2022年專題第二單元第課時原電池的工作原理

1、第二單元 化學能與電能的轉化第 1 課時 原電池的工作原理學習目標定位 1.以銅鋅原電池為例，熟悉原電池的工作原理。2.會正確判斷原電池的正 極和負極。 3.學會原電池電極反應式的書寫方法。一 原電池的工作原理1按圖所示裝置，完成實驗并回答下列問題：(1)有關的實驗現(xiàn)象有哪些？答案鋅片溶解，銅片加厚變亮，CuSO4 溶液顏色變淺。電流計的指針發(fā)生偏轉。(2)該裝置中的能量變化是化學能轉化為電能。(3)電子流動方向和電流方向 外電路：電子由鋅電極經過導線流向銅電極，電流由銅電極流向鋅電極。內電路：鋅失電子，陰離子移向負極；銅離子得電子，陽離子移向正極。(4)電極反應負極反應式是Zn 2e=Zn2

2、；Cu 2直接在鋅電正極反應式是Cu22e=Cu；電池反應式是Zn Cu2=Zn2Cu。(5)用溫度計測量溶液的溫度，其變化是溶液的溫度略有升高，原因是還有極上得電子被還原，部分化學能轉化成熱能。2按下圖所示裝置，完成實驗，并回答下列問題：(1)實驗過程中，你能觀察到的實驗現(xiàn)象是鋅片溶解，銅片加厚變亮；電流計指針發(fā)生 偏轉； CuSO4 溶液的顏色變淺。(2)用溫度計測量溶液的溫度，其結果是溶液的溫度不升高(或無變化 )；由此可說明CuSO4溶液中的 Cu2不能移向鋅片得電子被還原。(3)離子移動方向硫酸鋅溶液中：Zn 2向鹽橋移動；硫酸銅溶液中：Cu 2向銅極移動；鹽橋中： K移向正極區(qū) (

3、CuSO4 溶液 )，Cl移向負極區(qū) (ZnSO 4 溶液 )。(4)若取出裝置中的鹽橋，電流計的指針是否還會發(fā)生偏轉？為什么？答案不偏轉。如果要使電流計指針發(fā)生偏轉，則該裝置中必須形成閉合回路，若取出鹽橋，很顯然該裝置未構成閉合回路，電流計指針不會發(fā)生偏轉。3實驗結論：與題1 中的原電池裝置相比較，題2 中雙液原電池具有的特點是(1)具有鹽橋。取下鹽橋，無法形成閉合回路，反應不能進行，可控制原電池反應的進行。(2)兩個半電池完全隔開，Cu2無法移向鋅片，可以獲得單純的電極反應，有利于最大程度地將化學能轉化為電能。歸納總結1原電池原理原電池原理是把氧化反應和還原反應分開進行，還原劑在負極上失去

4、電子發(fā)生氧化反應，電子通過導線流向正極，氧化劑在正極上得到電子發(fā)生還原反應。2原電池電極及電極反應特點(1)負極為電子流出極，相對活潑，通常是活動性較強的金屬或某些還原劑，電極被氧化，發(fā)生氧化反應。(2)正極為電子流入極，相對不活潑，通常是活動性較差的金屬或非金屬導體，一般是電解質溶液中的氧化性強的離子被還原或電極上附著物本身被還原，發(fā)生還原反應。3原電池的設計從理論上講， 任何一個自發(fā)的氧化還原反應都可以設計成原電池。溶液和兩個電極。(1)電解質溶液：一般能與負極反應，或者溶解在溶液中的物質關鍵是選擇合適的電解質(如 O2)與負極反應。(2)電極材料：一般較活潑的金屬作負極，較不活潑的金屬或

