4.1.1 原电池的工作原理-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 人教版（2019）双选

第一节　原电池 第1课时　原电池的工作原理 优化探究 第四章　化学反应与电能 [课程标准要求]　1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解原电池的工作原理。 任务一　原电池的工作原理 任务二　原电池电极反应的书写 课时作业　巩固提升 任务三　原电池原理的应用 任务一　原电池的工作原理 1.实验探究原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 装置示意图   现象 锌片　　　　　　,铜片上　　　　　　　　,电流表的指针发生　　　(说明:　　　　　　　　　　),取出盐桥,电流计的指针又回到原点(说明:　　　　　　　　　　)  电极 Zn电极 Cu电极 电极名称 　　　  　　　  电极反应 　　　　　　　  　　　　　　　  得失电子 　　 电子  　　电子  逐渐溶解 有红色物质生成 偏转 电路中有电流通过 电路中没有电流通过 负极 正极 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu 失 得 反应类型 　　　反应  　　　反应  电子的移动方向 由　　　通过　　　流向　　　  电流的移动方向 由　　　通过　　　流向　　　  盐桥中离子 的移动方向 Cl-移向　　　　溶液,K+移向　　　　溶液  总反应 　　　　　　　　　　　　　　　  氧化 还原 负极 导线 正极 正极 导线 负极 ZnSO4 CuSO4 Zn+Cu2+===Zn2++Cu 特别提醒　盐桥及其作用 (1)成分:含有KCl(或KNO3或NH4NO3)的饱和溶液的琼脂。 (2)离子移动方向:Cl-移向　　　　极区,K+移向　　　　极区。  (3)作用:使两个半电池形成通路,使氧化还原反应持续进行,并保持两溶液的电中性。 负 正 2.原电池的工作原理 请关联氧化还原反应和电池反应,完成原电池工作原理的示意图。 正极 还原 正 阳 阴 负 氧化 还原 氧化 1.原电池中电流的方向是负极→导线→正极。(　　) 2.原电池中负极发生的反应是还原反应。(　　) 3.锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极。(　　) 4.在原电池中阴离子移向负极。(　　) 5.原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。(　　) 6.一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。(　　) × × × √ × √ 锌铜原电池盐桥中离子的移动方向:　　　　移向ZnSO4溶液,　 　　　移向CuSO4溶液。盐桥在原电池装置中的作用是______________ ___________________________________________________________________________________________________。  Cl- K+ ①形成闭合回路;②平衡电荷,使溶液呈电中性;③避免电极与电解质溶液直接反应,减少电流的衰减,提高原电池的工作效率 1.原电池的工作原理简图 电子移 动方向 从负极流出,沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液 离子移 动方向 阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,离子只能在电解质溶液中移动,不能在导线上移动 若有 盐桥 盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区 若有 交换膜 离子可选择性通过交换膜,如阳离子可通过阳离子交换膜移向正极 2.快速准确地判断原电池的正负极的方法 (1)一般方法 (2)特殊情况 电极的正负除与金属的活动性有关,还与电解质溶液有关。活泼金属一般作负极,但不是活泼金属一定作负极,如Mg⁃Al⁃H2SO4溶液构成的原电池中,Mg为负极,而在Mg⁃Al⁃NaOH溶液构成的原电池中,Al为负极,因为Al可与NaOH溶液反应,而Mg不与NaOH溶液反应。 1.下列关于原电池的叙述错误的是(　　) A.原电池是将化学能转化为电能的装置 B.用导线连接的两种不同金属同时插入液体中,能形成原电池 C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应 D.在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应 B 原电池是将化学能转化为电能的装置,故A正确;活动性不同的两种金属 (或金属与导电的非金属)、电解质溶液通过形成闭合回路,才能形成原电池,但前提是必须有自发进行的氧化还原反应,故B错误;在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应,故C正确;在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应,故D正确。 2.下列装置中能构成原电池的是(　　) B 铜棒与锌棒均不与酒精反应,且纯酒精不导电,不能构成原电池,A项不符合题意;石墨与锌棒在稀硫酸溶液中搭接的部分可以形成原电池,B项符合题意;放置锌棒与铜棒的两个烧杯之间缺少盐桥,不能形成闭合回路,不能构成原电池,C项不符合题意;石墨与稀硫酸不反应,电极相同,不能构成原电池,D项不符合题意。 3.(双选)某化学兴趣小组利用反应Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2,设计了如图所示的原电池装置,下列说法正确的是(　　) A.Zn为负极,发生氧化反应 B.b电极的电极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+ C.电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极 D.电池的正极材料可以选用石墨、铂电极,也 可以用铜电极 AD 根据Cl-的移动方向可知,b电极为负极,a电极为正极;Zn为负极,发生失电子的氧化反应,即b电极反应为Zn-2e-===Zn2+,A正确,B错误;电子流动方向是b电极→导线→a电极,C错误;正极材料的活泼性应比负极材料弱,D正确。 任务二　原电池电极反应的书写 1.