第2节 第1课时 原电池的工作原理-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（鲁科版2019选择性必修1）

第一章 化学反应与能量转化 第二节 化学能转化为电能—电池 第1课时 原电池的工作原理 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解原电池的工作原理。 2．能写出电极反应式和电池反应方程式。 3．学会设计简单原电池装置。。 重点：原电池原理。 难点：电极反应式和电池反应方程式。 一、铜锌原电池实验探究 （1）实验装置 （2）实验现象 检流计指针 电极表面变化情况 Ⅰ 发生 锌片质量 ，铜片质量 Ⅱ 发生 锌片质量 ，铜片质量 （3）电极材料及电极反应 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 反应类型 反应 反应 电池反应 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 电子流向 由 极通过导线流向 极 离子移向 阳离子移向 极，阴离子移向 极 盐桥作用 构成闭合回路，使离子通过，传导电流 【易错警示】外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。 二、原电池的工作原理 （1）原电池 ①定义：能把 转化为 的装置。 ②电极名称及电极反应。 负极：电子 的一极，发生 反应； 正极：电子 的一极，发生 反应。 ③原电池的构成条件。 a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种 和一种能导电的 )。 b．将电极插入 溶液。 c．构成闭合回路。 d．能自发发生的 反应。 （2）工作原理 外电路中电子由 极流向 极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向 极，阳离子移向 极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）原电池是把化学能转化为电能的一种装置。( ) （2）原电池中，负极材料一定比正极材料活泼。 ( ) （3）原电池工作时，负极发生氧化反应。 ( ) （4）原电池中，电流由负极经导线流向正极。 ( ) （5）铜锌原电池中，溶液中的阳离子移向锌极。 ( ) （6）铜锌原电池中若将盐桥移走，仍可构成原电池。( ) （7）铜与铝做电极，铝一定做负极( ) （8）所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。 ( ) （9）CaO＋H2O=Ca(OH)2是放热反应，可设计成原电池。（ ） （10）反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现。( ) 2．将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：_________________________，负极反应式：__________________________；总反应方程式：__________________________。 3、为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置， 按要求完成以下填空： （1）此装置在工作时，可以观察到的现象是________________，电池的总反应式为___________________________________。 （2）原电池工作时，CuSO4溶液中SO42－向________移动。 （3）盐桥是通过________的定向移动实现导电的，若此盐桥内为KCl饱和溶液，则该电池在工作时，K+移向________（填“正”或“负”）极。 ►问题一 原电池的组成 【典例1】如图所示的装置能够组成原电池的是( ) A B C D 【解题必备】构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。 （3）三看是否形成闭合回路 ①有电解质溶液或熔融的电解质 ②两电极直接或间接接触 ③两电极插入电解质溶液中。 【变式1-1】（2024辽宁省沈阳市第二十中学阶段测试）下图所示各种装置中能构成原电池的是 A．①⑥ B．③⑥ C．①③⑥ D．①⑤⑥ 【变式1-2】（2024山西省阳泉市城区瑞源教育培训学校4月联考）下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． ►问题二 原电池的工作原理 【典例2】下列说法正确的是( ) A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应 B．原电池中，电流的方向是负极－导线－正极 C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替 D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 【解题必备】以铜锌原电池为例分析： 【变式2-1】（2024天津市部分区期末）下列关于如图所示转置的叙述中，正确的是 A．该装置将电能转变为化学能 B．在铜片表面被氧化 C．电子从片经导线流向片 D．为原电池的负极 【变式2-2】（2024天津市部分区期末）如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法不正确的是    A．锌片为负极，其附近的溶液有Zn2＋产生 B．溶液中的H+向锌电极移动，SO向铜电极移动 C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能” D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不改变 ►问题三 原电池正负极的判断 【典例3】（2024山西省临汾市部分学校期末） 如图装置中，电流表指针发生偏转且作原电池负极的是 A． B． C． D． 