5、非金屬導體作正極。4原電池的應用 (1)比較金屬活動性強弱。(2)比較反應速率。1用銅片、銀片、Cu(NO 3)2溶液、 AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂 -KNO 3的 U 形管 )構成一個原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是() 在外電路中，電流由銅電極流向銀電極正極反應為Age=Ag 實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作將銅片浸入 AgNO 3 溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池反應相同A B C D答案 C 解析 銅片、銀片、 Cu(NO 3)2 溶液、 AgNO 3 溶液、鹽橋構成一個原電池，Cu 作負極， Ag作正極，其電極反應分別為負極：Cu2e=Cu 2，正極： 2Ag 2e

6、=2Ag ，鹽橋起到了傳導離子、 形成閉合回路的作用，電子的流向是由負極流向正極，電流的方向與電子的流向相反，因此 C 正確。2關于如圖所示的原電池，下列說法正確的是 ( ) A電子從鋅電極通過電流計流向銅電極B鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移C鋅電極發(fā)生氧化反應；銅電極發(fā)生還原反應，其電極反應是2H2e=H 2D取出鹽橋后，電流計仍會偏轉，銅電極在反應前后質量不變答案 A 解析 鋅片作負極，銅片作正極，電子從負極流向正極，A 選項正確；鹽橋中的陰離子向負極移動， B 選項錯誤；負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，銅電極發(fā)生的反應為 Cu 22e=Cu， C 選項錯誤；取出鹽橋后不能形成原電池

7、，銅電極在反應后質量增加，D 選項錯誤。二 原電池的電極判斷及電極反應式的書寫1原電池電極 (正極、負極 )的判斷依據有多種。試填寫下表：判斷依據正極負極電極材料不活潑金屬或非金屬導體活潑金屬電子流向電子流入電子流出電極反應還原反應氧化反應電極現(xiàn)象電極增重或產生氣體電極減輕2.寫出下表中原電池裝置的電極反應和總的化學反應方程式：(1) 負極材料正極材料電解質溶液鐵銅稀硫酸(2) 銅銀硝酸銀(1)正極反應 _ ；負極反應 _ ；總反應方程式 _ 。(2)正極反應 _ ；負極反應 _ ；總反應方程式 _ 。答案(1)2H2e=H2Fe2e=Fe 2Fe H2SO4=FeSO4 H2(2)2Ag2e

8、=2AgCu2e2=CuCu2AgNO 3=Cu(NO 3)22Ag 解析負極失去電子，發(fā)生氧化反應；正極得到電子，發(fā)生還原反應。根據活潑性，(1) 中鐵作負極， (2)中銅作負極。3有一紐扣電池，其電極分別為Zn 和 Ag 2O，以 KOH 溶液為電解質溶液，電池的反應方程式為 ZnAg 2OH2O=2Ag Zn(OH) 2。(1)Zn 發(fā)生氧化反應，是負極，電極反應式是Zn2e2OH=Zn(OH) 2。(2)Ag 2O 發(fā)生還原反應，是正極，電極反應式是Ag 2O2eH 2O=2Ag 2OH歸納總結1一般電極反應式的書寫方法(1)定電極，標得失。按照負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，判斷

9、出電極反應產物，找出得失電子的數(shù)量。(2)看環(huán)境，配守恒。電極產物在電解質溶液的環(huán)境中，應能穩(wěn)定存在，如堿性介質中生成的 H應讓其結合OH生成水。 電極反應式要依據電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等加以配平。(3)兩式加，驗總式。兩電極反應式相加，與總反應方程式對照驗證。2已知總反應式，書寫電極反應式(1)分析化合價，確定正極、負極的反應物與產物。(2)在電極反應式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子守恒。(3)根據質量守恒配平電極反應式。(4) 復雜電極反應式 總反應式 簡單的電極反應式。() 3某電池的總反應為Fe2Fe 3=3Fe 2，能實現(xiàn)該反應的原電池是正極 負極 電解質溶液A Cu F

