第1課時原電池的工作原理第四章

第一節課程標準1.認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。2.能分析、解釋原電池的工作原理，能設計簡單的原電池。知識點一原電池的工作原理隨堂演練知識點二原電池原理的應用課時精練內容索引索引知識點一原電池的工作原理1．原電池的構成條件(1)定義：能把

轉化為

的裝置。(2)構成條件新知導學化學能電能活潑性不同電解質閉合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飽和溶液的瓊膠現象鋅片

，銅片上

，電流表指針發生_________能量轉換

轉化為_________微觀探析在硫酸鋅溶液中，負極一端的

失去電子形成

進入溶液在硫酸銅溶液中，正極一端的

獲得電子變成

沉積在銅片上電子或離子移動方向電子由

極流向

極鹽橋中的

移向ZnSO4溶液，

移向CuSO4溶液

工作原理負極：Zn－2e－===Zn2＋(

反應)正極：Cu2＋＋2e－===Cu(

反應)總反應：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu逐漸溶解有紅色物質生成偏轉化學能電能ZnZn2＋Cu2＋Cu負正Cl－K＋氧化還原1．原電池中，負極金屬材料失電子，發生氧化反應(

)2．雙液原電池中，鹽橋中陽離子向負極移動，陰離子向正極移動(

)3．鋅銅原電池中，電子由鋅電極經導線流向銅電極，再經電解質溶液流回鋅電極(

)4．原電池工作時，電流方向由電源的負極流向正極(

)微自測

判斷正誤√×××結合下圖中“雙液”鋅銅原電池裝置，交流討論下列問題。交流研討1.金屬鋅、銅的活潑性與電池的正、負極有什么關系？提示：金屬鋅比銅活潑，形成原電池時，鋅作負極，銅作正極。2．鋅銅原電池工作時，鋅片、銅片分別發生怎樣的變化？提示：Zn失去電子變成Zn2＋進入溶液，鋅片逐漸溶解；Cu2＋得到電子變成Cu沉積在銅片上。3．鋅銅原電池工作時，電子在導線中的運動方向是怎樣的？陰離子和陽離子在電解質溶液中的運動方向是怎樣的？提示：電子由鋅片經導線流向銅片，在電解質溶液中，陰離子向負極(鋅片)移動，陽離子向正極(銅片)移動。4．鹽橋的作用是什么？鹽橋中陰、陽離子的運動方向是怎樣的？提示：鹽橋的作用是連接內電路，形成閉合回路，平衡電荷，使原電池不斷產生電流；鹽橋中陰離子(Cl－)向負極移動，陽離子(K＋)向正極移動。1.鹽橋作用：離子通道，形成閉合回路；避免電極與電解質溶液直接反應，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1.某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述正確的是A．電池工作中，鹽橋中的Cl－向負極移動B．負極反應式：2H＋＋2e－===H2↑C．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變D．Fe作正極，發生氧化反應實踐應用√2．下列有關圖甲和圖乙的敘述不正確的是A．均發生了化學能轉化為電能的過程B．Zn和Cu既是電極材料又是反應物C．工作過程中，電子均由Zn電極經導線流向Cu電極D．相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高√索引索引知識點二原電池原理的應用1．加快某些氧化還原反應的速率構成原電池的反應速率比直接接觸的反應速率快。例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應速率快或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產生氫氣的速率加快。2．比較金屬活動性強弱新知導學3．設計原電池理論上，一個自發的氧化還原反應可以設計成原電池，關鍵是選擇合適的電解質溶液和兩個電極。(1)基本方法以氧化還原反應為基礎，確定原電池的正負極、電解質溶液以及電極反應。其方法是還原劑作負極，比負極不活潑的金屬或非金屬導體作正極，氧化劑的溶液作電解質溶液。(2)電解質溶液的選擇電解質溶液一般要能夠與負極發生反應，或者電解

質溶液中溶解的其他物質能與負極發生反應(如空氣中的氧氣)。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液要選擇與電極材料相同的陽離子的鹽溶液。如雙液鋅銅原電池中，負極金屬鋅浸在含有Zn2＋的電解質溶液中，而正極銅浸在含有Cu2＋的電解質溶液中。(3)電極材料的選擇原電池的電極必須能導電。正極和負極之間只有產生電勢差，電子才能定向移動。(4)設計示例設計思路應用示例①以自發進行的氧化還原反應為基礎2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2②將已知氧化還原反應拆分成氧化反應和還原反應兩個半反應，從而確定電極反應氧化反應(負極)：Cu－2e－===Cu2＋還原反應(正極)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋③以兩極反應為依據，確定電極材料及電解質溶液負極：銅電解質溶液：CuCl2溶液正極：石墨(或鉑)電解質溶液：FeCl3溶液④畫出原電池裝置示意圖1．只有放熱的氧化還原反應才能設計成原電池(