【解题必备】原电池正负极的判断方法： 【变式3-1】（2024广东省佛山市期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是 A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子 C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动 【变式3-2】（2024山东省济南市7月期末）将转化为人类使用的能源有利于实现“碳达峰”，某电池利用和获取工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．该电池中电极b作负极 B．工作时，电极a产生的电极反应式为 C．工作时质子向电极a迁移 D．当消耗时，理论上电极b消耗 ►问题四 原电池的应用 【典例4】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 【解题必备】原电池工作原理的应用： 1、加快化学反应速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。 2、比较金属的活动性强弱：对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。 3、设计原电池：（1）理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。 （2）外电路，负极—还原性较强的物质被氧化；正极—氧化性较强的物质被还原。 （3）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。 【变式4-1】某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是( ) 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)2溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe CuSO4溶液 【变式4-2】根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是( ) A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq) ►问题五 原电池的设计 设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。 负极：________，电极反应：______________________________________________。 正极：________，电极反应：________________________________________________。 【解题必备】原电池的设计方法——“两极一液一连线”： （1）根据电池总反应式写出电极反应式。 （2）电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。 （3）电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。 （4）形成闭合回路。 【变式5-1】一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池正确组合是( ) 选项 A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 【变式5-2】（2024陕西省汉中市7月期末校际联考） 下列组合中，不能使装置中的电流表指针发生偏转的是 选项 a b 试剂X A C 溶液 B 蔗糖溶液 C 稀硫酸 D 稀盐酸 A．A B．B C．C D．D 1．（2024重庆市育才中学校高二上学期期中）下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是 A．银锌纽扣电池 B．冶炼金属钠 C．电暖风扇 D．煤气灶 A．A B．B C．C D．D2023-2024学年考试化学试题 2．（2024云南省玉溪市江川区第一中学、通海县第一中学4月联考）一般情况下，下列化学（或离子）方程式正确且能设计成原电池的是 A． B． C． D． 3．（2024云南省昆明高新区浙附中学学业水平模拟）某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 A．只有装置Ⅰ中电流表指针偏转 B．只有装置Ⅱ中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转2023-2024学年高一下学期考 化学试题 4．（2024四川省成都蓉城联盟期末联考）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为硫酸铜溶液，则a电极有红色固体析出 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀硫酸，则b电极发生氧化反应 C．若a为Zn，b为Ag，c为硫酸铜溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Fe，b为Cu，c为浓硝酸，则负极发生的电极反应式为 5．（2024浙江省学考适应模拟6月期末） 利用铜片、铁片、锌片、石墨棒、导线、烧杯和稀硫酸组装成以下装置。下列说法正确的是 A．装置甲和装置乙中铁片上均无气泡产生 B．装置丙中，电子从铁片经导线流向石墨棒 C．三个装置中铁片质量减小的速率从大到小的顺序为乙>甲>丙 D．装置乙中铁片为正极，电极反应式为 6．（2024四川省达州市期末监测）某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行以下实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流指针偏转方向 ① 稀硫酸 偏向 ② 稀硫酸 偏向 ③ 、石墨 稀硫酸 偏向___________ ④ 溶液 偏向 下列说法错误的是 A．实验③电流指针偏向石墨 B．实验①为正极，实验④为负极 C．实验②用浓硫酸代替稀硫酸，可加快反应速率，电极反应不变 D．实验证明金属做原电池的正极还是负极，与本身的还原性和电解质溶液的成分有关 7．NO有毒，会污染环境，某化学兴趣小组，拟用甲烷与NO的反应设计成原电池对NO进行无污染处理，装置如下图所示，下列说法不正确的是 A．