书写原电池的电极反应的一般模式为 负极:　　　　　　　　　　　　　　。  正极:　　　　　　　　　　　　　　。  总反应:　　　　　　　　　　　　(满足得失电子数相等的前提下)。  还原剂-ne-===氧化产物 氧化剂+ne-===还原产物 负极反应+正极反应 2.书写电极反应的一般思路 1.电极反应不是完整的氧化还原反应,书写时不需要配平。(　　) 2.电极反应的产物只与得失电子的数目有关,与溶液环境无关。(　　) × × (1)单液原电池(不带盐桥的) 写出下列原电池的电极反应。 ①锌(A)⁃铜(B)⁃H2SO4溶液(C) 负极:　 ;  正极:　 　 ;  总反应: 　 　。  Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑ Zn+2H+===Zn2++H2↑ ②铁(A)⁃铜(B)⁃稀硝酸(C) 负极:　 　 ;  正极:　 　 ;  总反应: 　 　。  Fe-3e-===Fe3+ N+4H++3e-===NO↑+2H2O Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O (2)双液原电池(带盐桥的) 控制适合的条件,将反应2Fe3++2I-⥫⥬2Fe2++I2设计成如图所示的原电池,回答下列问题。 ①反应开始时,乙中石墨电极上发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为　　　　　　　　　　。甲中石墨电极上发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应为　　　　　　　　　　。  ②电流表读数为0时,反应达到平衡状态,此时在甲中加入FeCl2固体,则乙中的石墨作　　　　(填“正”或“负”)极,该电极的电极反应为 　　　　　　　　　　。  氧化 2I--2e-===I2 还原 2Fe3++2e-===2Fe2+ 正 I2+2e-===2I- 任务三　原电池原理的应用 1.加快氧化还原反应的速率 原理 原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中离子运动时相互的干扰减小,使反应速率增大 实例 实验室制H2时,粗锌与稀硫酸反应速率比纯锌快,或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液,也能　　　　反应速率  加快 2.比较金属的活动性强弱 原理 一般原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应;不活泼金属作正极,发生还原反应 实例 两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a作　　　　极,b作　　　　极,由原电池原理可知,金属活动性:a　　　　b  负 正 > 3.设计原电池 (1)理论上,任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (2)设计示例 设计思路 示例 以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2 把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应 氧化反应(负极): 　　　　　　　　　　　  还原反应(正极): 　　　　　　　　　　　  Cu-2e-===Cu2+ 2Fe3++2e-===2Fe2+ 设计思路 示例 以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液 负极材料:　　　  正极材料:　　　　　  电解质溶液:　　　　　  示意图   Cu 石墨(或铂) FeCl3溶液 1.利用原电池原理可以比较金属的活动性强弱,作负极的金属一定比作正极的金属活泼。(　　) 2.从理论上讲,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池。 (　　) 3.增大电解质溶液的浓度,能加快原电池的反应速率。(　　) × √ × 1.要增大锌与盐酸反应的速率,所采取的措施无效的是(　　) A.适当提高反应温度　 B.增大压强 C.用粗锌代替纯锌 D.增大盐酸浓度 B 提高反应的温度,反应的速率加快,故A不符合题意;该反应为溶液中的反应,受压强影响不大,则增大压强,不能增大Zn与盐酸的反应速率,故B符合题意;用粗锌代替纯锌,可以构成原电池,反应速率加快,故C不符合题意;增大盐酸的浓度,氢离子浓度变大,反应速率加快,故D不符合题意。 2.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 C 把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④,则由实验①可知,a作原电池负极,b作原电池正极,金属活动性:a>b;由实验②可知,b极有气体产 生,c极无变化,则金属活动性:b>c;由实验③可知,d极溶解,c极有气体产生, c作正极,则金属活动性:d>c;由实验④可知,电流从a极流向d极,则d极为原电池负极,a极为原电池正极,则金属活动性:d>a。综上所述,四种金属的活动性顺序:d>a>b>c。 3.已知电极材料:铁、铜、石墨、锌;电解质溶液:CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题: (1)若电极材料选铜和石墨,电解质溶液选硫酸铁溶液,外加导线,能否构成原电池?　　　　。若能,请写出电极反应:  负极:　 ,  正极:　 　 。  (若不能,后两空不填) 能 Cu-2e-===Cu2+ 2Fe3++2e-===2Fe2+ (1)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应:Fe2(SO4)3+Cu===CuSO4+2FeSO4,因此根据给出的条件可以设计成原电池,其负极为Cu,电极反应为Cu-2e-===Cu2+,正极为石墨,电极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+。 (2)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池,要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。 答案: (2)因为总反应为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,所以负极为Fe,正极可为Cu或石墨,电解质为稀硫酸,即可画出装置图。