)2．將Mg和Al用導線連接放入NaOH溶液中，Al不斷溶解，說明活潑性：Mg＜Al(

)3．足量的Zn與稀H2SO4反應時，滴入CuSO4溶液可以加快反應速率，因為c(SO)增大(

)4．增大電解質溶液的濃度，一定能加快原電池的反應速率(

)微自測

判斷正誤××××回憶所學的原電池的工作原理，結合下列實際問題，進行交流討論。1．利用鋅粉與稀硫酸制取H2，滴加少量CuSO4溶液，可加快反應速率，其原理是什么？提示：滴加少量CuSO4溶液，Zn與CuSO4發生置換反應生成Cu，形成原電池，加快反應速率。2．利用原電池原理，設計實驗比較金屬Mg和Cu的活潑性。提示：將鎂片和銅片用導線連接，插入稀硫酸中，觀察到鎂片溶解，銅片上有氣泡產生，由原電池原理可知，金屬活潑性：Mg>Cu。交流研討3．根據反應：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋設計原電池，確定正極、負極和電解質溶液，寫出正極、負極的電極反應式。提示：負極：Cu，正極：Pt、石墨等；電解質溶液：AgNO3溶液。負極反應：Cu－2e－===Cu2＋；正極反應：2Ag＋＋2e－===2Ag。歸納總結設計原電池時電解質溶液和電極材料的選擇1．電解質溶液一般要能夠與負極材料發生反應。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。1．有A、B、C、D四塊金屬片，進行如下實驗，據此判斷四種金屬的活動性順序是①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發生氧化反應A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞DC．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A實踐應用√2．某實驗興趣小組以Zn和Cu為電極，稀硫酸為電解質溶液研究原電池，并對實驗進行了拓展，以下實驗記錄錯誤的是A．銅片上有氣泡產生，鋅片逐漸溶解B．電子在溶液中從Cu電極流向Zn電極C．把銅片換成石墨，實驗現象相同D．把稀硫酸換成硫酸銅溶液，電流計指針依然偏轉√索引索引隨堂演練1．3.25g鋅與100mL1mol·L－1的稀硫酸反應，為了加快反應速率而不改變H2的產量，可采取的措施是A．滴加幾滴濃鹽酸B．滴加幾滴濃硝酸C．滴加幾滴硫酸銅溶液D．加入少量鋅粒√A.3.25gZn的物質的量n(Zn)＝

＝0.05mol，100mL1mol·L－1的稀硫酸中溶質的物質的量n(H2SO4)＝1mol/L×0.1L＝0.1mol，根據方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知：二者反應的物質的量的比是1∶1，故硫酸過量，反應放出H2要以不足量的Zn為標準計算。滴加幾滴濃鹽酸，增加了溶液中c(H＋)，反應速率加快，A符合題意；B.硝酸具有強氧化性，與Zn反應不能產生氫氣，B不符合題意；C.Zn與CuSO4發生置換反應產生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及硫酸構成原電池，使反應速率加快，但由于Zn消耗，導致反應產生H2的量減少，C不符合題意；D.加入少量的Zn，由于Zn是固體，濃度不變，因此反應速率不變，但由于不足量的Zn的量增加，以Zn為標準反應產生的H2的量增多，D不符合題意；故合理選項是A。2．下列關于如圖裝置(該鹽橋為含KNO3的瓊脂)的說法正確的是A．銀電極是負極B．銅電極上發生的反應為Cu－2e－===Cu2＋C．外電路中的電子是從銀電極流向銅電極D．鹽橋中K＋移向CuSO4溶液√該裝置為有鹽橋的原電池，在原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發生氧化反應，銅比銀活潑，銅是負極，銀是正極，據此分析解答。A.銅電極是負極，故A錯誤；B.銅電極是負極，發生的反應為Cu－2e－===Cu2＋，故B正確；C.銅是負極，銀是正極，外電路中的電子是從銅電極流向銀電極，故C錯誤；D.原電池中，陰離子移向負極，則鹽橋中的陰離子會進入硫酸銅溶液，故D錯誤；故選B。3．控制適合的條件，將反應2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2設計成如圖所示的原電池。下列判斷錯誤的是A．反應開始時，甲中的石墨電極為正極B．反應開始時，乙中的石墨電極上I－發生氧化反應C．電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態D．電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極√根據2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2可知，甲中為FeCl3溶液，石墨上Fe3＋得電子發生還原反應為正極，即2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，乙中是KI溶液，石墨上I－失電子發生氧化反應為負極，即2I－－2e－===I2，當反應達到平衡狀態時沒有電流產生，據此分析解答。A.由上述分析可知，反應開始時，甲中的石墨上Fe3＋得電子發生還原反應為正極，即2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故A正確；B.由上述分析可知，反應開始時，乙中的石墨上I－失電子發生氧化反應為負極，即2I－－2e－===I2，故B正確；C.電流計讀數為零時，沒有電流產生，則反應達到化學平衡狀態，但反應還在進行，沒有停止，故C正確；D.電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，平衡逆向移動，則乙中石墨電極上碘得電子發生還原反應，即I2＋2e－===2I－，為正極，故D錯誤；答案為D。4．回答下列問題：請你將反應Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2設計成原電池，并回答下列問題：(1)該電池的正極材料可以是_____，也可選用___________等代替。由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu失電子發生氧化反應作負極、不如Cu活潑的金屬或導電的非金屬作正極，FeCl3溶液為電解質溶液，則該電池的正極材料可以是Ag，也可選用石墨(C)或Pt。Ag石墨(C)或Pt(2)畫出你所設計的雙液原電池的裝置圖，并標注出電極材料和電解質溶液。由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu作負極，C棒作正極，電解質溶液為FeCl3溶液和CuSO4溶液，用鹽橋相連接成閉合回路，雙液原電池的裝置圖為

