1、第1课时原电池的工作原理学业要求素养对接1.了解原电池的工作原理。2.能设计简单的原电池。1.模型认知：电解池的构成条件和工作原理。2.创新意识：会设计电解池。知 识 梳 理知识点一、铜锌原电池1.装置2.实验现象及分析Zn极Cu极实验现象检流计指针发生偏转锌片质量减小铜片质量增加电子流向由Zn极流向Cu极(填“Zn”“或Cu”)电子得失Zn失电子Cu2得电子电极名称负极正极电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu能量转化化学能转化为电能知识点二、原电池的工作原理1.原电池的定义把化学能转变为电能的装置。2.原电池的构成条件(1)两个活泼性不同的导体作电极；(2)电极材料均插入电解质溶液中；(
2、3)能形成闭合回路；(4)能自发发生氧化还原反应。3.原电池的工作原理(1)电子流向：由负极经导线流向正极(填“正”或“负”)。(2)离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。自 我 检 测1.铜锌原电池工作时，下列叙述不正确的是()A.负极电极反应为Zn2e=Zn2B.电池总反应为ZnCu2=Zn2CuC.在外电路中，电子从Zn极沿导线流向Cu极D.盐桥中的K移向ZnSO4溶液解析正极发生还原反应：Cu22e=Cu，负极发生氧化反应：Zn2e=Zn2；原电池总反应为ZnCu2=Zn2Cu；电子从Zn极沿导线流向Cu极；由于Cu2放电，为使CuSO4溶液保持电中性，则盐桥中的K移向CuSO4溶
3、液，Cl移向ZnSO4溶液。故D不正确。答案D2.如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为：X外电路YB.若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为ZnC.若两电极都是金属，则它们的活动性为XYD.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应解析由图可知电子的流动方向是X外电路Y，则电流的方向就为Y外电路X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。答案C3.下列装置中能构成原电池产生电流的是()解析B、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原
4、电池；A项不符合原电池的构成条件；C项中Cu与HNO3反应能构成原电池。答案C学习任务一、原电池的工作原理及电极反应【观图助学】如图：用葡萄发电让闹钟正常走的实验中，工作原理是什么呢？你能用日常生活中的东西设计原电池吗？提示略【名师点拨】1.原电池的工作原理2.一般电极反应式的书写方法3.已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。【典例1】(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：_；负极反应式：
5、_；总反应方程式：_。(2)有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。Zn发生_反应，是_极，电极反应式是_。Ag2O发生_反应，是_极，电极反应式是_。答案(1)2H2e=H2Fe2e=Fe2FeH2SO4=FeSO4H2(2)氧化负Zn2e2OH=Zn(OH)2还原正Ag2O2eH2O=2Ag2OH【深度思考】1.书写原电池电极反应式，应注意电解质溶液参加反应，与电解池电极反应式不同。2.原电池正极反应与负极反应相加，一定等于总反应。变式训练1如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电
6、池，回答下列问题。(1)正极是_(填名称，下同)发生_反应，电极反应式为_。(2)负极是_，发生_反应，电极反应式为_。(3)电池总反应的化学方程式为_。答案(1)铁还原4H2O4e=4OH2H2(2)硅氧化Si6OH4e=SiO3H2O(3)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2学习任务二、原电池原理的应用【合作交流】1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？提示粗锌。2.将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？提示a。【名师点拨】1.加快氧化还原反应的速率例如：锌与稀H2SO4溶液反应
7、时，加入少量CuSO4能使产生H2的速率加快。2.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3.设计化学电源(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。(2)确定电极材料以电池两个电极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液。发生氧化反应的物质作负极材料，如果发生氧化反应的物质是金属单质，可用该金属直接作负极，选惰性电极或较不活泼的金属作正极。确定电解质溶液对单池原电池，一般选用反应物中的电解质溶液。对双池原电池，则两个单池中选用的电解质溶液不同。【关键提醒】不能自发进行的氧化还原反应不能设计成原电池，能自发进行的放
8、热的氧化还原反应多数可以设计成原电池。 【典例2】根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl2要求：(1)画出此原电池的装置图，装置采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。解析将该反应拆成两个半反应： Fe2e=Fe2(氧化反应), 2Fe32e=2Fe2(还原反应)。负极发生氧化反应，电极材料应选参加反应的单质Fe，正极发生还原反应，电极材料应选比铁不活泼的金属或石墨等导体。电解质溶液铁极池中选不能与铁反应的FeCl2溶液，正极选与铁能反应的FeCl3溶液。答案(1)装置图如下：(2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如上图所示。【深度思考】设计
9、成双池原电池，避免了负极金属与电解质溶液的直接接触发生反应，从而避免能量损失，且能提供稳定电流。变式训练2X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是WZ；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是()A.XZWY B.ZXYWC.XYZW D.YWZX解析在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极，阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。因此，X、Y相连时，X为负极，则活
10、动性XY；Z、W相连时，电流方向是WZ，则活动性ZW；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活动性XZ；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活动性WY。综上所述，可以得出金属的活动性顺序：XZWY。答案A1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有KNO3琼脂的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应式为Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同A. B. C. D.解析铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu