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 对点训练 题组一　原电池的工作原理 1.(双选)将一张滤纸剪成四等份,用铜片、锌片、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置,在四张滤纸上滴入稀H2SO4直至全部润湿。下列叙述正确的是(　　) A.锌片上有气泡,铜片溶解 B.锌片发生氧化反应 C.电子都是从铜片经外电路流向锌片 D.该装置至少有两种形式的能量转换 9 BD 锌、铜、稀硫酸构成原电池,锌为负极,铜为正极,正极上生成氢气,故A错误;锌为负极,发生氧化反应,故B正确;电子从锌极经外电路流向铜极,故C错误;该装置存在化学能与电能、电能与光能的转化,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 2.(2024·广东揭阳高二检测)如图为水果电池的示意图,下列说法正确的是(　　) A.电子由锌片沿导线流向铜片 B.铜电极逐渐溶解 C.该装置能将电能转化为化学能 D.锌片作正极,质量逐渐减小 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A 锌的活泼性大于铜,锌为负极、铜为正极,据此分析。锌为负极、铜为正极,则电子由锌片沿导线流向铜片,A正确;铜为正极,正极上氢离子得电子生成氢气,铜不反应,B错误;该装置为原电池,能将化学能转化为电能,C错误;锌片作负极,锌失电子生成锌离子,质量逐渐减小,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 3.(2024·四川内江高二检测)原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础,如图装置中的盐桥装有琼脂凝胶,内含氯化钾。下列对于该原电池的说法正确的是(　　) A.该装置能将化学能完全转化为电能 B.电池工作时,盐桥中的K+移向AgNO3溶液 C.电池工作时,导线中电流流向为Zn→Ag D.负极反应为Zn-2e-===Zn2+,发生还原反应 2 3 4 5 6 7 8 1 9 B 因为Zn比Ag活泼,故Zn作原电池的负极,Ag作原电池的正极,据此分析回答。该装置具备原电池的构成条件,因此形成了原电池,能将化学能转化为电能,但不能将化学能完全转化为电能,A错误;电池工作时,盐桥中的K+移向电池的正极,即移向AgNO3溶液,B正确;电池工作时,导线中电流流向为Ag→Zn,C错误;负极反应为Zn-2e-===Zn2+,发生氧化反应,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 题组二　电极反应的书写 4.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而被重视,目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li+MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是(　　) A.Li是正极,电极反应为Li-e-===Li+ B.Li是负极,电极反应为Li-e-===Li+ C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-===Mn D.Li是负极,电极反应为Li-2e-===Li2+ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 B 5.常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质溶液A中组成原电 池,如图1所示。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 (1)若A为稀盐酸,则Al片作　　　　　极,该电极的电极反应为 　 , Cu片的电极反应为　 。  (1)Cu⁃Al⁃稀盐酸构成的原电池中,Al作负极,电极反应为Al-3e-===Al3+;Cu作正极,电极反应为2H++2e-===H2↑。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 负 Al-3e-===Al3+ 2H++2e-===H2↑ (2)若A为NaOH溶液,则Al片作　　　　　极,该电极的电极反应为 　 　 。  (2)Al⁃Cu⁃NaOH溶液构成的原电池中,Al作负极,电极反应为Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-,Cu作正极,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 负 Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]- (3)若A为浓硝酸,测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。0~t1时,原电池的负极是　　　　,正极的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　,溶液中的H+向 　　　　　极移动。t1时,原电池中电子流动方向发生改变,此时 　　　　　作负极,该电极的电极反应为 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 Al片 N+2H++e-===NO2↑+H2O 正 Cu片 Cu-2e-===Cu2+ (3)Al⁃Cu⁃浓硝酸构成的原电池中,在0~t1时,Al片作负极,正极处N在酸性条件下得电子生成NO2和H2O,在原电池中,阳离子向正极移动,即H+向正极移动。由于t1时刻后,Al在浓硝酸中发生了钝化,生成的氧化膜阻止了反应的进行,此时Cu与浓硝酸反应而导致Cu片作负极,电子流动方向发生改变。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 (4)若A为稀硝酸,则Cu片作　　　　　极,该电极的电极反应为 　 。  (4)Al⁃Cu⁃稀硝酸构成的原电池中Al片作负极,Cu片作正极,正极处N在酸性条件下得电子生成NO和H2O。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 正 N+3e-+4H+===NO↑+2H2O 题组三　原电池原理的应用 6.