10、e FeCl3溶液B C Fe Fe(NO 3)2溶液C Fe Zn Fe2(SO4) 3溶液D Ag Fe CuSO4溶液答案 A 解析 能實現(xiàn)反應 Fe2Fe 3=3Fe 2的原電池應符合以下條件：負極為 Fe，正極材料的活潑性比 Fe 差； 電解質溶液應為含 Fe 3的溶液， B、 D 兩項電解質溶液選錯；C 項負極材料選錯。4依據氧化還原反應：2Ag(aq)Cu(s)=2Ag(s) Cu2(aq)設計的原電池圖所示。請回答下列問題：(1)電極 X 的材料是 _；電解質溶液 Y 是_。(2)銀電極為電池的 _極，發(fā)生的電極反應式為 _ ；X 電極上發(fā)生的電極反應式為_ 。(3)外電路中的

11、電子是從 _電極流向 _電極。答案 (1)Cu AgNO 3 溶液(2)正 2Ag2e =2Ag(或 Age =Ag) Cu2e=Cu 2(3)Cu( 負) Ag( 正) 解析 該原電池的電池總反應式為 2Ag(aq) Cu(s)=2Ag(s) Cu 2(aq)，由此可知 X 極是銅，作負極，銀作正極，Y 應是 AgNO 3 溶液。電子從原電池的負極經導線流向正極，即從銅電極流向銀電極。1將純鋅片和純銅片按圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是( ) A兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C兩燒杯中溶液的 pH 均增大D產生氣泡的速率甲比乙慢答案 C

12、解析 圖甲是一個原電池裝置，負極 (Zn) ：Zn2e=Zn 2，正極 (Cu)：2H 2e=H 2 ，形成原電池能加快產生氫氣的速率；圖乙中，Zn 直接與稀 H 2SO4 反應生成 H 2：Zn2H=Zn 2 H2 ，甲、乙兩燒杯中 H 2SO4 均被消耗，溶液的 pH 均增大。2某小組為研究電化學原理，設計了如圖所示裝置。下列敘述不正確的是() Aa 和 b 不連接時，鐵片上會有金屬銅析出Ba 和 b 用導線連接時，銅片上發(fā)生的反應為Cu22e=Cu C無論 a 和 b 是否連接，鐵片均會溶解，溶液均從藍色逐漸變成淺綠色Da 和 b 用導線連接后，電流由鐵電極經導線流向銅電極答案D 2直接

13、發(fā)生氧化還原反應，鐵片上會有金屬銅析出，A 項解析a 和 b 不連接時， Fe 和 Cu正確；若 a 和 b 用導線連接，則構成原電池，此時鐵為負極，銅為正極，電極反應式分別為Fe 2e=Fe 2、 Cu 22e=Cu，B 項正確；分析選項 A、B 可知，選項 C 是正確的；在原電池中，電流應由正極流出，經導線流向負極，故 D 項錯。3某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是 ( ) AFe 作正極，發(fā)生氧化反應B工作一段時間后，兩燒杯中溶液 pH 均不變C負極反應： 2H2e =H2D工作一段時間后，NaCl 溶液中 c(Cl )增大答案 D 解析 該裝置是原電池。A 項，在該原電池中

14、Fe 作負極，發(fā)生氧化反應；B 項，工作一段時間后，左邊的燒杯中會含有大量的 Fe 2，溶液的 pH 減小，右邊燒杯中的 H不斷放電產生氫氣，因此燒杯中溶液 pH 會逐漸增大； C 項，負極反應是 Fe2e=Fe 2；D 項，工作一段時間后，左側燒杯中由于 Fe 2不斷進入溶液，根據溶液呈電中性原則，鹽橋中的 Cl會進入該燒杯溶液中，則該燒杯溶液中 c(Cl)增大。4分析圖所示的四個原電池裝置，結論正確的是 ( ) A中 Mg 作負極，中 Fe 作負極B中 Mg 作正極，電極反應式為 6H 2O6e=6OH3H 2C中 Fe 作電池負極D中 Cu 作正極，電極反應式為 2H2e =H 2答案

