度将变_______________________；

当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。

（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成____________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。

答案　

（1）小　48　

（2）Pb　PbO2　对换

解析　

（1）放电时为原电池，正极为PbO2，其电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO

＋2e－===PbSO4＋2H2O。

从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由Pb＋SO

－2e－===PbSO4可知，当外电路通过1mole－时，理论上负极板有0.5molPb变为0.5molPbSO4，即质量增加96g·mol－1×0.5mol＝48g。

（2）当完全放电耗尽PbO2和Pb时，两极均变为PbSO4，再按图中通电——电解时，A极板发生反应：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

，B极板发生反应：

PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO

。

此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。

3．

（1）氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH_____。

（填“减小”、“增大”或“不变”）

（2）氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH____________。

（填“减小”、“增大”或“不变”）

答案　

（1）减小　减小　

（2）减小　增大

题组一　化学电源中电极反应式的书写

1．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。

该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。

电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。

请回答下列问题：

（1）电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。

（2）电池正极发生的电极反应为_________________________________________。

答案　

（1）锂　Li－e－===Li＋

（2）2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑

解析　分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。

（1）负极材料为Li（还原剂），Li－e－===Li＋；

（2）正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：

2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。

2．铝空气海水电池：

以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。

电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3

负极：

__________________________；正极：

_______________________。

答案　4Al－12e－===4Al3＋

3O2＋6H2O＋12e－===12OH－

题组二　不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响

3．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：

（3）固体电解质（高温下能传导O2－）

燃料电池总反应式：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

燃料电池正极反应式：

O2＋4e－===2O2－②

①－②×2，得燃料电池负极反应式：

_____________________________________。

（4）熔融碳酸盐（如：

熔融K2CO3）环境下

电池总反应式：

CH4＋2O2===CO2＋2H2O①

正极电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－===2CO

②

①－②×2，得燃料电池负极反应式：

____________________________________。

答案　（3）CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O（4）CH4＋4CO

－8e－===5CO2＋2H2O

1．能用金属代替盐桥吗？

答案　不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属作盐桥（已经不能叫做盐桥了），电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。

所以，光有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。

2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？

如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？

答案　可以的，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。

反正这边发生的反应只是Zn的溶解而已。

但是如果比电极弱的话，例如硫酸铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。

使用盐桥就是为了避免这种情况，至于电解液要跟电极相同那只是一个做题的技巧，具体问题具体分析就行。

题组一　有关原电池原理的考查

1．某原电池构造如下图所示。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转

C．外电路中每通过0.1mol电子，铜的质量理论上减小6.4g

D．原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu（NO3）2

答案　D

解析　Cu作负极，Ag作正极，电极反应式分别为

负极：

Cu－2e－===Cu2＋

正极：

2Ag＋＋2e－===2Ag

总反应式：

Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu（NO3）2，D正确。

2．如图所示，杠杆AB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．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低

B．杠杆为导体或绝缘体时，均为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

答案　C

解析　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低B高。

题组二　可逆反应与原电池的工作原理

3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。

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，乙中的石墨电极为负极

答案　D

解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2

Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。

4．已知在酸性条件下发生的反应为AsO

＋2I－＋2H＋===AsO

＋I2＋H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO

＋I2＋2OH－===AsO

＋H2O＋2I－。

设计如图装置（C1、C2均为石墨电极），分别进行下述操作：

Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸

Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40%NaOH溶液

结果发现电流表指针均发生偏转。

试回答下列问题：

（1）两次操作中指针为什么发生偏转？

（2）两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？

试用化学平衡移动原理解释之。

（3）操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为___________________________________；

（4）操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为___________________________________。