该装置将化学能转化为电能 B．通入甲烷的一极发生的是氧化反应 C．正极反应为： D．电池的总反应为： 8．（2024新疆维吾尔自治区皮山县高级中学高二上学期1月期末）某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。 按照实验步骤依次回答下列问题： （1）锌电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 ；铜电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 。 （2）导线中电子流向由 流向 (用a、b表示)。 （3）若装置中铜电极的质量增加0.64g，则导线中转移的电子的物质的量为 ； （4）若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2+，会加速Zn电极的腐蚀、还可能导致电流在较短时间内衰减。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________(填代号)。 A．NaOH B．Zn C．Fe D．H2SO4 （5）反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度是 (填增大，减小或不变)。 1．（2024河北省九校联盟期中）能量变化是化学研究的重要内容之一。下列设备工作时将化学能转化为电能的是               A．铅蓄电池 B．氧炔焰焊接金属 C．硅太阳能电池 D．太阳能热水器 A．A B．B C．C D．D 2．（2024贵州省贵阳清华中学5月联考）原电池原理在生活中的应用非常广泛，下列有关电池的说法正确的是 A．硅太阳能电池与燃料电池一样，都是将化学能转化为电能 B．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．将镁和铝用导线连接放入氢氧化钠溶液中组成原电池，镁电极作为负极 3．分析如图所示的四个原电池装置，下列结论正确的是( ) A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极 D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 4．（2024安徽县中联盟5月联考）教师在课堂上通过以下装置对原电池的工作原理和形成条件开展了实验探究，结合探究判断下列说法错误的是 A．装置①②③的能量主要转化形式相同 B．装置②能形成原电池，负极的电极反应式为 C．装置②③对比实验的目的是：探究原电池电极材料应满足的条件 D．对比①②中Cu片上是否有气泡，可预测②中电流表指针会偏转 5．（2024辽宁省沈阳市第一二0中学第一次质量监测）根据原电池原理，下列有关说法正确的是 A．若为为为酒精，则该装置能够实现化学能到电能的转化 B．若为为为溶液，负极发生的电极反应式为： C．若X为为为硫酸铜，每转移电子，正极质量增加 D．若为为为稀硫酸，则向电极附近移动 6．某化学兴趣小组设计的一个简易的原电池装置如图，室温下进行了四组实验。下列说法正确的是    实验标号 ① ② ③ ④ a电极材料 石墨 石墨 铁单质 铁单质 b溶液(足量) 溶液 浓硝酸 溶液 稀硫酸 A．实验①中正极的电极反应式为 B．实验②中电流表的指针会发生偏转，向a电极移动 C．当实验③中外电路通过电子时，理论上电极的质量增加 D．实验④放电过程中，a电极质量减少b溶液的酸性增强 7．（2024广东省东莞市7月期末教学质量检查）某学习小组为探究影响原电池电流大小的因素，利用Zn为负极，稀硫酸为电解质溶液，选取不同的正极材料，设计了如下实验。 实验编号 硫酸浓度() 硫酸体积(mL) 正极材料 电极间距离(cm) 电流(A) 1 1.00 100 Cu 1.0 2 2.00 100 Cu 1.0 3 2.00 100 Cu 2.0 4 2.00 100 Fe 1.0 已知：实验所用电极浸没在稀硫酸中的表面积相同，稀硫酸在反应前后体积保持不变。 （1）请写出实验1中Zn电极的反应式 。 （2）实验1和实验2的目的是探究 对电流强度的影响；实验 和实验4可探究不同电极材料对电流强度的影响。 （3）甲同学在进行实验4时发现电解质溶液变为浅绿色，推测是电池内部发生了副反应所致，请用离子方程式表示该副反应 。 （4）证明， 。 （5）实验2在0~10min内收集到22.4mL(标准状况)，用硫酸表示的该时间段内反应速率为 。 （6）请写出一个可能影响原电池电流大小的因素 (表中因素除外)。 8．（2024黑龙江省大庆铁人中学期中）回答下列问题。 （1）理论上不能设计为原电池的化学反应是 。 a．4Li＋FeS2=Fe＋2Li2S b．CH4+2O2=CO2+2H2O c．Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2. d．CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4 （2）某小组为探究Fe与Fe3+能否发生氧化还原反应，设计如下图所示双液原电池(盐桥中为饱和KNO3溶液的琼脂)。 该装置石墨棒上发生的电极反应式为 ，盐桥中向 烧杯移动(填“甲”或“乙”)。 （3）某学习小组设计如图所示装置，有效降低含氮化合物的排放，同时充分利用化学能，相同温度和压强下，A，B两电极产生气体的体积比为 ，B电极的电极反应方程式为 。 ( 6 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（5）铜锌原电池中，溶液中的阳离子移向锌极。 ( ) （6）铜锌原电池中若将盐桥移走，仍可构成原电池。( ) （7）铜与铝做电极，铝一定做负极( ) （8）所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。 ( ) （9）CaO＋H2O=Ca(OH)2是放热反应，可设计成原电池。（ ） （10）反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现。( ) 【答案】（1）√（2）×（3）√（4）×（5）×（6）×(7) ×(8)×(9)×(10)√ 2．