15、B 解析 電解質溶液不同，導致兩極反應發(fā)生改變。本題考查原電池的正、負極的判斷和電極反應式的書寫以及學生知識的變遷能力和靈活應變能力。中稀硫酸是電解質溶液，Mg 作負極 (活動性 MgAl) ；中 NaOH 溶液是電解質溶液， Al 作負極 (Mg 不與 NaOH 溶液反應 )；中 Cu 作負極，電極反應式為Cu2e=Cu2，F(xiàn)e 作正極，因為常溫下，F(xiàn)e 遇濃硝酸發(fā)生鈍化； 中 Cu 作正極，電極反應式為2H2OO24e=4OH。5由 A、B、C、D 四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。裝置現(xiàn)象 二價金屬 A 不斷溶解C 極質量增加A 上有氣泡產生根據實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負極的電

16、極反應式是 (2)裝置乙中正極的電極反應式是_ 。_ 。(3)裝置丙中溶液的pH_( 填“ 變大” 、“ 變小” 或“ 不變”)。(4)四種金屬活動性由強到弱的順序是_ 。答案 (1)A 2e=A 2(2)Cu 22e=Cu (3)變大 (4)D ABC 解析 甲、乙、丙均為原電池裝置。依據原電池原理，甲中 A 不斷溶解，則 A 為負極、 B為正極，活動性 AB；乙中 C 極增重，即析出 Cu，則 B 為負極，活動性 BC；丙中 A上有氣泡即H 2 產生，則 A 為正極，活動性DA ，隨著 H的消耗， pH 變大。40 分鐘課時作業(yè)經典基礎題 題組 1 原電池的工作原理1下列說法正確的是 (

17、) 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是為了聯(lián)通電路，所以也可以用金屬導線代替 D在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極答案D B 項，電流的方向應是正極導線 負極； C 項，鹽橋解析A 項，負極上發(fā)生氧化反應；不能用導線代替。2某原電池反應的離子方程式為Fe2H=Fe 2 H2 ，則下列說法中正確的是() A用 HNO 3作電解質溶液 B用鋅作原電池正極 C用鐵作負極，鐵的質量不變 D用銅作原電池正極答案D Fe，電解質溶液為稀鹽酸， 但不能為 HNO 3，解析根據原電池反應式可以確定原電池負極為若為稀 HNO 3，則原電

18、池反應為3Fe8H 2NO3 =2NO 3Fe 24H 2O。3如圖所示裝置中，觀察到電流計指針偏轉，N M 棒變粗， N 棒變細，由此判斷下表中所列M 、N、P 物質，其中可以成立的是() P 選項M 答案C A Zn Cu 稀硫酸B Cu Fe 稀鹽酸C Ag Zn 硝酸銀溶液D Zn Fe 硝酸鐵溶液解析 根據電極現(xiàn)象可以推斷 M 為正極， N 為負極， 電解質溶液應為不活潑金屬的鹽溶液。4如圖所示的裝置中有電流產生以下說法不正確的是 ( ) AFe 是負極， C 是正極3B負極反應式為 Fe3e =FeC內電路中陰離子移向 FeCl2溶液D電流由石墨電極流向 Fe 電極答案 B 解析

19、圖示裝置為原電池，負極 (Fe)：Fe 2e=Fe 2，正極 (C)：2Fe 32e=2Fe 2，A項正確， B 項不正確；內電路中，F(xiàn)e 電極失電子，呈正電，吸引陰離子，C 項正確；外電路中，電流由正極 (C)流向負極 (Fe)，D 項正確。5一個電池反應的離子方程式是 ZnCu 2=Zn 2Cu，該反應的原電池正確組合是 ( ) 選項 A B C D 正極 Zn Cu Cu Fe 負極 Cu Zn Zn Zn 電解質溶液 CuCl 2 H2SO4 CuSO4 HCl 答案 C 解析 該原電池負極為 Zn，正極為比 Zn 不活潑的金屬或石墨等，電解質溶液中含有 Cu 2，故只有 C 選項正確