（5）操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液（填“A”或“B”）。

答案　

（1）两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。

（2）（Ⅰ）加酸，c（H＋）增大，AsO

得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。

（Ⅱ）加碱，c（OH－）增大，AsO

失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。

故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。

（3）2I－－2e－===I2

（4）AsO

＋2OH－－2e－===AsO

＋H2O

（5）A

解析　由于酸性条件下发生反应AsO

＋2I－＋2H＋===AsO

＋I2＋H2O，碱性条件下发生反应AsO

＋I2＋2OH－===AsO

＋H2O＋2I－都是氧化还原反应。

而且满足构成原电池的三大要素：

①不同环境中的两电极（连接）；②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；③形成闭合回路。

当加酸时，c（H＋）增大，C1：

2I－－2e－===I2，这是负极；C2：

AsO

＋2H＋＋2e－===AsO

＋H2O，这是正极。

当加碱时，c（OH－）增大，C1：

I2＋2e－===2I－，这是正极；C2：

AsO

＋2OH－－2e－===AsO

＋H2O，这是负极。

1．（2011·海南，12改编）根据下图，下列判断中正确的是（　　）

A．烧杯a中的溶液pH升高

B．烧杯b中发生还原反应

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

答案　A

解析　由题给原电池装置可知，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。

烧杯b中，Zn发生氧化反应：

Zn－2e－===Zn2＋。

2．（2011·福建理综，11）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。

该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。

关于该电池的下列说法不正确的是（　　）

A．水既是氧化剂又是溶剂B．放电时正极上有氢气生成

C．放电时OH－向正极移动D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑

答案　C

解析　根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；正极周围聚集大量

OH－，因此溶液中的阳离子Li＋向正极移动，负极周围聚集大量Li＋，因此溶液中的阴离子OH－向负极移动，C错误。

3．（2011·新课标全国卷，11）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe（OH）2＋2Ni（OH）2

下列有关该电池的说法不正确的是（　　）

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O

答案　C

解析　由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe（OH）2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe（OH）2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni（OH）2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。

4．（2012·福建理综，9）将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是（　　）

A．Cu电极上发生还原反应B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C．片刻后甲池中c（SO

）增大D．片刻后可观察到滤纸b点变红色

答案　A

解析　将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO

的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c（OH－）减小，c（H＋）增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。

5．[2012·海南，13（4）]肼—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为__________________________________________________________。

答案　N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑

解析　该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H4＋4OH－－

4e－===4H2O＋N2↑。

6.[2012·新课标全国卷，26（4）节选]与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为______________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。

答案　FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－

2FeO

＋3Zn＋8H2O===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－

解析　正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe（OH）3，电极反应式为FeO

＋3e－＋4H2O===Fe（OH）3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn（OH）2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn（OH）2，两电极反应式相加得2FeO

＋3Zn＋8H2O===2Fe（OH）3＋3Zn（OH）2＋4OH－。

7．[2011·新课标全国卷，27（5）]在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。

理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1kJ，则该燃料电池的理论效率为____（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5kJ·mol－1）。

答案　CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　3/2O2＋6e－＋6H＋===3H2O　96.6%

解析　负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：

CH3OH＋H2O－

6e－===CO2＋6H＋。

正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。

该电池的理论效率为

×100%≈96.6%。

8．[2011·山东理综，29

（2）]如图为钠硫高能电池的结构示意图。

该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为________。

M（由Na2O和Al2O3制得）的两个作用是________。

与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的___________倍。

答案　xS＋2e－===S

（或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx）　离子导电（导电或电解质）和隔离钠与硫　4.5

解析　正极上硫得电子被还原：

xS＋2e－===S

；M的两个作用：

作固体电解质和隔膜（隔离钠与硫）；钠硫电池和铅蓄电池的负极分别为Na和Pb，则消耗等质量的Na和Pb时，钠硫电池的放电量（转移电子数）是铅蓄电池的

＝4.5倍。

9．[2012·江苏，20（3）]铝电池性能优越，AlAgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。

该电池反应的化学方程式为________________________________________。

答案　2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O

解析　由铝电池原理图可知，Al作负极，AgO/Ag作正极，电池反应式为2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O。

1．关于原电池的叙述正确的是（　　）

A．原电池工作时，电极上不一定都发生氧化还原反应

B．某可逆电流充、放电时的反应式为Li1－xNiO2＋xLi

LiNiO2，放电时此电池

的负极材料是Li1－xNiO2

C．铅、银和盐酸构成的原电池工作时，铅板上有5.175g铅溶解，正极上就有1120mL（标准状况）气体析出

D．在理论上可将反应CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH<0设计成原电池

答案　D

解析　A中原电池工作时电极上一定都发生氧化还原反应；B中电池放电时，负极材料是Li；C中通过计算知正极上生成的气体在标准状况下应为560mL。

2．将两金属A、B分别用导线相连接，并同时插入电解质溶液中，发现A极的质量增加，则下列说法正确的是（　　）

A．金属活动性：

A>BB．A极是正极，电解质溶液可以是盐酸

C．B极是负极D．要判断A极与B极是正极还是负极，还需考虑电解质溶液

答案　C

解析　A极质量增加，故A极是正极，B极是负极；若电解质溶液是盐酸，则A极的表面有氢气产生，没有金属析出。

3．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷（C2H6）和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO

＋12H2O。

有关此电池的推断不正确的是（　）

A．通入氧气的电极为正极B．参加反应的O