4.1.1原电池原理-2024-2025学年高二化学上学期同步讲义 （人教版2019选择性必修1）

原电池原理 第一部分：考点精要 1. 原电池的定义：原电池是一种把 能转化为原电池？原来就是电池啊！ 的装置。例如，日常生活中的干电池就是利用原电池原理，将电池内部物质发生化学反应产生的 能转变为 能，为各种电子设备供电，日常生活中的电池，就是通过原电池的原理制成的。 2. 原电池的构成条件： ①电极材料：需要有两个 。 一般来说，活泼金属作为 ，相对不活泼的金属或能导电的非金属（如石墨）作为 。例如，在锌 - 铜原电池中，锌比铜活泼，锌为 ，铜为 。 ②电解质溶液：两个电极要插入 溶液中。电解质溶液能提供离子导电的环境，像在稀硫酸作为电解质溶液的锌 - 铜原电池中，硫酸在溶液中电离出氢离子和硫酸根离子。 ③闭合回路：通过导线连接两个 ，同时电解质溶液中的 可以在溶液中移动，这样就形成了闭合回路。电子从 流出，经过 流向 ，而溶液中的 离子向正极移动， 离子向负极移动，从而保证了整个回路的电流畅通。 ④自发的氧化还原反应：电极材料和电解质溶液之间要能发生 。以锌 - 铜 - 稀硫酸原电池为例，锌与稀硫酸发生氧化还原反应为 ，锌 电子被 ，氢离子 电子被 。 3. 原电池的工作原理（以锌 - 铜 - 稀硫酸原电池为例） ①负极反应： 是负极， 原子 电子发生 反应，电极反应式为 。在这个过程中， 原子的化合价 ，电子通过 流向 。 ②正极反应： 是正极，溶液中的氢离子在 极表面 电子发生 反应，电极反应式为 。因为氢离子 电子，化合价 。 ③电子和离子的移动方向： A.电子流向：电子从 极（锌极）流出，经 流向 （铜极）。电子的 移动形成了电流，是原电池产生电能的关键。 B.离子流向：在电解质溶液中， 离子：如H+向 极移动， 离子：如SO42 - 向 极移动。离子的移动平衡了电极反应产生的电荷差异，保证了溶液不带电，即呈现为 （选填正电性、负电性、电中性）。 第二部分：题型突破 一、选择题 题型一：考查原电池基本概念 下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ） A. 原电池中，正极就是阳极，负极就是阴极 B. 形成原电池时，在负极上发生氧化反应 C. 原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动 D. 电子从负极流向正极，所以负极材料的活泼性一定比正极材料强。 题型二：考查电极反应式的书写 某原电池反应的离子方程式为Fe + Cu2+=Fe2 + +Cu，则下列说法正确的是（ ） A. 硝酸可能为电解质溶液 B. 电子由外电路流向铁电极 C. 碳棒可能为原电池正极 D. 一段时间后，溶液质量会增加 题型三：考查原电池原理的应用 有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，电极反应式之一为 a - 2e-=a2 + ；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：c2+ +b=b2+ +c，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. dcab B. dabc C. dbac D. badc 二、 填空题 题型四：书写电极反应式和总反应式 设计一个原电池，以Fe + CuSO4=FeSO4+Cu为原理，画出装置图，注明正负极材料、电解质溶液，并写出电极反应式及总反应式。 题型五：原电池原理的分析解释 在铜锌原电池中，以稀硫酸为电解质溶液，若开始时两电极质量相等，当导线中通过0.1mol电子时，两电极的质量差为_______g 。 三、填空题中的简答部分 题型六：判断原电池能否形成及理由阐述 判断此反应HCl + NaOH = NaCl + H2O 能否设计成原电池，若能，写出原电池的电极材料、电解质溶液及电极反应式；若不能，请说明理由。 题型七：原电池工作原理的综合应用分析 银锌纽扣电池的总反应式为Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2+2Ag，试根据此反应式分析：该电池的负极是______，电极反应式为__________________；正极是______，电极反应式为__________________。电池工作时，电子从______极流向______极，溶液中的OH-向______极移动。 四、实验题 题型八：原电池的设计与实验现象分析 利用反应Cu + 2FeCl3=CuCl2+2FeCl2设计一个原电池，在方框内画出实验装置图，并指出正极为______，电极反应式为_____________；负极为______，电极反应式为_____________。 该原电池工作一段时间后，溶液的颜色会发生 怎样的变化？____________________________ ________________________________________ ________________________________________ 第三部分：达标检测 1、 选择题 1. 下列装置能构成原电池的是（ ） A. 锌片和铜片用导线连接插入酒精中 B. 铜片和铁片用导线连接插入稀硫酸中 C. 银片和锌片用导线连接插入蔗糖溶液中 D. 石墨棒和铁片用导线连接插入食盐水中（无氧气） 2. 对于锌 - 铜 - 稀硫酸原电池，下列叙述错误的是（ ） A. 锌为负极，发生氧化反应 B. 铜为正极，铜片上有气泡产生 C. 溶液中氢离子向锌片移动 D. 电子由锌片经导线流向铜片 3. 