。(3)寫出電極反應式：負極__________________，正極_________________。由裝置圖可知，該原電池中，負極的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，正極的電極反應式為Fe3＋＋e－===Fe2＋。Cu－2e－===Cu2＋Fe3＋＋e－===Fe2＋(4)該電池負極材料質量減重3.2g，則電路中通過的電子的數目為___________________。該電池負極材料質量減重3.2g，則反應的Cu的物質的量為n(Cu)＝＝0.05mol，由負極的電極反應式為Cu－2e－===Cu2＋可知，電路中通過的電子的數目為0.05×2×NA＝0.1NA或0.05×2×6.02×1023＝6.02×1022。0.1NA(或6.02×1022)索引索引課時精練題組一原電池的構成及工作原理1.

(2022·西安高二期末)由U形管、質量為mg的鐵棒、質量為mg的碳棒和1L0.2mol·L－1CuCl2溶液組成的裝置如圖所示，下列說法正確的是A．閉合K，電子通過電解質溶液移到碳棒上B．閉合K，鐵棒上有紫紅色固體析出C．閉合K，當電路中有0.3NA個電子通過時，理論上碳棒與鐵棒的質量差為18gD．閉合K，鐵棒表面發生的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu基礎達標√該裝置為原電池，鐵棒作原電池的負極，鐵失去電子發生氧化反應生成亞鐵離子，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，碳棒為正極，溶液中銅離子在正極得到電子發生還原反應生成銅，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu。A.閉合K，電子由鐵棒通過導線移到碳棒上，故A錯誤；B.由分析可知，閉合K，碳棒為正極，溶液中銅離子在正極得到電子發生還原反應生成銅，碳棒上有紫紅色固體析出，故B錯誤；C.閉合K，當電路中有0.3NA個電子通過時，負極上減少的質量為

＝8.4g，正極上增加的質量為

＝9.6g，則理論上碳棒與鐵棒的質量差為8.4g＋9.6g＝18g，故C正確；D.由分析可知，閉合K，鐵棒作原電池的負極，鐵失去電子發生氧化反應生成亞鐵離子，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，故D錯誤；故選C。2．有關電化學知識的描述正確的是A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉化為電能B．某原電池反應為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含KCl飽和溶液的瓊膠C．原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成D．從理論上講，任何能自發進行的氧化還原反應都可設計成原電池√CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化還原反應；KCl和AgNO3發生反應生成AgCl沉淀，會阻止原電池反應的發生；作電極的不一定是金屬，如石墨棒也可作電極。3．火星大氣中含有大量CO2，一種有CO2參加反應的新型全固態電池有望為火星探測器供電。該電池以金屬鈉為負極，碳納米管為正極，放電時說法正確的是A．負極上發生還原反應

B．CO2在正極上得電子C．陽離子由正極移向負極 D．將電能轉化為化學能√根據題干信息可知，放電時總反應為4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放電時負極上的Na失去電子發生氧化反應生成Na＋，故A錯誤；放電時正極上的CO2得到電子生成C，故B正確；放電時陽離子移向正極，故C錯誤；放電時該裝置為原電池，將化學能轉化為電能，故D錯誤。4．圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說法不正確的是A．甲中電池總反應的離子方程式為Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反應2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能夠發生C．鹽橋的作用是形成閉合回路，并使兩邊溶液保持電中性D．乙中有1mol電子通過外電路時，正極有108gAg析出√由題圖甲可知Cd的活動性強于Co，由題圖乙可知Co的活動性強于Ag，即Cd的活動性強于Ag，故Ag不能置換出Cd，B項錯誤。題組二原電池電極的判斷和電極反應式的書寫5.