将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：_________________________，负极反应式：__________________________；总反应方程式：__________________________。 【答案】2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋ Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ 3、为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置， 按要求完成以下填空： （1）此装置在工作时，可以观察到的现象是________________，电池的总反应式为___________________________________。 （2）原电池工作时，CuSO4溶液中SO42－向________移动。 （3）盐桥是通过________的定向移动实现导电的，若此盐桥内为KCl饱和溶液，则该电池在工作时，K+移向________（填“正”或“负”）极。 【答案】（1）检流计的指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出 Zn+Cu2+＝Zn2++Cu（2）盐桥（3）离子 正 【解析】（1）该装置为铜锌原电池，总反应式为Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+，该电池工作时，观察到检流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。（2）该电池工作时，CuSO4溶液中SO42－向盐桥移动。（3）在原电池中，盐桥是通过离子定向移动实现导电的，若盐桥内为KCl饱和溶液，K+向正极移动。 ►问题一 原电池的组成 【典例1】如图所示的装置能够组成原电池的是( ) A B C D 【答案】B 【解析】A不能自发进行氧化还原反应；C没有形成闭合回路；乙醇为非电解质。 【解题必备】构成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行放热的氧化还原反应 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。 （3）三看是否形成闭合回路 ①有电解质溶液或熔融的电解质 ②两电极直接或间接接触 ③两电极插入电解质溶液中。 【变式1-1】（2024辽宁省沈阳市第二十中学阶段测试）下图所示各种装置中能构成原电池的是 A．①⑥ B．③⑥ C．①③⑥ D．①⑤⑥ 【答案】C 【解析】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应。装置①③⑥具备这四个条件，为原电池；②中电极相同，不能构成原电池；④中酒精是非电解质，不能构成原电池，⑤中没有形成闭合回路，不能构成原电池。C项正确。 【变式1-2】（2024山西省阳泉市城区瑞源教育培训学校4月联考）下列装置能形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】原电池的构成一般条件：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③形成闭合回路，④有自发进行的氧化还原反应。酒精为非电解质，不能导电，不能形成闭合回路，不满足原电池构成条件②③，A不符合题意；由图示知，两个电极相同，不满足原电池构成条件①，B不符合题意；选项所给装置满足原电池的构成条件，C符合题意；图示两个烧杯未连通，不能形成闭合回路，不满足原电池构成条件③，D不符合题意。 ►问题二 原电池的工作原理 【典例2】下列说法正确的是( ) A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应 B．原电池中，电流的方向是负极－导线－正极 C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替 D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 【答案】D 【解析】A项，负极上发生氧化反应；B项，电流的方向应是正极－导线－负极；C项，盐桥不能用导线代替。 【解题必备】以铜锌原电池为例分析： 【变式2-1】（2024天津市部分区期末）下列关于如图所示转置的叙述中，正确的是 A．该装置将电能转变为化学能 B．在铜片表面被氧化 C．电子从片经导线流向片 D．为原电池的负极 【答案】D 【解析】锌和铜插在稀硫酸的电解质溶液中构成原电池，锌作负极发生氧化反应，铜作正极发生还原反应。该装置是将化学能转化为电能的原电池，A项错误；氢离子在铜片表面被还原生成氢气，B项错误；电子从负极锌片经导线流向正极铜片，C项错误；锌为原电池负极，失去电子发生氧化反应生成锌离子，D项正确。 【变式2-2】（2024天津市部分区期末）如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法不正确的是    A．锌片为负极，其附近的溶液有Zn2＋产生 B．溶液中的H+向锌电极移动，SO向铜电极移动 C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能” D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不改变 【答案】B 【解析】锌活泼性比铜强，电解液为硫酸，则锌片为负极，锌失去电子变为锌离子，因此其附近的溶液有Zn2＋产生，A项正确；根据原电池“同性相吸”，则溶液中的SO向锌电极移动，H+向铜电极移动，B项错误；原电池是化学能变为电能，LED灯发光，则电能变为光能，其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”，C项正确；如果将锌片换成铁片，铁片为负极，铜为正极，和图中正负极一致，则电路中的电流方向不改变，D项正确。 ►问题三 原电池正负极的判断 【典例3】（2024山西省临汾市部分学校期末） 如图装置中，电流表指针发生偏转且作原电池负极的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】酒精溶液不是电解质溶液，电流表指针不偏转，A项错误；该装置中铁作负极，石墨作正极，电解质溶液为稀硝酸，B项正确；锌比铁活泼，锌作负极，C项错误；电极材料相同，无电流产生，电流表指针不偏转，D项错误。 