11、作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此C正确。答案C2.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SO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Zn作负极，Cu作正极发生还原反应，A项错误；负极发生的反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，而该交换膜是阳离子交换
12、膜，因此Zn2由甲池交换到乙池，故甲池中硫酸根离子浓度几乎不变，B、D选项错误，C选项正确。答案C3.下列关于原电池的叙述中正确的是()A.构成原电池的两极必须是两种不同金属B.原电池是将化学能转化为电能的装置C.原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原答案B4.利用反应Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2设计一个原电池，正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_；电解质溶液是_。解析根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu2e=Cu2，2Fe32e=2Fe2；然后结
13、合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Fe3得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3的材料，如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3的电解质溶液，如FeCl3溶液等。答案Pt(或C)2Fe32e=2Fe2CuCu2e=Cu2FeCl3溶液5.有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：(1)A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极，活动性_。(2)C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C，活动性_。(3)A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，活动性_。(4)B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液
14、中，D极发生氧化反应，活动性_。(5)用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，活动性_。综上所述，这五种金属的活动性从强到弱的顺序为_。答案(1)AB(2)CD(3)AC(4)DB(5)BEACDBE课时作业基 础 练1.100 mL 2 molL1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是()A.加入适量的6 mol/L的盐酸B.加入数滴氯化铜溶液C.加入适量蒸馏水D.加入适量的氯化钠溶液解析A项，加入6 molL1的盐酸，会使产生的H2总量增加；B项，加入CuCl2溶液后，Zn置换出Cu，Cu附着在Zn上，形成原电池，加快反应速率；C、D两项，蒸
15、馏水和NaCl溶液都会稀释原盐酸溶液，使反应速率减慢。答案B2.如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，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MNPA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本题通过电极变化来确定电极，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。答案C3.如图所示的装置，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬吊在盛水的烧杯中，使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是()A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状况C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜解析滴入
16、CuSO4溶液后，形成原电池，Fe作负极，Ag作正极，在铁圈上：Fe2e=Fe2，使铁圈质量减少；在Ag圈上：Cu22e=Cu，生成的Cu附着在Ag上，使Ag圈质量增多，所以银圈向下倾斜。答案D4.按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表示()AgNOa棒的质量b棒的质量溶液的质量A. B. C. D.解析在这个原电池中，负极：Fe2e=Fe2，正极：Age=Ag，使a棒减轻、b棒增重，溶液中NO不变，溶液的质量减轻。答案D5.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原
17、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。答案C6.在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出，溶液pH变大B.a是正极，b是负极C.导线中有电子流动，电子从a极流向b极D.a极上发生了氧化反应解析本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性ab(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：a(负)极：ane=an(氧化反应)b(正)极：nHne=H2(还原反应)由于正极消耗H，溶液中H减小，pH增大。在外电路
18、中，电子由a极流出经检流计流向b极。答案B7.某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu22e=CuC.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b分别连接直流电流正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动解析a和b不连接时，不能构成原电池。铁与铜发生置换反应，生成的铜附着在铁片上，A项正确；a和b用导线连接，构成原电池，溶液中的Cu2得到电子生成铜在铜片上析出，B项正确；无论a和b是否连接，都是铁片不断溶解生成Fe2，溶液中的Cu2不断得到电子生成Cu，溶液颜色
19、从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确；a和b分别连接直流电源正、负极时，铜片做阳极，失电子生成铜离子，溶液中铜离子向阴极移动，在阴极上得到电子，D项错误。答案D8.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。下列说法中不正确的是()A.由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al3e=Al3B.由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al3e4OH=Al(OH)4C.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu2e=Cu2D.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu2e=Cu2解析原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现
