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高中化学人教版（2019）选择性必修1 第四章第一节 原电池
一、单选题
1.下列能量的转化过程中，由化学能转化为电能的是（ ）
A B C D
水力发电 风力发电 铅蓄电池放电 太阳能发电
A. A B. B C. C D. D
2.下列各组材料中，不能组成原电池的是（ ）
A. A B. B C. C D. D
3.微生物脱盐电池是高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现
以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CHCOO－的溶液为例)。下列说法错
3
误的是（ ）
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A. 隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
B. 负极反应为CHCOO－＋2HO－8e－＝2CO↑＋7H＋
3 2 2
C. 当电路中转移1 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：1
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4.化学兴趣小组设计了一个简易原电池装置如图所示，反应原理为 Cu+2AgNO = 2Ag+ Cu(NO )。下列叙
3 3 2
述正确的是（ ）
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A. 银离子向铜极移动B. 铜极为该装置的正极
C. 溶液的质量逐渐变小
D. 石墨极上发生氧化反应
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5.欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”一质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。下列叙
述中正确的是( )
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A. 装置中的能量变化为电能转化为化学能
B. 通入氢气的电极发生氧化反应
C. 通入空气的电极反应式：O+4e-+2H O=4OH-
2 2
D. 装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极
6.如图为某种甲醇燃料电池示意图。下列判断正确的是( )
A. 电极A反应式：CHOH-6e-+H O=CO+6H- B. B电极为负极
3 2 2
C. B电极附近溶液pH增大
D. 电池工作时，溶液中电子由电极B流向电极A
7.将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH 和O ， 即可产生电流，此装置称为甲烷燃料电
4 2
池。下列叙述中正确的是( )
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①通入CH 的电极为正极；
4
②正极的电极反应式为：O＋2HO＋4eˉ＝4OHˉ；
2 2
③放电时溶液中的阳离子向正极移动；
④负极的电极反应式为：CH＋10OHˉ－8eˉ＝ ＋7HO；
4 2⑤电子迁移方向：通入CH 的铂电极→通入O 的铂电极→电解质溶液→通入CH 的铂电极
4 2 4
A. ①③⑤ B. ②③④ C. ②④⑤ D. ①②③
8.可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空
气电极为正极。下列说法正确的是（ ）
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A. 电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
B. 以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－=Al(OH) ↓
3
C. 以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D. 以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O＋2HO＋4e－=4OH－
2 2
二、综合题
9.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。
（1）B中反应的离子方程式为________。
（2）A中作正极的金属是________，该电极上看到的现象为________。
（3）C中作负极的金属是________，该电极反应方程式为________。
（4）现有未知金属A，将A与Fe用导线相连后放入稀硫酸溶液中，观察到A上有气泡，在A上发生