(2022·泰安寧陽一中高二月考)如圖所示的原電池工作時，右池中Y2O轉化為Y3＋，下列敘述正確的是A．左池中陰離子數目增加B．每消耗1molY2O，轉移3mol電子C．正極的電極反應為2Y3＋＋7H2O－6e－===Y2O＋14H＋D．左池中石墨電極上發生的電極反應為X4＋＋2e－===X2＋√已知原電池工作時右池中Y2O轉化為Y3＋，則右池發生還原反應，右池中的石墨作正極，左池中的石墨作負極，發生氧化反應。左池中石墨電極上發生的電極反應為X2＋－2e－===X4＋，正電荷數增加，要保持溶液呈電中性，鹽橋中的陰離子移向左池，則左池中陰離子數目增加，A項正確、D項錯誤；正極的電極反應為Y2O＋14H＋＋6e－===2Y3＋＋7H2O，每消耗1molY2O，轉移6mol電子，B、C項錯誤。6.一個原電池的總反應方程式為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，該原電池可能為√選項ABCD正極CuAlZnFe負極ZnZnCuZn電解質溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2由總反應式可知，Zn被氧化，失去電子，Zn應為負極；Cu2＋被還原，得電子，即電解質溶液應含Cu2＋，由此排除選項A、C，而且正極金屬應比Zn活動性弱，可排除B選項。7．原電池的電極反應式不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法錯誤的是A．由Fe、Cu、FeCl3溶液組成的原電池，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋B．由金屬Al、Cu和稀硫酸組成的原電池，負極反應式為Al－3e－===Al3＋C．由Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池，負極反應式為Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2OD．由金屬Al、Cu和濃硝酸組成的原電池，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋√鐵比銅活潑，則鐵作負極，負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，故A錯誤；鋁比銅活潑，鋁作負極，負極反應式為Al－3e－===Al3＋，故B正確；雖然鎂比鋁活潑，但鎂不與氫氧化鈉溶液反應，因此鋁作負極，負極反應式為Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，故C正確；Al遇濃硝酸鈍化，則銅作負極，負極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，故D正確。題組三原電池工作原理的應用8．a、b兩個燒杯中均盛有100mL等濃度的稀H2SO4，將足量的兩份鋅粉分別加入兩個燒杯中，同時向a中加入少量CuSO4溶液，下列產生氫氣的體積(V)與時間(t)的關系正確的是√H2SO4的物質的量相等、Zn粉過量，生成的H2的量由H2SO4的物質的量決定。a中部分Zn與CuSO4發生反應置換出Cu并形成鋅、銅、硫酸原電池，反應速率加快，但兩種情況產生H2的體積相等。9.如圖所示裝置，電流表發生偏轉，同時A極逐漸變粗、B極逐漸變細，C為電解質溶液，則A、B、C應是下列各組中的A．A是Zn，B是Cu，C為稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C為稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C為AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C為AgNO3溶液√根據題意可知，在該原電池中，A極逐漸變粗，B極逐漸變細，所以B作負極，A作正極，B的活潑性大于A的活潑性，所以排除A、C選項；A極逐漸變粗，說明有金屬析出，B選項中正極H＋放電析出氫氣，D選項中正極析出金屬Ag，D項正確。10．為了避免鋅片與Cu2＋直接接觸發生反應而影響原電池的放電效率，有人設計了如圖裝置，按要求回答下列問題：(1)此裝置工作時，可以觀察到的現象是______________________________________________________________，電池總反應式為_________________________。能力提升鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質析出，電流表指針發生偏轉Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu該裝置為鋅銅原電池，總反應式為Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，電池工作時，觀察到①鋅片不斷溶解，②銅片上有紅色物質析出，③電流表指針發生偏轉。(2)以上電池中，鋅和鋅鹽溶液組成________，銅和銅鹽溶液組成________，中間通過鹽橋連接起來。鋅半電池銅半電池(3)原電池工作時，硫酸鋅溶液中SO向_______________移動，硫酸銅溶液中SO向________移動。電池工作時，ZnSO4溶液中SO向負極或鋅電極移動，CuSO4溶液中SO向鹽橋移動。鋅電極(或負極)鹽橋(4)此鹽橋內為飽和KCl溶液，鹽橋是通過______的定向移動來導電的。原電池工作時，K＋移向____________________。鹽橋中，K＋向正極區或CuSO4溶液移動，Cl－向負極區或ZnSO4溶液移動，依靠離子的定向移動形成閉合回路而導電。離子