20、特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与NaOH溶液反应，而镁不能与NaOH溶液反应等。答案C9.微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是()A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区D.电池总反应为C6H12O66O2=6CO26H2O解析A.根据C元素的化合价的变化，C6H12O6生成二氧化碳的反应为氧化反应，应在负极生成，错误；B.微生物加速了葡萄糖的腐蚀，促进了反应中电子的转移，正确；C.原电池中阳离子向正极移动，正确；D.电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，正确，答案选A
21、。答案A10.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()A.Li是正极，电极反应为Lie=LiB.Li是负极，电极反应为Lie=LiC.MnO2是负极，电极反应为MnO2e=MnOD.Li是负极，电极反应为Li2e=Li2解析由总反应可知，Li元素在反应后化合价升高(01)，Mn元素在反应后化合价降低(43)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Lie=Li，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2e=MnO。答案B11.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如
22、图所示。(1)原电池的负极反应是_，正极反应是_。(2)电流的方向是_。(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗_g 锌，有_个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是_(设溶液体积不变)。解析产生0.075 mol H2，通过0.075 mol20.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)0.075 mol65 gmoL14.875 g，N(e)0.15 mol6.021023 moL19.031022，c(H2SO4)0.75 molL1。答案(1)Zn2e=Zn
23、22H2e=H2(2)由Cu极经导线流向Zn极(3)4.8759.0310220.75 molL112.(1)控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如图所示的原电池。请回答下列问题：反应开始时，乙中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。甲中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。电流表读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作_(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为_。(2)利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_。解析(1
24、)根据反应2Fe32I=2Fe2I2，原电池的电极反应：负极：2I2e=I2，发生氧化反应。正极：2Fe32e=2Fe2，发生还原反应。反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；当电流表读数为0时反应已平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe32I2Fe2I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为：I22e=2I；左侧石墨作负极，电极反应式为2Fe22e=2Fe3。(2)Cu作负极，O2在正极上得电子：O24e4H=2H2O。答案(1)氧化2I2e=I2还原2Fe32e=2Fe2正I22e=2I(2)O24e4H=2H2O素 养 练13.某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动
25、性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 molL1的稀硫酸中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：负极_, 正极_。 (2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：负极_, 正极_。 总反应离子方程式为_。 (3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_活动性更强，而乙会判断出_活动性更强(填写元素符号)。 (4)由此实验，可得到如下哪些结论？_。A.利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的电解质B.镁的金属性不一
26、定比铝的金属性强C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D.该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析解析(1)甲池中电池总反应方程式为MgH2SO4=MgSO4H2，Mg作负极，电极反应式为Mg2e=Mg2；Al作正极，电极反应式为2H2e=H2。(2)乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成Al(OH)4，电极反应式为2Al8OH6e=2Al(OH)4；正极产物为H2，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2。(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极，若根据
27、负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。(4)选AD。Mg的金属活动性一定比Al强，金属活动性顺序表是正确的，应用广泛。答案(1)Mg2e=Mg22H2e=H2(2)2Al8OH6e=2Al(OH)46H2O6e=6OH3H22Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(3)MgAl(4)AD14.某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_。方案：有人利用F
28、e、Cu作电极设计成原电池，以确定它们活动性的相对强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：_；负极反应式：_。方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性相对强弱的简单实验方案(与方案、不能雷同)：_，用离子方程式表示其反应原理：_。解析比较或验证金属活动性相对强弱的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证，也可以利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可以利用金属单质间的置换反应来完成。答案方案：Fe2H=Fe2H2方案：2H2e=H2Fe2e=Fe2方案：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(合理即可)FeCu2=CuFe2