第22講原電池的工作原理1.宏觀辨識與微觀探析：以鋅銅原電池為例，從宏觀和微觀的角度，分析理解原電池的工作原理，能正確判斷原電池的正極和負極，會書寫其電極反應式。2.變化觀念與平衡思想：進一步理解化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化，認識從簡單原電池發(fā)展到帶有鹽橋原電池的變化過程，并能理解帶有鹽橋原電池的實用性。一、原電池的工作原理1．原電池的構(gòu)成條件(1)定義：能把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)構(gòu)成條件：2．實驗探究：鋅銅原電池的工作原理(含鹽橋)裝置示意圖注：鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠現(xiàn)象鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換化學能轉(zhuǎn)化為電能微觀探析在硫酸鋅溶液中，負極一端的Zn失去電子形成Zn2＋進入溶液在硫酸銅溶液中，正極一端的Cu2＋獲得電子變成Cu沉積在銅片上電子或離子移動方向電子：負極流向正極鹽橋：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液工作原理負極：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反應)正極：Cu2＋＋2e－=Cu(還原反應)總反應：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu【特別提醒】(1)鹽橋作用：離子通道，形成閉合回路。避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應，減少電流的衰減。(2)原電池輸出電能的能力，取決于組成原電池的反應物的氧化還原能力。【歸納總結(jié)】原電池的工作原理二、原電池的應用1．加快化學反應速率在鋅與稀H2SO4反應時加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發(fā)生置換反應生成Cu，從而形成Cu－Zn微小原電池，加快產(chǎn)生H2的速率。2．金屬活動性強弱比較一般來說，作負極的金屬的活動性強于正極金屬。如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。由此可判斷出a是負極、b是正極，且金屬活動性：a>b。3．設計原電池理論上，任何一個自發(fā)的氧化還原反應，都可以設計成原電池。(1)外電路負極——化合價升高的物質(zhì)正極——活潑性弱的物質(zhì)，一般選碳棒(2)內(nèi)電路：化合價降低的物質(zhì)作電解質(zhì)溶液。如：2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2①化合價升高的物質(zhì)負極：Cu②活潑性較弱的物質(zhì)正極：C③化合價降低的物質(zhì)電解質(zhì)溶液：FeCl3示意圖【方法技巧】設計原電池時電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇(1)電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極材料發(fā)生反應。但若是兩個半反應分別在兩個燒杯中進行，則燒杯中的電解質(zhì)溶液應有與電極材料相同元素的陽離子。(2)電池的電極材料必須能導電。考點01原電池的構(gòu)成及工作原理【例1】原電池工作時A．正極發(fā)生氧化反應 B．負極發(fā)生氧化反應C．電子從正極流出 D．負極質(zhì)量一定減輕【答案】B【解析】原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發(fā)生氧化反應。電子經(jīng)導線傳遞到正極，正極得到電子，發(fā)生還原反應，B正確，A、C不正確；負極電極材料不一定失去電子，例如燃料電池中，電極不參與反應，D不正確，答案選B。【變式1-1】下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是A．只有(甲) B．只有(乙) C．只有(丙) D．除(乙)均可以【答案】C【分析】原電池的構(gòu)成條件是：①有兩個活潑性不同的電極，②將電極插入電解質(zhì)溶液中，③兩電極間構(gòu)成閉合回路，④能自發(fā)的進行氧化還原反應，據(jù)此判斷。