第11講原電池的工作原理（學生版）高一化學講義（人教版2019）

第11第11講原電池的工作原理知識導航知識導航知識精講知識精講一、原電池的基本概念1．概念：原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．本質(zhì)：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區(qū)域進行。3．電極：（1）負極：________電子，發(fā)生________反應； （2）正極：________電子，發(fā)生________反應。4．構(gòu)成原電池的條件：（1）自發(fā)進行的氧化還原反應；（2）兩個活動性不同的電極；（3）電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）；（4）形成閉合回路。二、鋅銅原電池的工作原理工作原理（反應方程式）負極（Zn）正極（Cu）總反應離子方程式：。電子移動方向由極經(jīng)導線流向極（電流方向相反）。離子移動方向陽離子向極移動，陰離子向極移動。三、鹽橋的作用（1）形成閉合回路；（2）平衡電荷，使溶液呈電中性；（3）避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應，減少電流的衰減，提高原電池的工作效率。四、原電池的應用1．比較金屬活動性兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的金屬活潑。2．加快氧化還原反應的速率一個氧化還原反應，構(gòu)成原電池時的反應速率比直接接觸的反應速率快。3．設(shè)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(shè)計成原電池。利用原電池原理設(shè)計和制造原電池，可以將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。對點訓練對點訓練題型一：原電池的工作原理 【例1】理論上不能設(shè)計為原電池的化學反應是（）A．CH4+2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOHNaNO3+H2O【變1】下列關(guān)于原電池的敘述，正確的是（）A．構(gòu)成原電池的正極和負極材料必須是兩種活動性不同的金屬B．原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．在原電池中，電子流出的一極是負極，該電極被還原D．原電池放電時，電流的方向是從負極到正極【例3】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，記錄如下：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0.5molH2；⑥正極的電極反應式為Zn2eZn2+。描述合理的是（）A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【變4】原電池構(gòu)成是有條件的，關(guān)于如圖所示裝置的敘述，錯誤的是A．Cu是負極，其質(zhì)量逐漸減小 B．H+向鐵電極移動C．Cu片上有紅棕色氣體產(chǎn)生 D．Fe電極上發(fā)生還原反應【例5】銅鋅電池原理如圖所示，下列說法正確的是A．b電極反應式為Cu2＋＋2e=CuB．鹽橋中K＋移向a電極C．a(chǎn)電極發(fā)生還原反應D．電子由Zn電極流出，經(jīng)鹽橋溶液流向b電極題型二：帶離子交換膜的原電池【例6】利用反應構(gòu)成的電池，既能實現(xiàn)有效減少氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。下列說法不正確的是A．電流從右側(cè)電極經(jīng)過負載后流向左側(cè)電極B．電極A上發(fā)生氧化反應，電極B為正極C．當有(標準狀況)被處理時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4molD．A電極的電極反應式為【變62】根據(jù)反應2Ag+Cl2=2AgCl設(shè)計的一種原電池的裝置如圖。下列說法正確的是A．負極反應為Cl2+2e－=2Cl－B．放電時，離子交換膜右側(cè)溶液中有白色沉淀生成C．理論上，可以用NaCl溶液代替鹽酸D．當電路中有0.01mole轉(zhuǎn)移時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02mol離子題型三：原電池的應用【變7】有a、b、c、d四種金屬。將a與b用導線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不斷腐蝕；將a、d分別投入同濃度的鹽酸中，d比a反應劇烈；將銅浸入b的鹽溶液中，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷，它們的活動性由強到弱的順序是A．dcab B．dabc C．dbac D．badc【例8】3.25g鋅與100mL1mol·L1的稀硫酸反應，為了加快反應速率而不改變H2的產(chǎn)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?！咀?】設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強。（1）寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________。（2）若要將上述反應設(shè)計成原電池，電極反應式分別是：①負極：___________②正極：___________。（3）畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋題型四：原電池綜合考查【變101】某研究性學習小組根據(jù)反應設(shè)計如圖原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為，溶液的體積均為200mL，鹽橋中裝有飽和溶液?；卮鹣铝袉栴}：（1）此原電池的負極是石墨_____(填“a”或“b”)，電池工作時，鹽橋中的移向_____(填“甲”或“乙”)燒杯。（2）正極反應式為：_______。