【解题必备】原电池正负极的判断方法： 【变式3-1】（2024广东省佛山市期末）“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和原理如图所示。下列说法正确的是 A．Mg片做电池的正极 B．空气中的氧气得到电子 C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的向石墨片移动 【答案】B 【解析】镁为活泼金属，失去电子作为负极，石墨为正极。镁为活泼金属，做电池的负极，失去电子发生氧化反应，A项错误；溶解在食盐水中的氧气在石墨电极得到电子，发生还原反应，B项正确；原电池将化学能转化为电能，小汽车将电能通过发动机转化为动能，C项错误；溶液中的阴离子向原电池中负极镁片移动，D项错误。 【变式3-2】（2024山东省济南市7月期末）将转化为人类使用的能源有利于实现“碳达峰”，某电池利用和获取工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．该电池中电极b作负极 B．工作时，电极a产生的电极反应式为 C．工作时质子向电极a迁移 D．当消耗时，理论上电极b消耗 【答案】D 【解析】由图可知，二氧化碳发生还原反应、氢气发生氧化反应生成甲烷和CO混合气，则a为正极、b为负极。由分析可知，该电池中电极b作负极，A项正确；工作时，电极a上二氧化碳得到电子发生还原反应产生，电极反应式为，B项正确；原电池工作时，阳离子质子向正极电极a迁移，C项正确；部分二氧化碳转化为CO，生成CO和CH4的各自物质的量是多少不知道，故不能判断消耗时，理论上电极b消耗氢气的物质的量，D项错误。 ►问题四 原电池的应用 【典例4】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 【答案】C 【解析】由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a＞b，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性b＞c，第三个装置的金属活动性d＞c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d＞a。 【解题必备】原电池工作原理的应用： 1、加快化学反应速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。 2、比较金属的活动性强弱：对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。 3、设计原电池：（1）理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。 （2）外电路，负极—还原性较强的物质被氧化；正极—氧化性较强的物质被还原。 （3）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。 【变式4-1】某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是( ) 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)2溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe CuSO4溶液 【答案】A 【解析】能实现反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋的原电池应符合以下条件：①负极为Fe，正极材料的活泼性比Fe差；②电解质溶液应为含Fe3＋的溶液，B、D两项电解质溶液选错；C项负极材料选错。 【变式4-2】根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是( ) A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq) 【答案】A 【解析】根据原电池知识，金属活动性：负极＞正极，可得三种金属的活动性顺序应为Cd＞Co＞Ag，则选项中符合此关系的置换反应成立。 ►问题五 原电池的设计 设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。 负极：________，电极反应：______________________________________________。 正极：________，电极反应：________________________________________________。 【答案】(答案合理即可) Zn Zn－2e－===Zn2＋ Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 【解析】由题意知所要求设计的装置图中有盐桥，分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。 【解题必备】原电池的设计方法——“两极一液一连线”： （1）根据电池总反应式写出电极反应式。 （2）电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。 （3）电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。 （4）形成闭合回路。 【变式5-1】一个电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池正确组合是( ) 选项 A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 【答案】C 【解析】该原电池负极为Zn，正极为比Zn不活泼的金属或石墨等，电解质溶液中含有Cu2＋，C项正确。 