1、第二单元 化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理目标要求1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。一、原电池1原电池定义：将化学能转变为电能的装置。2实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简单原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极，电解质溶液，形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应。二、原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。以铜锌原电池为例：1在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解
2、，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中，Cu2从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn2e=Zn2；铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu22e=Cu。总反应式为ZnCu2=Zn2Cu，反应是自发进行的。2闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，内电路：溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。3盐桥盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2过多，带
3、正电荷。Cu2获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2过少，SO过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl向ZnSO4溶液迁移，K向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。知识点一原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案B解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。2在图中的8个装置中，属于原电池的是()A B C D答案D知识点二原电池的原理3用铜
4、片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U型管)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为Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍能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反应相同A B C D答案C解析该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu2e=Cu2，正极反应式为Age=Ag，因此对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以对。4下图是Zn和Cu形
5、成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是()NO.28Date：2009.11.8实验后的记录：Zn为正极，Cu为负极。H向负极移动。电子流动方向ZnCu。Cu极上有H2产生。若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol。正极的电子反应式为：ZnZn2e。A B C D答案B解析本题考查了锌、铜和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应为：Zn2e=Zn2，Cu为正极，电极反应为2H2e=H2，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向铜片，溶液中H向正极移动，SO向负极移动
6、，故选B。5把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()AABCD BACBD CACDB DBDCA答案C解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性AB、AC、CD、DB，故正确答案为C。知识点三原电池的应用6已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问
7、题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？_。若能，请写出电极反应式，负极：_，正极：_。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)解析(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根据
8、给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu2e=Cu2，正极为石墨，电极反应式为2Fe32e=2Fe2。(3)因为总反应式为FeH2SO4=FeSO4H2，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。7利用反应Fe3Zn=Fe2Zn2设计一个带盐桥的原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为_，电极反应式为_。负极为_，电极反应式为_。此装置中盐桥的作用为_。答案Pt2Fe32e=2Fe2ZnZn2e=Zn2使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性解析根据反应Zn2Fe3=Zn22Fe2知该反应中的氧化反应为Zn2e=Zn2，故应采用Zn片作
9、负极，还原反应为2Fe32e=2Fe2，故应选择比Zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含Zn2的盐溶液如ZnSO4溶液，正极区选含Fe3的溶液作电解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。练基础落实1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)
10、4H2O(l)H0答案A2有关原电池的下列说法中正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中，只有金属锌作为负极C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池工作时，阳离子向负极方向移动答案C解析在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为C。3锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，则负极上发生反应的物质是()AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn答案D解析判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电
11、子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。由题给总方程式得Zn2OH2e=Zn(OH)2，故Zn为负极。4.根据反应：2AgCu=Cu22Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是() AX可以是银或石墨BY是硫酸铜溶液C电子从铜电极经外电路流向X电极DX极上的电极反应式为Age=Ag答案B解析根据题意，铜应为负极，X为正极，则X应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属，A项正确；电解质溶液应含Ag，B项错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，Ag在正极X上得电子，Age=Ag，故C、D项正确。5控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。
12、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，甲中石墨电极上的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解析由反应2Fe32I2Fe2I2可知，反应开始时，甲中Fe3发生还原反应，乙中I发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。 6.科学家正在研究高铁可充电电池，据研究人员推测，这种电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点，将有广泛的应用前景。高铁电池放电时，锌、K
13、2FeO4分别在两极上发生反应，以KOH溶液为电解液，电池总反应为3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列说法中错误的是()A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为 2FeO8H2O6e=2Fe(OH)310OHC电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过1.2041023个电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案C练方法技巧7以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是()A锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B两极上溶解和析出的物质质量相等C锌片溶解31 g，铜片上析出
14、1 g H2D锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol答案A解析在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn2e=Zn2；正极：2H2e=H2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。8下列关于实验现象的描述不正确的是()A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加C把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率
15、加快答案C解析铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H获得由铁片传递过来的电子2H2e=H2，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：ZnCu2=Zn2Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu2Fe3=Cu22Fe2，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应：ZnCu2=Zn2Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H2e=H2的反应，可观察到气泡放出速率加快。9银器皿日久表面会逐渐变成黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池进行“抛光”，其处理方法是：将
16、一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失，试回答：(1)食盐的作用是_。(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为_，正极发生的电极反应为_。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为_，原电池总反应方程式为_。(4)实际操作中，配制食盐水时，通常还加入一定量的小苏打，其主要作用是_，这一反应的化学方程式是_。答案(1)作电解质起导电作用(2)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2(3)2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S2Al3Ag2S6H2O=2Al(OH)33H2S6Ag(4)除
17、去生成的H2S，防止污染空气H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2解析(1)形成原电池需要电解质导电，因此NaCl是作电解质起导电作用。(2)根据题给信息“黑色褪去而银不会损失”，必然发生Ag2SAg变化。铝比银活泼，为负极，失电子变成Al3，反应为：Al3e=Al3。Ag2S变为Ag和S2，得电子，是原电池的正极，反应为：Ag2S2e=2AgS2。(3)溶液中2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S因此，总反应为：2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S(4)硫化氢有毒，需除去，因此，NaHCO3的作用是除去生成的H2S，防止污染空气，反应为：H2SNaHCO3=N
18、aHSH2OCO2。练综合拓展10依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_；(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；X电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。答案(1)铜AgNO3溶液(2)正Age=AgCu2e=Cu2(3)CuAg解析根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：(1)X的材料为铜，Y是AgNO3溶液。(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Age=Ag
19、。X电极上发生的电极反应式为Cu2e=Cu2。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。11某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，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H2SO4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
20、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介质B镁的金属性不一定比铝的金属性强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(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判断原电池中正、负极”的做法_(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案_。答案(1)Mg2e=Mg22H2e=H2(2)2Al8OH6e=2AlO4H2O6H2O6e=6OH3H22Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)MgAl(4)A
21、D(5)不可靠将两种金属电极连上电流表而构成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而判断电子的流动方向，再来确定原电池的正、负极解析(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2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成AlO，电极反应式为2Al6e8OH=2AlO4H2O；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。(5判断正、负极可根据回路中电流方向或电子流向等进行判断，直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极是不可靠的。