________反应。(填“氧化”或“还原”)。
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10.下图为两种铜锌原电池的示意图。
（1）写出它们工作时正极的电极反应式________。
（2）①电池B工作时盐桥中的K＋流动方向(填“向ZnSO”或“向CuSO ”)________溶液；
4 4
②假如Zn的消耗速率为2×10－3 mol·s－1 ， 计算K＋的迁移速率________。
（3）电池A与电池B比较，电池B的工作效率大大提高，说明原因________。
（4）利用电池A进行实验，发现铜片、锌片表面均有红色物质析出。实验结束时测得锌片减少了1.97 g，铜片
增重了1.92 g，计算该原电池的工作效率[指参加原电池反应的锌占锌反应总量的百分率]________。
11.H S有剧毒，在空气中可以燃烧。以硫化氢、氧气为原料，可以设计一种燃料电池。
2回答下列问题：
（1）HS在空气中充分燃烧，能量变化过程如图所示：
2
①反应过程中反应物的总能量________ (填“>”“＜”或“=”)生成物的总能量。
②H S完全燃烧的化学方程式为________ 。
2
（2）以 HS、O 为原料的碱性燃料电池装置的示意图如图，该装置工作时总反应离子方程式为
2 2
2HS+3O+4OH- = 2SO 2- +4H O。
2 2 3 2 【来源：21·世纪·教育·网】
①该装置将________ 能转化为 ________能。
②已知正极反应式 O+2HO+4e- =4OH- ，则负极反应式为 ________ ，右室电解质溶液的pH ________(填
2 2
“变大”“减小”或“不变”)。
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12.（ 1）理论上任何一个自发的氧化还原反应均可以设计成原电池。根据氧化还原反应
Fe＋2Fe3+=3Fe2+设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂饱和KNO 溶液。
3
请回答下列问题：
①电解质溶液X是________；电解质溶液Y是________。
②写出两电极的电极反应式：铁电极：________；碳电极：________。
③外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填“铁”或“碳”)
④盐桥中向X溶液中迁移的离子是________(填字母)：A．K+ B．NO -
3
（2）请将下列氧化还原反应3Cu＋8HNO(稀) =3Cu(NO )＋2NO↑＋4HO设计成原电池，画出(1)中的装置
3 3 2 2
图，并写出相应的电极反应式。
①原电池装置图：________；
②正极：________；③负极：________。
13.为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。
回答下列问题：
（1）由FeSO ·7H O固体配制0.10 mol·L−1 FeSO 溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、________(从下列图中选
4 2 4
择，写出名称)。
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（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电
迁移率(u∞)应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择________作为电解质。
阳离子u∞×108/(m2·s−1·V−1) 阴离子u∞×108/(m2·s−1·V−1)
Li+ 4.07 4.61
Na+ 5.19 7.40
Ca2+ 6.59 Cl− 7.91
K+ 7.62 8.27
（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入________电极溶液中。
（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c(Fe2+)增加了0.02 mol·L−1。石墨电极上未见Fe析出。可知，石
墨电极溶液中c(Fe2+)=________。
2·1·c·n·j·y
（5）根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为________，铁电极的电极反应式为________。因此，
验证了Fe2+氧化性小于________，还原性小于________。
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（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO 溶液中加入几滴Fe (SO ) 溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电
4 2 4 3
极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是________。