【变式5-2】（2024陕西省汉中市7月期末校际联考） 下列组合中，不能使装置中的电流表指针发生偏转的是 选项 a b 试剂X A C 溶液 B 蔗糖溶液 C 稀硫酸 D 稀盐酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】电流表指针不能发生偏转，说明不能构成原电池；Fe、C是不同的电极，Fe和溶液反应生成硫酸亚铁和铜，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，故A不符合题意；蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能形成闭合回路，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，B符合题意；Zn的金属活泼性比Fe强，Zn和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，C不符合题意；铜、锌是不同的电极，盐酸溶液与锌的反应是自发的氧化还原反应，能形成闭合回路，可以形成原电池，有电流产生，D不符合题意。 1．（2024重庆市育才中学校高二上学期期中）下列装置或过程能实现化学能转化为电能的是 A．银锌纽扣电池 B．冶炼金属钠 C．电暖风扇 D．煤气灶 A．A B．B C．C D．D2023-2024学年考试化学试题 【答案】A 【解析】银锌纽扣电池，是原电池的原理，是将化学能转化为电能，A项正确；冶炼金属钠，是电能转化为化学能，B项错误；电暖风扇，是将电能转化为热能，C项错误；煤气的成分天然气燃烧，是化学能转化为热能，D项错误。 2．（2024云南省玉溪市江川区第一中学、通海县第一中学4月联考）一般情况下，下列化学（或离子）方程式正确且能设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】是非氧化还原反应，不能设计成原电池，A项错误；是非氧化还原反应，不能设计成原电池，B项错误；不能发生，C项错误；是自发的氧化还原反应，可以设计成原电池，D项正确。 3．（2024云南省昆明高新区浙附中学学业水平模拟）某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 A．只有装置Ⅰ中电流表指针偏转 B．只有装置Ⅱ中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转2023-2024学年高一下学期考 化学试题 【答案】B 【解析】装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转。装置Ⅰ不能形成原电池，电流表指针不发生偏转，A项错误；装置Ⅱ构成原电池，电流表指针偏转，B项正确；装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转，C项错误；装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转，D项错误。 4．（2024四川省成都蓉城联盟期末联考）根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是 A．若a为Ag，b为Cu，c为硫酸铜溶液，则a电极有红色固体析出 B．若a为Zn，b为Cu，c为稀硫酸，则b电极发生氧化反应 C．若a为Zn，b为Ag，c为硫酸铜溶液，每转移0.2mol电子，b电极质量增加6.4g D．若a为Fe，b为Cu，c为浓硝酸，则负极发生的电极反应式为 【答案】C 【解析】Ag无法置换硫酸铜中的铜，不存在自发的氧化还原反应，不能实现化学能转化为电能，A项错误；Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，B项错误；锌比银活泼，锌为负极，银为正极，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，转移0.2mol电子，生成0.1molCu，即正极质量增加0.1mol×64g/mol=6.4g，C项正确；铁比铜活泼，但铁遇浓硝酸会钝化，故铜做负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，D项错误。 5．（2024浙江省学考适应模拟6月期末） 利用铜片、铁片、锌片、石墨棒、导线、烧杯和稀硫酸组装成以下装置。下列说法正确的是 A．装置甲和装置乙中铁片上均无气泡产生 B．装置丙中，电子从铁片经导线流向石墨棒 C．三个装置中铁片质量减小的速率从大到小的顺序为乙>甲>丙 D．装置乙中铁片为正极，电极反应式为 【答案】D 【解析】装置乙中Zn的活泼性比Fe强，Zn做负极，Fe做正极，正极上氢离子得电子生成氢气，装置乙中铁片上有气泡产生，A项错误；装置丙中，未形成闭合回路，不能构成原电池，B项错误；装置甲中Fe做负极，是电子生成Fe2+，质量减小，装置乙中Fe做正极被保护，铁片质量不变，装置丙中发生普通化学反应，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，形成原电池能加快反应速率，则铁片质量减小的速率：甲>丙>乙，C项错误；装置乙中铁片为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为，D项正确。 6．（2024四川省达州市期末监测）某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行以下实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流指针偏转方向 ① 稀硫酸 偏向 ② 稀硫酸 偏向 ③ 、石墨 稀硫酸 偏向___________ ④ 溶液 偏向 下列说法错误的是 A．实验③电流指针偏向石墨 B．实验①为正极，实验④为负极 C．实验②用浓硫酸代替稀硫酸，可加快反应速率，电极反应不变 D．实验证明金属做原电池的正极还是负极，与本身的还原性和电解质溶液的成分有关 【答案】C 【解析】实验③中Al是负极、石墨是正极，电流指针偏向石墨，A项正确；实验①电流指针偏Al，为正极。实验④电流指针偏Mg，为负极、Mg为正极，B项正确；实验②用浓硫酸代替稀硫酸，Al电极钝化，所以Cu是负极、Al是正极，C项错误；根据上述实验，金属做原电池的正极还是负极，与本身的还原性和电解质溶液的成分有关，D项正确。 7．NO有毒，会污染环境，某化学兴趣小组，拟用甲烷与NO的反应设计成原电池对NO进行无污染处理，装置如下图所示，下列说法不正确的是 A．