【解析】A．沒有用導線連接形成閉合回路，所以不能構(gòu)成原電池，故A錯誤；B．兩電極材料相同，所以不能構(gòu)成原電池，故B錯誤；C．有兩個活潑性不同的電極，且兩電極插入電解質(zhì)溶液中，兩電極間構(gòu)成閉合回路，能自發(fā)的進行氧化還原反應，所以該裝置能構(gòu)成原電池，故C正確；D．乙醇是非電解質(zhì)，且電極和乙醇不能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應，所以不能構(gòu)成原電池，故D錯誤；故選C。【變式1-2】如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下：在卡片上，描述合理的是實驗后的記錄：①Zn為正極，Cu為負極。②H+向負極移動。③電子流動方向：從Zn經(jīng)外電路流向Cu。④Cu極上有H2產(chǎn)生。⑤若有1mol電子流過導線，則產(chǎn)生H2為0.5mol。⑥正極的電極反應式為Zn-2e-===Zn2+。A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【答案】B【解析】①Zn可與硫酸發(fā)生氧化還原反應，而Cu不行，則Zn為負極，Cu為正極，①描述錯誤。②H+向正極移動，②描述錯誤。③電子流動方向為由負極流向正極：從Zn經(jīng)外電路流向Cu，③描述正確。④Cu極上氫離子得電子生成氫氣，則有H2產(chǎn)生，④描述正確。⑤若有1mol電子流過導線，則2mol氫離子得電子產(chǎn)生0.5molH2，⑤描述正確。⑥負極的電極反應式為Zn-2e-===Zn2+，⑥描述錯誤。綜上所述，答案為B。考點02原電池電極的判斷和電極反應式的書寫【例2】用銅片、銀片設計成如圖所示的原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是A．電子通過鹽橋從乙池移向甲池B．鹽橋中K+向左移動C．開始時，銀片上發(fā)生的反應是Ag-e-=Ag＋D．電路中每轉(zhuǎn)移2mole-，正極材料增重216g【答案】D【分析】銅比銀活潑，則該原電池中銅片為負極、銀片為正極，負極反應式為：Cu-2e-=Cu2+，正極反應式為：Ag＋+e-=Ag，據(jù)此分析解答。【解析】A．電子從銅片經(jīng)外電路流向銀片，不經(jīng)鹽橋，A錯誤；B．鹽橋中陽離子向正極移動，則K+向右移動，B錯誤；C．銀片上發(fā)生的反應是：Ag＋+e-=Ag，C錯誤；D．每轉(zhuǎn)移2mole-，正極生成2molAg，增重為，D正確；故答案選D。【變式2-1】下圖為鋅銅原電池示意圖。下列有關(guān)敘述正確的是A．外電路電子由銅片流向鋅片B．鋅片上發(fā)生還原反應C．銅片做正極，電極反應是：D．鹽橋中的陽離子移向銅電極【答案】D【分析】銅鋅原電池中，因鋅的金屬性比銅強，則鋅片發(fā)生失去電子的氧化反應，作負極，電極反應式為Zn-2e-═Zn2+，銅為正極，發(fā)生得到電子的還原反應，電極反應式為：Cu2++2e-=Cu，原電池工作時，電子從負極鋅沿導線流向正極銅，內(nèi)電路中陽離子移向正極Cu，陰離子移向負極Zn，據(jù)此分析解答。【解析】A．在原電池工作時，外電路中電子由負極(鋅片)沿導線經(jīng)過電流計流向正極(銅片)，故A錯誤；B．鋅片為負極，鋅失電子生成鋅離子，發(fā)生氧化反應，故B錯誤；C．銅片做正極，溶液中的Cu2+在銅片上得電子生成銅，電極反應式為：Cu2++2e-=Cu，故C錯誤；D．原電池工作時，陽離子向正極移動，鹽橋中的陽離子移向銅電極，故D正確；故選：D。【變式2-2】鋅銅原電池裝置如圖，下列說法中不正確的是A．原電池工作時，電子從電極流出，極上的電極反應為B．該裝置中和不直接接觸，使電流更持續(xù)更穩(wěn)定C．溶液的作用是離子導體，可用溶液代替D．鹽橋中的移向溶液【答案】D【分析】比活潑，為負極，為正極。【解析】A．原電池工作時，電子從電極流出，極上的電極反應為，A正確；B．該裝置中和沒有直接接觸，使電流更持續(xù)更穩(wěn)定，B正確；C．溶液的作用是離子導體，沒有參與反應，可用溶液代替，C正確；D．鹽橋中的移向負極區(qū)溶液，D錯誤；故選D。考點03原電池的設計【例3】某原電池的總反應離子方程式為：，不能實現(xiàn)該反應的原電池為A．正極為Cu，負極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B．