20、。題組 2原電池的應用() 6根據圖示，可判斷出下列離子方程式中錯誤的是A2Ag(s) Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s) 22BCo (aq) Cd(s)=Co(s) Cd (aq) C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s) Cd 2(aq) D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s) Co2(aq) Cd答案A 解析根據原電池知識，金屬活動性：負極正極，可得三種金屬的活動性順序應為CoAg，則選項中符合此關系的置換反應成立。7有 a、b、c、d 四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a 極質量減小b 極有氣泡產生b 極質量增加c 極無變化實驗裝置部分實驗現(xiàn)

21、象d 極溶解電流從 a 極流向 d 極c 極有氣泡產生由此判斷這四種金屬的活動性順序是 ( ) Aabcd Bbcda Cdabc D abdc 答案 C 解析 由第一個裝置 a 極溶解，故 a為負極，可知金屬活動性 ab，第二個裝置依據金屬活動順序可知金屬活動性 bc；同理第三個裝置 d 極溶解可知， d 極為負極，金屬活動性 dc；由第四個裝置電流從 a 極流向 d 極，則電子從 d 極流向 a 極，故金屬活動性 da，則選項 C符合題意。8下列敘述正確的是() A反應 AlCl 3 4NaOH=NaAlO23NaCl 2H2O 可以設計成原電池BZn 和稀硫酸反應時，加入少量 CuSO4

22、溶液能加快產生 H2 的速率C把 Fe 片和 Cu 片放入稀硫酸中，并用導線把二者相連，觀察到 Cu 片上產生大量氣泡，說明 Cu 與 H2SO4 能發(fā)生反應而 Fe 被鈍化DZnCu 原電池工作過程中，溶液中 H向負極作定向移動答案 B 解析 A 項，屬非氧化還原反應，不能用于設計原電池；B 項，鋅與置換出來的銅在電解質溶液中形成原電池，加快產生 H 2 的速率； C 項，構成原電池，負極 Fe2e=Fe 2，正極2H 2e=H 2 ；D 項， H向原電池的正極作定向移動。9 Mg AgCl 電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池方程式為 2AgCl Mg=Mg 22Ag 2Cl。有關

23、該電池的說法正確的是 ( ) A可用于海上照明供電B負極反應為AgCl e=AgClCMg 為電池的正極DAgCl 為正極，發(fā)生了氧化反應答案 A 解析 MgAgCl 電池工作時將化學能轉化為電能，可用于海上照明供電，A 項正確；該電池中 Mg 發(fā)生氧化反應作電池的負極，反應式為 Mg2e=Mg 2，B、C 項不正確； AgCl發(fā)生還原反應，為電池正極，D 項不正確。10鋰電池是一代新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池。 某種鋰電池的總反應方程式為 Li MnO 2=LiMnO 2，下列說法正確的是 ( ) ALi 是正極，電極反應式為 Li e =LiB

24、Li 是負極，電極反應式為 Li e =LiCMnO 2是負極，電極反應式為 MnO 2e =MnO 22DLi 是負極，電極反應式為 Li 2e =Li答案 B 0413解析 由總反應方程式 L i M nO2=Li M nO2 可知， Li 元素在反應后化合價升高 (01)，Mn 元素在反應后化合價降低 (43)。Li 被氧化，在電池中作負極，電極反應為 Li e=Li，MnO 2 在正極上反應，電極反應為MnO 2e=MnO2 。能力提升題 11某研究性學習小組欲探究原電池的形成條件，結果：按如圖所示裝置進行實驗并得到下表實驗實驗序號A B 燒杯中靈敏的液體電流計指針是否偏轉1 Zn Z