该装置将化学能转化为电能 B．通入甲烷的一极发生的是氧化反应 C．正极反应为： D．电池的总反应为： 【答案】D 【解析】该装置为原电池，将化学能转化为电能，A项正确；甲烷作负极，通入甲烷的一极发生的是氧化反应，B项正确；NO在正极 生还原反应，生成无污染的氮气，正极反应为：，C项正确；电池的总反应为：，D项错误。 8．（2024新疆维吾尔自治区皮山县高级中学高二上学期1月期末）某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。 按照实验步骤依次回答下列问题： （1）锌电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 ；铜电极为电池的 极，电极上发生的是 反应(“氧化”或“还原”)，电极反应式为 。 （2）导线中电子流向由 流向 (用a、b表示)。 （3）若装置中铜电极的质量增加0.64g，则导线中转移的电子的物质的量为 ； （4）若ZnSO4溶液中含有杂质Cu2+，会加速Zn电极的腐蚀、还可能导致电流在较短时间内衰减。欲除去Cu2+，最好选用下列试剂中的___________(填代号)。 A．NaOH B．Zn C．Fe D．H2SO4 （5）反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度是 (填增大，减小或不变)。 【答案】（1）负 氧化 正 还原 （2）a b （3）0.02mol （4）B （5）减小 【详解】（1）由图知，该原电池为双液原电池，锌电极为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为，铜电极为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为； （2）导线中电子流向由负极流向正极，即a流向b；（3）由电极反应式知，铜电极的质量增加0.64g，，则导线中转移的电子的物质的量为0.02mol； （4）NaOH不仅能沉淀Cu2+、也能沉淀Zn2+，A不符合题意；Zn与Cu2+发生置换反应生成Cu和Zn2+，经过滤可以除去，B符合题意；Fe与Cu2+发生置换反应生成Cu和Fe2+，引入新杂质，C不符合题意；硫酸不能除去Cu2+，D不符合题意。（5）铜电极的电极反应式为，反应一段时间后右侧烧杯中Cu2+浓度将减小。 1．（2024河北省九校联盟期中）能量变化是化学研究的重要内容之一。下列设备工作时将化学能转化为电能的是               A．铅蓄电池 B．氧炔焰焊接金属 C．硅太阳能电池 D．太阳能热水器 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【解析】铅蓄电池工作时，通过发生氧化还原反应产生电能，是将化学能转化为电能，A符合题意；氧炔焰焊接金属时，利用乙炔在氧气中燃烧产生的高温将金属熔化，则将化学能转化为热能，B不符合题意；硅太阳能电池是将太阳能(或光能)转化为电能，C不符合题意；太阳能热水器是将太阳能转化为热能，D不符合题意。 2．（2024贵州省贵阳清华中学5月联考）原电池原理在生活中的应用非常广泛，下列有关电池的说法正确的是 A．硅太阳能电池与燃料电池一样，都是将化学能转化为电能 B．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．将镁和铝用导线连接放入氢氧化钠溶液中组成原电池，镁电极作为负极 【答案】B 【解析】硅太阳能电池是将太阳能转化为电能，A项错误；氧化还原反应中存在电子的转移，任何自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，B项正确；原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是金属和非金属，如铁和石墨在稀硫酸中也能构成原电池，还可以都是金属铂或石墨，如氢氧燃料电池，C项错误；NaOH溶液与镁不反应，NaOH溶液与铝反应生成Na[Al(OH)4]和H2，铝电极作为负极，镁电极作为正极，D项错误。 3．分析如图所示的四个原电池装置，下列结论正确的是( ) A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极 D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 【答案】B 【解析】电解质溶液不同，导致两极反应发生改变。当稀硫酸是电解质溶液时，Mg作负极(活动性Mg＞Al)；当NaOH溶液是电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)；③中Cu作负极，反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe作正极，因为常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化；④中Cu作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 4．（2024安徽县中联盟5月联考）教师在课堂上通过以下装置对原电池的工作原理和形成条件开展了实验探究，结合探究判断下列说法错误的是 A．装置①②③的能量主要转化形式相同 B．装置②能形成原电池，负极的电极反应式为 C．装置②③对比实验的目的是：探究原电池电极材料应满足的条件 D．对比①②中Cu片上是否有气泡，可预测②中电流表指针会偏转 【答案】A 【解析】由图可知，装置①③不构成原电池，而装置②构成了原电池。装置①③是化学能转化为热能，而装置②是化学能转化为电能，A项错误；装置②满足形成原电池的条件，锌作负极，发生氧化反应，失去电子生成，电极反应式为，B项正确；装置②中锌、铜在稀硫酸中构成原电池，装置③中两电极都是锌电极，不能形成原电池，则装置②③对比实验的目的是探究原电池电极材料应满足的条件，C项正确；装置①没有构成闭合回路，不能形成原电池，锌片上有气泡逸出，铜片上没有气泡逸出，装置②中锌、铜在稀硫酸中构成原电池，锌片溶解，铜片上有气泡逸出，电流表指针会偏转，D项正确。 5．（2024辽宁省沈阳市第一二0中学第一次质量监测）根据原电池原理，下列有关说法正确的是 A．