正極為Fe，負極為Zn，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液C．正極為C，負極為Fe，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液D．正極為Ag，負極為Fe，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液【答案】B【解析】自發(fā)的氧化還原反應可以設計成原電池；根據(jù)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋可以判斷，鐵作負極發(fā)生氧化反應生成亞鐵離子，比Fe活潑性弱的Cu、Ag或C棒作正極，電解質(zhì)溶液中含有Fe3＋在正極放電發(fā)生還原反應生成亞鐵離子；鋅做負極，鋅會發(fā)生氧化反應生成鋅離子，故B不符合題意；故選B。【變式3-1】原電池的電極名稱不僅與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)。下列說法中不正確的是A．由Al、Cu、稀硫酸組成原電池，其負極反應式為Al-3e－=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池，其負極反應式為Al-3e－+4OH－=AlO+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池，其負極反應式為Cu-2e－=Cu2+D．由Al、Cu、濃硝酸組成原電池，其負極反應式為Cu-2e－=Cu2+【答案】C【解析】A．由Al、Cu、稀硫酸組成原電池中，Al能與稀硫酸反應，所以Al被氧化做負極，電極反應為Al-3e－=Al3+，A正確；B．由Mg、Al、NaOH溶液組成原電池中，Al能與NaOH溶液反應，所以Al被氧化做負極，生成偏鋁酸根，電極反應為Al-3e－+4OH－=AlO+2H2O，B正確；C．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成原電池中，F(xiàn)e比Cu的還原性強，所以Fe被氧化做負極，電極反應為Fe-2e－=Fe2+，C錯誤；D．由Al、Cu、濃硝酸組成原電池中，Al發(fā)生鈍化，所以Cu被氧化做負極，電極反應式為Cu-2e－=Cu2+，D正確；綜上所述答案為C。【變式3-2】理論上不能設計為原電池的化學反應是A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) D．2FeCl3(aq)+Fe(s)=3FeCl2(aq)【答案】B【分析】設計成原電池，反應必須為自發(fā)的氧化還原反應。【解析】A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)為氧化還原反應，可以設計成原電池；B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)不是氧化還原反應，不能設計成原電池；C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)是氧化還原反應，可以設計成原電池；D．2FeCl3(aq)+Fe(s)=3FeCl2(aq)是氧化還原反應，可以設計成原電池；所以符合題意的為B；答案選B。考點04原電池的應用【例4】a、b、c都是金屬，a中混有c時。a先腐蝕；a與b組成原電池時，a為電池的正極。a、b、c三種金屬的活動性順序為A．a(chǎn)>b>c B．a(chǎn)>c>b C．b>c>a D．b>a>c【答案】D【解析】a、b、c都是金屬，a中混有c時，a先腐蝕，活潑性a>c；原電池中，一般負極金屬的活潑性大于正極金屬的活潑性，因此a與b組成原電池時，a為電池的正極，活潑性b>a；結(jié)合以上分析可知，a、b、c三種金屬的活動性順序為b>a>c；故選D。【變式4-1】X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X和Y組成原電池時，Y為電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X【答案】C【解析】X浸入Z的硝酸鹽溶液中，有Z析出，說明X能置換出Z，故活潑性X＞Z；根據(jù)原電池原理，金屬活潑性強的容易失電子，在原電池中作負極，所以活潑性Y＞X；故答案選C。