(2024·湖北十堰高二检测)某化学兴趣小组自制盐水小彩灯(装置如图),在彩灯所连的纸片电池上滴几滴溶液,就能使小彩灯亮起来。下列纸片电池的组合中能使小彩灯亮起来的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 选项 电极a 电极b 溶液X A Fe Fe 乙醇溶液 B C C NaCl溶液 C Fe Zn 蔗糖溶液 D C Fe CuSO4溶液 D 原电池的形成条件,需要有自发的氧化还原反应,两个活性不同的电极,电解质溶液,闭合的回路,据此分析。电极都是Fe,乙醇溶液也不是电解质溶液,不能形成原电池,A项错误;两个电极材料都是C,不能形成原电池,B项错误;蔗糖溶液不是电解质溶液,不能形成原电池,C项错误;C和Fe是两个活性不同的电极,硫酸铜溶液是电解质溶液,且能发生自发的氧化还原反应,能构成原电池,让小彩灯亮起来,D项正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 7.A、B、C、D四种金属按表中的装置图进行实验。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 装置图       现象 A不断溶解生成二价离子 C的质量增加 A上有气泡产生 根据实验现象回答下列问题: (1)装置甲中负极的电极反应是　 。  (2)装置乙中正极的电极反应是　 。  (3)装置丙中溶液的pH　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。  (4)四种金属的金属活动性由强到弱的顺序是　　　　　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 A-2e-===A2+ Cu2++2e-===Cu 变大 D>A>B>C 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,金属活动性:A>B;乙中C的质量增加,即析出Cu,则B为负极,金属活动性:B>C;丙中A上有气泡产生,即有H2产生,则A为正极,金属活动性:D>A,随着H+的消耗,溶液pH逐渐变大,综上所述,四种金属的金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 综合强化 8.图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)===Co(s)+Cd2+(aq) B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)===Cd(s)+2Ag+(aq)不能发生 C.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,其作用是传递电子 D.乙中有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 根据图甲知,Cd失电子,Co2+得电子,所以其电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)===Co(s)+Cd2+(aq),故A正确;根据图乙知,Co失电子,Ag+得电子,氧化性:Ag+>Co2+,结合A项可知氧化性的强弱顺序为Ag+>Co2+>Cd2+,因此反应2Ag(s)+Cd2+(aq)===Cd(s)+2Ag+(aq)不能发生,故B正确;原电池放电时,盐桥中的阴、阳离子定向移动而构成闭合回路,且使两溶液中电荷相等,所以盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性,电子不能通过溶液传递,故C错误;根据Co(s)+2Ag+(aq)===2Ag(s)+Co2+(aq)知,当有1 mol电子通过外电路时,正极有1 mol即108 g Ag析出,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 9.人们应用原电池原理制作了多种电池,以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面,请根据题中提供的信息填空: 2 3 4 5 6 7 8 1 9 (1)如图1所示,杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向水槽中央滴入浓CuSO4溶液(实验过程中,不考虑铁丝反应及两球的浮力变化),一段时间后,当杠杆为绝缘体时,　　　　(填“A”或“B”,下同)端高;当杠杆为导体时, 　　　　端高。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 A B (2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属,FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板,其反应的离子方程式为　 ,若将此反应设计成原电池,则负极所用电极材料为　　　　,正极反应为 　　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ 铜 Fe3++e-===Fe2+ (3)将铝片和铜片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入烧碱溶液中,分别形成了原电池,在这两个原电池中,负极分别为　　　　(填字母)。  A.铝片、铜片　　　　　 B.铜片、铝片 C.铝片、铝片 D.铜片、铜片 写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应: 　 。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 B Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]- (4)某原电池装置如图2所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl,当电路中转移a mol电子时,交换膜左侧溶液中约减少　　　　 mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)　　　(填“>”“<”或“=”)1 mol·L-1(忽略溶液体积变化)。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 2a > $$