若为为为酒精，则该装置能够实现化学能到电能的转化 B．若为为为溶液，负极发生的电极反应式为： C．若X为为为硫酸铜，每转移电子，正极质量增加 D．若为为为稀硫酸，则向电极附近移动 【答案】D 【解析】酒精属于非电解质，它们不能构成原电池，不能实现化学能转化为电能，A项错误；Mg虽然比Al活泼，但Mg不与NaOH溶液反应，铝能与NaOH溶液反应，因此铝为负极，Mg为正极，负极反应式：，B项错误；锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，正极反应式：，即每转移电子，可生成1molCu，对应质量为6.4g，C项错误；锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，原电池中阴离子向着负极移动，即向电极附近移动，D项正确。 6．某化学兴趣小组设计的一个简易的原电池装置如图，室温下进行了四组实验。下列说法正确的是    实验标号 ① ② ③ ④ a电极材料 石墨 石墨 铁单质 铁单质 b溶液(足量) 溶液 浓硝酸 溶液 稀硫酸 A．实验①中正极的电极反应式为 B．实验②中电流表的指针会发生偏转，向a电极移动 C．当实验③中外电路通过电子时，理论上电极的质量增加 D．实验④放电过程中，a电极质量减少b溶液的酸性增强 【答案】C 【解析】Cu能与FeCl3发生Cu+2FeCl3=CuCl2+FeCl2，根据原电池工作原理，Cu为负极，石墨为正极，正极上得电子，即电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，A项错误；Cu能与浓硝酸发生Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，该反应为氧化还原反应，符合原电池构成条件，电流表的指针会偏转，NO向负极移动，即向Cu电极移动，B项错误；该反应为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，a电极为负极，Cu电极为正极，正极反应式为Cu2++2e-=Cu，电路中通过0.1mol电子，Cu电极上质量增大3.2g，C项正确；发生Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，根据原电池工作原理，Fe为负极，失去电子，a极质量减少，硫酸参与反应生成氢气，溶液的酸性减弱，D项错误。 7．（2024广东省东莞市7月期末教学质量检查）某学习小组为探究影响原电池电流大小的因素，利用Zn为负极，稀硫酸为电解质溶液，选取不同的正极材料，设计了如下实验。 实验编号 硫酸浓度() 硫酸体积(mL) 正极材料 电极间距离(cm) 电流(A) 1 1.00 100 Cu 1.0 2 2.00 100 Cu 1.0 3 2.00 100 Cu 2.0 4 2.00 100 Fe 1.0 已知：实验所用电极浸没在稀硫酸中的表面积相同，稀硫酸在反应前后体积保持不变。 （1）请写出实验1中Zn电极的反应式 。 （2）实验1和实验2的目的是探究 对电流强度的影响；实验 和实验4可探究不同电极材料对电流强度的影响。 （3）甲同学在进行实验4时发现电解质溶液变为浅绿色，推测是电池内部发生了副反应所致，请用离子方程式表示该副反应 。 （4）证明， 。 （5）实验2在0~10min内收集到22.4mL(标准状况)，用硫酸表示的该时间段内反应速率为 。 （6）请写出一个可能影响原电池电流大小的因素 (表中因素除外)。 【答案】（1） （2）电解质溶液浓度 2 （3） （4）电极间的距离越大，产生的电流越小(或电极间距离越小，产生的电流越大) （5）0.001 （6）电极板的表面积大小、溶液温度等 【解析】（1）锌作负极失电子生成锌离子，故负极的电极反应式为：； （2）实验1和2的电极材料相同、电极间距离相等，只有电解质溶液的浓度不同，该对比装置研究的是电解质溶液浓度对电流强弱的影响；要探究不同电极材料对电流强度的影响，除了正极材料不同，其他影响均要相同，故实验2和实验4可探究不同电极材料对电流强度的影响； （3）铁电极直接接触电解质溶液，故铁和硫酸溶液可以直接反应，离子方程式为：； （4）实验2和3的电极间距离不同，且，说明电极间距离越大，电流越小；或者电极间距离越小，产生的电流越大；（5）实验2中的反应为，根据方程式，可知，故；（6）除上述影响电流强度的因素，还有电极的表面积，以及电解液的温度等，D项正确。 8．（2024黑龙江省大庆铁人中学期中）回答下列问题。 （1）理论上不能设计为原电池的化学反应是 。 a．4Li＋FeS2=Fe＋2Li2S b．CH4+2O2=CO2+2H2O c．Ag2O＋Zn＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2. d．CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4 （2）某小组为探究Fe与Fe3+能否发生氧化还原反应，设计如下图所示双液原电池(盐桥中为饱和KNO3溶液的琼脂)。 该装置石墨棒上发生的电极反应式为 ，盐桥中向 烧杯移动(填“甲”或“乙”)。 （3）某学习小组设计如图所示装置，有效降低含氮化合物的排放，同时充分利用化学能，相同温度和压强下，A，B两电极产生气体的体积比为 ，B电极的电极反应方程式为 。 【答案】（1）d （2）Fe3++e-=Fe2+ 乙 （3）4:3 2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2 【解析】（1）自发的氧化还原反应才能设计为原电池，abc均是氧化还原反应，d是非氧化还原反应，d正确；（2）铁作负极，石墨作正极，则石墨棒上发生的电极反应式为Fe3++e-=Fe2+；阴离子向负极移动，则向乙烧杯移动；（3）NH3在电极A失电子，生成N2，A为负极，电极反应为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，则B为正极，NO2在正极得电子生成N2，电极反应式为2NO2+8e-+4H2O=8OH-+N2，转移相同数目的电子时，同温同压下正极和负极产生气体体积比为3:4，故A，B两电极产生气体的体积比为4:3。 ( 6 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$