25、n 乙醇無2 Zn Cu 稀硫酸有3 Zn Zn 稀硫酸無4 Zn Cu 苯無5 Cu C 氯化鈉溶液有6 Mg Al 氫氧化鈉溶液有分析上述實驗，回答下列問題：(1)實驗 2 中電流由 _極流向 _極(填“A” 或“B” )。(2)實驗 6 中電子由 B 極經導線流向 A 極，表明負極是 _(填“ 鎂” 或“ 鋁”)電極。(3)實驗 5 表明 _(填字母，下同 )。A銅在潮濕空氣中不會被腐蝕B銅的腐蝕是自發(fā)進行的(4)分析上表有關信息，下列說法不正確的是 _。A相對活潑的金屬一定作負極B失去電子的電極是負極C燒杯中的液體必須是電解質溶液D原電池中，浸入同一電解質溶液中的兩個電極，是活潑性不同

26、的兩種金屬 (或其中一種是非金屬導體 ) 答案 (1)B A (2)鋁 (3)B (4)A 解析 (1)電流是由正極流向負極，實驗 2 中， Cu 為正極， Zn 為負極。 (2)電子由負極流向正極，實驗 6 中電子由 B 極流向 A 極，表明負極是 B(Al) 。(3)實驗 5 是銅的吸氧腐蝕，說明銅的腐蝕是自發(fā)進行的。(4)判斷原電池負極時，不能簡單地比較金屬的活動性，要看反應的具體情況，如 Al 在強堿性溶液中比 Mg 更易失電子， Al 作負極， Mg 作正極；在原電池中負極失去電子，發(fā)生氧化反應； 必須有電解質溶液形成閉合回路；活潑性不同的兩種金屬，或一種金屬和一種能導電的非金屬都可

27、以作電極。12由鋅片、銅片和 200 mL 稀 H 2SO4組成的原電池如圖所示。(1)原電池的負極反應式是 _ ，正極反應式是 _ 。(2)電流的方向是 _ 。(3)一段時間后，當在銅片上放出1.68 L( 標準狀況 )氣體時， H2SO4恰好消耗一半。則產生這些氣體的同時， 共消耗 _ g 鋅，有_個電子通過了導線，原硫酸的物質的量濃度是 _(設溶液體積不變 )。答案 (1)Zn 2e=Zn 2 2H 2e=H 2(2)由 Cu 極流向 Zn 極(3)4.875 9.03 10 22 0.75 mol L1解析 (3)產生 0.075 mol H 2，通過 0.075 mol 20.15

28、mol 電子， 消耗 0.075 mol Zn 和 0.075 mol H 2SO4，所以 m(Zn) 0.075 mol 65 g mol 14.875 g，N(e)0.15 mol 6.02 10 23 mol 19.03 10 22，c(H2SO4)0.075 mol 20.2 L0.75 mol L1。13 (1)利用反應 Cu2FeCl3=CuCl 22FeCl2設計成如圖所示原電池，回答下列問題：寫出電極反應式：正極 _ ；負極 _ 。圖中 X 溶液是 _，Y 溶液是 _。原電池工作時，鹽橋中的 (2)控制適合的條件，將反應_(填“ 陽” 或“ 陰”)離子向 X 溶液方向移動。2F

29、e 32I2Fe 2I2，設計成如圖所示的原電池。請回答下列問題：反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生_(填“ 氧化” 或“ 還原”)反應，電極反應式為_ 。甲中石墨電極上發(fā)生_反應，電極反應式為 _。電流計讀數(shù)為 0 時，反應達到平衡狀態(tài)，此時在甲中加入 FeCl2 固體，則乙中的石墨作_(填“ 正” 或“ 負”)極，該電極的電極反應式為 _ 。(3)利用反應 2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O 可制備 CuSO4，若將該反應設計為原電池，其正極電極反應式為_ 。CuCl 2陽(2)氧化答案(1)2Fe3 2e=2Fe 2Cu 2e=Cu2FeCl32I 2e=I 2還原2Fe 3 2e2=2Fe正I2 2e=2I(3)O 2 4e 4H=2H2O 解析(1)該原電池中Cu 作