2-1-c-n-j-y答案解析部分
一、单选题
1. C
解析：A.水力发电是将重力势能转化为电能，故A不符合题意；
B.风力发电是将风能转化为电能，故B不符合题意；
C.蓄电池放电是利用化学反应产生能量，是将化学能转化为电能，故C符合题意；
D. 太阳能发电是将太阳能转化为电能，故D不符合题意；
故答案为：C。
化学能转化为电能的是原电池
2. C
解析：A、锌片作负极、石墨作正极、稀硫酸作电解质溶液，故A不选；
B. 铜片作负极、银片作正极、硝酸银溶液作电解质溶液，故B不选；
C. 蔗糖是非电解质，不能构成原电池，故C选；
D 锌片作负极、铜片作正极、稀盐酸作电解质溶液，故D不选；
故答案为：C。
原电池的形成条件：①有活动性不同的两个电极，②两电极插入电解质溶液中，③两极用导线相连形成闭合
回路，④相对活泼的金属与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。
3. A
解析：由图可知，a极C化合价升高，故a极为负极，b极为正极
A.要实现海水淡化，即海水中的阴阳离子往正负极迁移，故阴离子移向负极，则隔膜1为阴离子交换膜，故
A符合题意
B.负极反应为 CHCOO－＋2HO－8e－＝2CO↑＋7H＋ 书写正确，故B不符合题意
3 2 2
C.转移1mol电子，阴阳离子移动也是1mol，海水中主要溶质为NaCl，故1mol58.5g，故C不符合题意
D.负极产生的是CO~4e-、正极产生的是氢气，故H2~2e-，根据电子守恒，有产生氢气和二氧化碳的物质的
2
量之比为2:1，故D不符合题意
故答案为：A
原电池中化合价升高的为负极，降低的为正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极
4. C
解析：铜的化合价升高，作负极，则碳作正极
A.阳离子移向正极 ，故A不符合题意
B.铜作负极，故B不符合题意C.等物质的量的银比铜重，故C符合题意
D.正极发生还原反应，故D不符合题意
故答案为：C
此题要根据原电池的工作原理来解答。化合价升高的为负极，发生氧化反应，阴离子移向负极
5. B
解析：A.该装置为原电池装置，工作过程中将化学能转化为电能，A不符合题意；
B.通入氢气的电极，H 发生失电子的氧化反应，B符合题意；
2
C.该装置所用隔膜为质子交换膜，只允许H+通过，通入空气的一极，O 发生得电子的还原反应，其电极反应
2
式为O＋4e－＋4H＋=2H O，C不符合题意；
2 2
D.在原电池中，电子由负极经导线流向正极，因此装置中电子从通入H 的一极流向通入空气的一极，D不
2
符合题意；
故答案为：B
A.根据原电池装置能量转化进行分析；
B.根据通入H 发生的反应分析；
2
C.质子交换膜只允许H+通过；
D.根据原电池中电子的流向分析；
6. C
解析：A.由分析可知，电极A为负极，其电极反应式为CHOH－6e－＋8OH－=CO 2－＋6HO，A不符合题意；
3 3 2
B.由分析可知，电极B为正极，B不符合题意；
C.电极B的电极反应式为O＋4e－＋2HO=4OH－ ， 反应生成OH- ， 因此电极附近溶液的碱性增强，pH
2 2
增大，C符合题意；
D.电子只能在电极和导向之间移动，不能通过电解质溶液，D不符合题意；
故答案为：C
由装置图可知，电子由电极A移向电极B，因此电极A为负极，电极B为正极；在甲醇燃料电池中通入甲醇
的一极为负极，发生失电子的氧化反应，其电极反应式为CHOH－6e－＋8OH－=CO 2－＋6HO；通入O 的一
3 3 2 2
极为正极，发生得电子的还原反应，其电极反应式为O＋4e－＋2HO=4OH－；据此结合选项进行分析。
2 2
7. B
解析：①通入CH 的电极发生氧化反应，为负极，故①不符合题意；②通入氧气的一极为正极，氧气得电子
4
被还原结合水生成氢氧根，电极反应式为：O＋2HO＋4eˉ＝4OHˉ，故②符合题意；③放电时为原电池，溶液
2 2
中的阳离子向正极移动，故③符合题意；④通入甲烷的一极为负极，甲烷失电子被氧化，电解质溶液显碱性
生成碳酸根和水，负极的电极反应式为：CH＋10OHˉ－8eˉ＝ ＋7HO，故④符合题意；⑤电子不能在
4 2电解质溶液中移动，故⑤不符合题意；
综上所述正确的为②③④，
故答案为B。
根据题意可知该燃料电池的总反应为2KOH+CH +2O =K CO+3H O，甲烷被氧化，所以通入甲烷的电极为
4 2 2 3 2
负极，通入氧气的电极为正极。
8. D
解析：A．电池工作时，电子从负极沿导线流向正极，故A不符合题意；
B．以NaOH溶液为电解液时，Al易失电子作负极，且铝失去电子后变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离
子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：Al+4OH--3e-=AlO -+2H O，故B不符合题意；
2 2
C．以NaOH溶液为电解液时，电池的总反应为：4Al+4OH-+3O ═4AlO -+2H O，反应中消耗氢氧根离子且生
2 2 2
成水，所以溶液的pH降低，故C不符合题意；