【變式4-2】有A、B、D、E四種金屬，當A、B組成原電池時，電子流動方向A→B；當A、D組成原電池時，A為正極；B與E構(gòu)成原電池時，電極反應式為：E2++2e-=E，B-2e-=B2+則A、B、D、E金屬性由強到弱的順序為A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥EC．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E【答案】D【解析】當A、B組成原電池時，電子流動方向A→B，則金屬活潑性為A＞B；當A、D組成原電池時，A為正極，則金屬活潑性為D＞A；B與E構(gòu)成原電池時，電極反應式為：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去電子，則金屬活潑性為B＞E，綜上所述，金屬活潑性為D＞A＞B＞E，故答案為：D。1．下列裝置能構(gòu)成原電池的是A． B．C． D．【答案】B【解析】A．沒有構(gòu)成閉合的回路，故不能構(gòu)成原電池，A錯誤；B．Cu、Fe為活潑性不同的兩個電極，F(xiàn)e為負極、Cu為正極，CuCl2為電解質(zhì)溶液，B正確；C．四氯化碳為有機物，非電解質(zhì)，無法電離離子，C錯誤；D．在兩個燒杯中，沒有構(gòu)成閉合的回路，D錯誤；故答案為：B。2．對于原電池的電極名稱，下列敘述有錯誤的是（）A．發(fā)生氧化反應的為負極 B．正極為電子流入的一極C．比較不活潑的金屬為負極 D．電流的方向由正極到負極【答案】C【解析】A．原電池中，失電子發(fā)生氧化反應的為負極，故A正確；B．原電池中電子由負極經(jīng)外電路流向正極，則正極為電子流入的一極，故B正確；C．一般情況下，比較不活潑的金屬為正極，活潑金屬為負極，故C錯誤；D．原電池中電子由負極經(jīng)外電路流向正極，電子與電流流向相反，電流的方向由正極到負極，故D正確；答案選C。3．根據(jù)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu的反應原理設計一個原電池，當鐵為負極時，正極不可以選用的材料是A．鉑B．石墨C．銅D．鋅【答案】D【解析】當鐵做負極時，正極的金屬材料的金屬活動性應該弱于鐵的金屬活動性，所以鋅不可選，D項符合題意。4．關(guān)于下圖所示的原電池，下列說法正確的是

A．該裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學能B．鋅片為正極C．石墨電極上發(fā)生還原反應D．電流出鋅片通過導線流向石墨【答案】C【解析】A.該裝置為原電池，將化學能轉(zhuǎn)化為電能，A錯誤；B.鋅是活潑的金屬，石墨是非金屬，鋅片為負極，石墨為正極，B錯誤；C.石墨電極為正極，氫離子發(fā)生得到電子的還原反應，C正確；D.鋅片為負極，石墨為正極，電流出石墨通過導線流向鋅片，D錯誤；答案選C。5．下列反應不可用于設計成原電池的是()A．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O B．2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2OC．Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑ D．4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3【答案】A【解析】A、碳酸鈣和鹽酸的反應不是氧化還原反應，因為沒有元素化合價升降，所以不能設計成原電池；B、甲醇的燃燒屬于自發(fā)的氧化還原反應且該反應放熱，所以能設計成原電池；C、鋅和鹽酸的反應屬于自發(fā)的氧化還原反應且該反應放熱，所以能設計成原電池；D、鋁和氧氣的反應屬于自發(fā)的氧化還原反應且該反應放熱，所以能設計成原電池；綜上所述，本題選A。6．如圖所示的水果電池中，電子的流向正確的是()A．鋅片→LED燈→銅片B．銅片→LED燈→鋅片C．鋅片→柳橙→銅片D．銅片→柳橙→鋅片【答案】A【解析】柳橙提供電解質(zhì)溶液，鋅的活潑性比銅強，鋅為負極失電子，電子從鋅片出來，沿導線經(jīng)LED燈流向正極銅，故選A。7．下圖為銅鋅原電池示意圖，下列說法正確的是()A．鋅片逐漸溶解B．燒杯中溶液逐漸呈藍色C．電子由銅片通過導線流向鋅片D．鋅為正極，銅為負極【答案】A【分析】原電池中較活潑的金屬作負極，發(fā)生失去電子的氧化反應，正極發(fā)生得到電子的還原反應，據(jù)此解答。【解析】A．鋅的金屬性強于銅，鋅是負極，鋅片逐漸溶解，A正確；B．銅是正極，溶液中的氫離子放電，則燒杯中溶液不會呈藍色，B錯誤；C．