（3）若不考慮溶液的體積變化，濃度變?yōu)椋瑒t反應中轉(zhuǎn)移的電子為_______mol。提分特訓提分特訓【題1】下圖為番茄電池裝置示意圖，下列說法正確的是A．銅片上發(fā)生氧化反應 B．鋅片質(zhì)量減小，發(fā)生還原反應C．電子由鋅片通過導線流向銅片 D．該裝置可將電能轉(zhuǎn)化為化學能【題2】下列關(guān)于下圖裝置(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(fā)生的反應為Cu2e=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【題3】用陰離子交換膜控制電解液中OH的濃度制備納米Cu2O，反應為2Cu+H2OCu2O+H2裝置如圖，下列說法中正確的是A．電解時Cl通過交換膜向Ti極移動B．陽極的電極反應式：2Cu2e+2OH=Cu2O+H2OC．陰極OH放電，有O2生成D．Ti電極上生成的氣體和Cu電極上生成的固體的物質(zhì)的量之比為2：1【題4】利用反應NO2+NH3→N2+H2O(未配平)消除NO2的簡易裝置如圖所示。下列說法正確的是A．a(chǎn)電極反應式是2NH36e+6OH=N2+6H2OB．消耗4.48LNH3時，被消除的NO2的物質(zhì)的量為0.15molC．若離子交換膜是陽離子交換摸，裝置右室中溶液的堿性減弱D．整個裝置中NaOH的物質(zhì)的量不斷減少【題5】欲提高Cu粉與1.2mol/L的HNO3溶液的反應速度，可加入下列什么試劑（）A．蒸餾水 B．碳酸鈉固體 C．食鹽水 D．AgNO3溶液（少量）【題6】寫出Fe和-Cu-、濃硝酸構(gòu)成的原電池的電極反應式及電池反應式。負極反應式：___________；正極反應式：___________。電池反應式：___________?！绢}7】分別按圖甲乙所示裝置進行實驗，兩個燒杯里的溶液為同濃度的稀硫酸，甲中A為電流表。（1）下列敘述正確的是___________A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負極C．兩燒杯溶液中濃度均減小D．甲產(chǎn)生氣泡的速率比乙慢（2）在甲裝置中，若把稀硫酸換成CuSO4溶液，一段時間后測得某一電極增重12.8g，則該電池反應共轉(zhuǎn)移電子數(shù)目___________（3）甲裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為___________能轉(zhuǎn)化為___________能，乙裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為___________能轉(zhuǎn)化為___________能（4）如果將反應2FeCl3+Fe=3FeCl2設(shè)計成原電池，則正極電極反應為___________，正極材料是___________，負極材料是___________，電解質(zhì)溶液是___________?！绢}8】反應Fe+H2SO4=FeSO4+H2，請回答下列問題。（1）若要使該反應的反應速率加快，下列措施可行的是___(填字母)。A．將鐵粉改為鐵片 B．加入少量醋酸鈉固體C．滴加少量CuSO4 D．將稀硫酸改為98%的濃硫酸（2）若將上述反應設(shè)計成原電池，石墨棒為原電池某一極材料，則石墨棒為___極(填“正”或“負”)。石墨棒上產(chǎn)生的現(xiàn)象為___，該極上發(fā)生的電極反應為___，原電池工作時溶液中的SO移向___極(填正或負)，若反應產(chǎn)生3.36L氣體(已換算成標況下)，則理論上消耗鐵的質(zhì)量是__。（3）實驗后同學們經(jīng)過充分討論，認為符合某些要求的化學反應都可以設(shè)計成原電池。下列化學反應在理論上可以設(shè)計成原電池的是___。A．AgNO3+HCl=AgCl+HNO3B．NaOH+HCl=NaCl+H2OC．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)D．Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O在所選反應中選擇其中某個反應設(shè)計成原電池，該電池負極反應為：___。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】化學電源應用廣泛。某原電池裝置如圖所示，下列說法正確的是A．鋅電極發(fā)生氧化反應B．鋅片和銅片都有O2產(chǎn)生C．電子由銅電極經(jīng)導線流向鋅電極D．原電池工作一段時間后溶液的c(H+)不變【練2】關(guān)于如圖所示的原電池，下列說法正確的是A．鹽橋中的陽離子向硫酸銅溶液中遷移B．可以用銅導線替代圖中的鹽橋C．銅電極發(fā)生氧化反應，其電極反應是D．取出鹽橋后，電流表仍會偏轉(zhuǎn)，鋅電極在反應后質(zhì)量減少【練3】在下圖所示的檸檬水果電池中，外電路上的電子從電極Y流向電極X。若X為鉛電極，則Y可能是A．鋅 B．銀 C．石墨 D．銅【練4】鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是（）A．銅電極上發(fā)生氧化反應B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO42C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰離子、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡【練5】X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活動性由強到弱的順序為（）A．Z＞Y＞X＞W(wǎng) B．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．Z＞Y＞W(wǎng)＞X D．Y＞Z＞X＞W(wǎng)【練6】如圖所示：（1）銅與鋅直接浸在同一電解質(zhì)溶液中，形成了___________池，銅是___________極；鋅是___________極；正極發(fā)生___________反應，負極發(fā)生___________反應。（2）寫出電極反應式：正極：___________負極：___________。（3）溶液中的H+向___________極移動，溶液中的SO向_______