D．电解质溶液显碱性或中性，金属发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为
O+2H O+4e-═4OH- ， 故D符合题意；
2 2
故答案为：D。
铝为活泼金属，既能与酸反应，又能与碱反应，铝空气燃料电池中，以NaOH溶液为电解液时，负极反应为
Al+4OH--3e-=AlO -+2H O，正极反应为O+2H O+4e-=4OH- ， 总反应为4Al+4OH-+3O =4AlO -+2H O，据此
2 2 2 2 2 2 2
分析解答。
二、综合题
9. （1）Fe+2H+=Fe2++H ↑
2
（2）Cu；有气泡产生
（3）Zn；Zn-2e-=Zn2+
（4）还原
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解析：(1) B中是铁和稀硫酸反应，故其离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H ↑；
2
(2) A中铁比铜活泼，故铁作负极，铜作正极，该原电池正极上看到的现象为有气泡产生；
(3) C中锌比铁更活泼，故锌作负极，负极上通常是电极本身失电子被氧化，故电极反应方程式为 Zn-2e-
=Zn2+；
(4)观察到A上有气泡，故A上发生电极反应为 ，故为还原反应 。
（1）A中Fe与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气；
（2）B中构成原电池，Fe为负极，Cu为正极，正极上氢离子得到电子生成氢气；
（3）C中构成原电池，Zn为负极，负极上Zn失去电子；
（ 4）将A与Fe用导线相连后放入稀硫酸溶液中，观察到A上有气泡，可知Fe为负极，A为正极，正极上得到电子发生还原反应。
10. （1）
（2）向CuSO ；4×10-3mol·s
4
（3）Zn和Cu2+不直接接触发生置换反应，电子只能通过导线发生转移
（4）60%
解析：（1）由装置图可知，电池A与电池B的负极均为金属活泼性强的锌，正极均为金属活泼性弱的铜，铜
离子在正极上得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e－=Cu；
（ 2）原电池工作时，阳离子向正极移动，则电池B工作时，盐桥中的K+向硫酸铜溶液方向移动；由电荷守恒
可知，K＋的迁移速率是Zn 的消耗速率的2倍，则K＋的迁移速率为 2×10-3mol·s-1×2=4×10－3mol·s－1；
（ 3）电池 A 与电池B相比，电池B中Zn和Cu2+不直接接触发生置换反应，电子只能通过导线发生转移，使
电池 B 的工作效率大大提高；
（4）铜片、锌片表面均有红色物质析出说明锌部分参加原电池反应，锌与硫酸铜溶液发生置换反应的离子
方程式为Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋ ， 由方程式可知反应前后固体减少的量为1g，由锌片减少了1.97g，铜片
增重了 1.92g可知，反应前后固体的质量差为(1.97g—1.92g)=0.05g，设参加反应的锌的质量为m，由方程式
可得65g：1g=m：0.05g，解得m=3.25g，由铜片增重了 1.92g可知，参加原电池反应的锌的质量为
×65g/mol=1.95g，则该原电池的工作效率为 ×100%=60%。
（1）正极为铜离子生成铜的反应；
（2）原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极，根据电荷守恒计算钾离子的迁移速率；
（3）盐桥既构成了闭合回路，又能阻止反应物的直接接触，使电池 B 的工作效率大大提高；
（4）根据方程式计算反应过程损耗的锌的质量，进而计算其效率。
11. （1）>；2HS+3O 2SO +2H O
2 2 2 2
（2）化学；电；HS+8OH- —6e- =SO2- +5H O；减小
2 3 2
解析：（1）由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应。
燃烧方程式：2HS+3O 2SO +2H O
2 2 2 2
（2）该装置为原电池，故是将化学能转化为电能，负极为硫化氢生成二氧化硫，电极反应如下，
HS+8OH- —6e- =SO2- +5H O ，根据电极反应式可得，消耗了氢氧根，故PH减小
2 3 2
（1）反应物的能量高于生成物的能量为放热反应，反之为吸热反应
（ 2）电极反应书写步骤：先找反应物，再找生成物，根据变价元素标明得失电子数目，最后再配电荷守恒，及原子守恒。
12. （1）FeCl (或FeSO )；FeCl [或Fe (SO )]；Fe－2e-=Fe2+；2Fe3+＋2e-=2Fe2+；铁；碳；B
2 4 3 2 4 3
（2） ；NO -＋3e-＋4H+=NO↑＋2HO；Cu－2e-=Cu2+
3 2
解析：(1)①由反应Fe+2Fe3+=3Fe2+可知，在反应中，Fe被氧化，失电子，应为原电池的负极，Fe3+在正极上得
电子被还原，C为正极，负极电解液X中应含有亚铁离子，正极反应为：Fe3++e-=Fe2+ ， 因而Y为含Fe3+的电