鋅是負極，銅是正極，電子由鋅片通過導線流向銅片，C錯誤；D．鋅為負極，銅為正極，D錯誤；答案選A。8．下列關(guān)于原電池的敘述中，正確的是A．電極只能由兩種不同的金屬構(gòu)成B．負極發(fā)生的電極反應是還原反應C．工作時其正極不斷產(chǎn)生電子并經(jīng)外電路流向負極D．能將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋敬鸢浮緿【解析】A．構(gòu)成原電池的兩極可以是兩種活潑性不同的金屬，也可以是一種金屬和一種非金屬，錯誤；B．據(jù)原電池原理知，原電池負極失去電子，發(fā)生氧化反應，錯誤；C．電子經(jīng)外電路由負極流向正極，錯誤；D．原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，正確；答案選D。9．下列說法正確的是A．原電池中，負極上發(fā)生的反應是還原反應B．原電池中，電流的方向是負極—導線—正極C．雙液原電池中的鹽橋也可以用金屬導線代替D．原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極【答案】D【解析】A．原電池中，負極上發(fā)生氧化反應，故A錯誤；B．原電池中，電流的方向是電子移動方向的反方向，應是正極?導線?負極，故B錯誤；C．鹽橋的作用是通過離子的定向移動，構(gòu)成閉合回路，不能用金屬導線代替，故C錯誤；D．在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極，故D正確；故選D。10．下圖中能組成原電池產(chǎn)生電流的是()A． B． C． D．【答案】B【解析】分析：構(gòu)成原電池的條件是活潑性不同的電極，插入電解質(zhì)溶液并形成閉合回路。詳解：A選項中兩個電極的活動性相同，不能構(gòu)成原電池，A選項錯誤；B選項中具備構(gòu)成原電池的條件，可以形成原電池，能夠產(chǎn)生電流，B選項正確；C選項中酒精是非電解質(zhì)，沒有電解質(zhì)溶液，同時兩個電極的活動性相同，不能構(gòu)成原電池，C選項錯誤；D選項中，Zn與ZnSO4不能夠發(fā)生氧化還原反應，所以該裝置不能自發(fā)進行氧化還原反應，所以不能形成原電池，D選項錯誤；正確選項B。11．某原電池裝置如圖所示，當該電池形成閉合回路時，鹽橋中的K+向右做定向移動，下列說法錯誤的是A．反應能夠自發(fā)進行B．電極的電極反應式為C．反應過程中Ni電極的質(zhì)量會減小D．Cr、Ni兩種金屬的還原性強弱順序為Cr>Ni【答案】C【分析】鹽橋中的K+向右做定向移動，所以Ni電極為正極，Cr電極為負極。【解析】A．原電池反應為自發(fā)的放熱反應，又原電池的反應為，所以反應能夠自發(fā)進行，故A正確；B．Cr電極為負極，發(fā)生失電子的氧化反應，反應式為，故B正確；C．Ni電極為正極，發(fā)生還原反應，反應式為Ni2++2e-=Ni，則反應過程中Ni電極的質(zhì)量會增加，故C錯誤；D．原電池的反應為，則Ni、Cr兩種金屬的還原性強弱順序為Cr>Ni，故D正確；故答案為：C。12．如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝置的下列說法正確的是A．電子流動方向為：X→外電路→Y→溶液→XB．若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為ZnC．移向X電極，Y電極上有氫氣產(chǎn)生D．X極上發(fā)生的是還原反應，Y極上發(fā)生的是氧化反應【答案】C【解析】A．根據(jù)電子流動的方向，X為負極，Y為正極，電子從負極流出，經(jīng)導線流向正極，電子不能經(jīng)過電解質(zhì)溶液，選項A錯誤；B．X為負極，Zn為活潑金屬，作負極，石墨作正極，選項B錯誤；C．原電池中，陰離子向負極移動，移向X電極，稀硫酸作為電解質(zhì)，正極上產(chǎn)生，選項C正確；D．X為負極，失去電子，發(fā)生氧化反應，Y極為正極，得電子發(fā)生的是還原反應，選項D錯誤；答案選C。13．銅鋅原電池工作時，下列敘述不正確的是A．負極反應為Zn－2e－===Zn2＋B．電池反應為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外電路中，電子從銅電極流向鋅電極D．鹽橋中的K＋移向CuSO4溶液【答案】C【解析】在原電池中，負極為較活潑金屬，失電子發(fā)生氧化反應，在外電路中，電子從負極移向正極，在溶