解质溶液，所以电解质X为：FeCl (或FeSO )，电解质Y为：FeCl [或Fe (SO )]；②负极：Fe被氧化，失电子，
2 4 3 2 4 3
电极反应为：Fe-2e-=Fe2+ ， Fe3+在正极上得电子被还原，电极反应为：2Fe3++2e-=2Fe2+；③外电路电子由负极
流向正极，所以外电路中电子是从铁电极流向碳电极；④ Fe是负极，因而向X中迁移的是阴离子，即为
NO − ， 故故答案为：B；(2)由氧化还原反应2Cu+8HNO (稀)=3Cu(NO)+2NO↑+4HO可知，Cu发生氧化反
3 3 3 2 2
应，作负极，其电极反应式为Cu-2e-=Cu2+ ， 则负极的电解质为Cu(NO ) ， 正极应选用碳棒或其他惰性电
3 2
极，其电极反应式为：2NO −+6e-+8H+=2NO↑+4HO，则正极的电解质为稀 HNO ， 则该装置图为
3 2 3
。
(1)根据反应Fe+2Fe3+=3Fe2+分析，在反应中，Fe失电子，被氧化，Fe3+得电子，被还原；原电池中负极失电子
发生氧化反应，Fe3+在正极上得电子被还原；外电路中的电子从负极流向正极，盐桥中的阴离子往负极移动，
阳离子往正极移动，以此解答；(2)根据原电池中负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，电解
质一般为参与反应的离子所组成的化合物分析解答。
13. （1）烧杯、量筒、托盘天平
（2）KCl
（3）石墨
（4）0.09mol/L
（5）Fe3++e-=Fe2+；Fe-2e-=Fe2+；Fe3+；Fe（6）取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反应完成
解析：(1)由FeSO ·7H O固体配制0.10mol·L-1FeSO 溶液的步骤为计算、称量、溶解并冷却至室温、移液、洗
4 2 4
涤、定容、摇匀、装瓶、贴标签，由FeSO ·7H O固体配制0.10mol·L-1FeSO 溶液需要的仪器有药匙、托盘天平、
4 2 4
合适的量筒、烧杯、玻璃棒、合适的容量瓶、胶头滴管，故答案为：烧杯、量筒、托盘天平。(2)Fe2+、Fe3+能与
反应，Ca2+能与 反应，FeSO 、Fe (SO ) 都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下 能
4 2 4 3
与Fe2+反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择
、 ，阳离子不可以选择Ca2+ ， 另盐桥中阴、阳离子的迁移率（u∞）应尽可能地相近，根据表中数
据，盐桥中应选择KCl作为电解质，故答案为：KCl。(3)电流表显示电子由铁电极流向石墨电极，则铁电极为
负极，石墨电极为正极，盐桥中阳离子向正极移动，则盐桥中的阳离子进入石墨电极溶液中，故答案为：石
墨。(4)根据(3)的分析，铁电极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ ， 石墨电极上未见Fe析出，石墨电极的电极反应
式为Fe3++e-=Fe2+ ， 电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe2+）增加了0.02mol/L，根据得失电子守恒，
石墨电极溶液中c（Fe2+）增加0.04mol/L，石墨电极溶液中c（Fe2+）=0.05mol/L+0.04mol/L=0.09mol/L，故答案
为：0.09mol/L。(5)根据(3)、(4)实验结果，可知石墨电极的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+ ， 铁电极的电极反应式
为Fe-2e-=Fe2+；电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+ ， 根据同一反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物、还原剂的
还原性强于还原产物，则验证了Fe2+氧化性小于Fe3+ ， 还原性小于Fe，故答案为：Fe3++e-=Fe2+ ， Fe-2e-
=Fe2+ ， Fe3+ ， Fe。(6)在FeSO 溶液中加入几滴Fe (SO ) 溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻
4 2 4 3
蚀活化，发生的反应为Fe+ Fe (SO )=3FeSO ， 要检验活化反应完成，只要检验溶液中不含Fe3+即可，检验
2 4 3 4
活化反应完成的方法是：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不出现血红色，说明活化反
应完成，故答案为：取活化后溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不变红，说明活化反应完成。
(1)根据物质的量浓度溶液的配制步骤选择所用仪器；(2)~(5)根据题给信息选择合适的物质，根据原电池工
作的原理书写电极反应式，并进行计算，由此判断氧化性、还原性的强弱；(6)根据刻蚀活化的原理分析作答。