原电池的正极一定是（ ） A. 化学性质较活泼的金属 B. 化学性质较不活泼的金属 C. 电子流出的电极 D. 电子流入的电极 4. 以铁片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过电子时，下列说法正确的是（ ） A. 铁片溶解 1mol，铜片上析出 1g氢气 B. 两极上溶解和析出的物质的质量相等 C. 铁片溶解 2g，铜片上析出 1g 氢气 D. 铁片溶解 1mol，硫酸消耗 1mol 5. 下列关于原电池电极反应式的书写，正确的是（ ） A. 以Mg、Al为电极，NaOH溶液为电解质溶液构成原电池，负极反应式：Mg - 2e-=Mg2+ B. 以H2、O2为电极，KOH溶液为电解质溶液构成燃料电池，负极反应式：H2+2OH--2e-=2H2O C. 以Fe、Cu为电极，FeCl3溶液为电解质溶液构成原电池，正极反应式：Fe3++3e-=Fe D. 以Al、Cu为电极，浓硝酸为电解质溶液构成原电池，正极反应式：2H++2e-=H2 ↑ 6. 一个原电池的总反应式为Zn + Cu2+=Zn2+ +Cu，该原电池的组成可能是（ ） A. 正极：Zn，负极：Cu，电解质溶液：CuCl2溶液 B. 正极：Cu，负极：Zn，电解质溶液：H2SO4溶液 C. 正极：Zn，负极：Cu，电解质溶液：ZnSO4溶液 D. 正极：Cu，负极：Zn，电解质溶液：CuSO4溶液 7. 下列关于原电池的说法中，错误的是（ ） A. 原电池是将化学能转化为电能的装置 B. 原电池中，负极发生氧化反应 C. 原电池的工作原理是氧化还原反应中的电子转移 D. 原电池中，电子流出的一极是正极 8. 某原电池反应的离子方程式为Fe + 2H+=Fe2+ +H2↑，则下列说法正确的是（ ） A. 硝酸可能为电解质溶液 B. 锌可能为原电池正极 C. 铁的质量不变 D. 铜可能为原电池正极 9. 有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入稀硫酸中，B上有气泡产生；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：C2+ +B = B2+ +C，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. D > A > B > C B. D > B > A > C C. D > A > C > B D. B > A > D > C 10. 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为（ ） A. a > b > c > d B. a > c > d > b C. c > a > b > d D. b > d > c > a 二、填空题 1. 铁 - 石墨 - 氯化钠溶液构成原电池，其中铁为______极，电极反应式为___________；石墨为______极，电极反应式为__________________，总反应式为_______________________。 2. 某原电池以银、铂为电极，以硝酸银溶液为电解质溶液，银极的电极反应式为__________，铂极的电极反应式为__________________________________。 3. 设计一个原电池，以Cu + 2Ag+=Cu2+ +2Ag为原理，画出装置图（标明正负极材料、电解质溶液），并写出电极反应式。 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 $$ 原电池原理 第一部分：考点精要 1. 原电池的定义：原电池是一种把化学能转化为电能的装置。例如，日常生活中的干电池就是利用原电池原理，将电池内部物质发生化学反应产生的化学能转变为电能，为各种电子设备供电，日常生活中的电池，就是通过原电池的原理制成的。原电池？原来就是电池啊！ 2. 原电池的构成条件： ①电极材料：需要有两个活泼性不同的电极。一般来说，活泼金属作为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属（如石墨）作为正极。例如，在锌 - 铜原电池中，锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极。 ②电解质溶液：两个电极要插入电解质溶液中。电解质溶液能提供离子导电的环境，像在稀硫酸作为电解质溶液的锌 - 铜原电池中，硫酸在溶液中电离出氢离子和硫酸根离子。 ③闭合回路：通过导线连接两个电极，同时电解质溶液中的离子可以在溶液中移动，这样就形成了闭合回路。电子从负极流出，经过导线流向正极，而溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，从而保证了整个回路的电流畅通。 ④自发的氧化还原反应：电极材料和电解质溶液之间要能发生自发的氧化还原反应。以锌 - 铜 - 稀硫酸原电池为例，锌与稀硫酸发生氧化还原反应为Zn + H2SO4=ZnSO4+H2↑，锌失去电子被氧化，氢离子得到电子被还原。 3. 原电池的工作原理（以锌 - 铜原电池为例） ①负极反应：锌是负极，锌原子失去电子发生氧化反应，电极反应式为Zn - 2e-=Zn2+。在这个过程中，锌原子的化合价升高，电子通过导线流向正极。 ②正极反应：铜是正极，溶液中的氢离子在正极表面得到电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑。因为氢离子得到电子，化合价降低。 ③电子和离子的移动方向： A.电子流向：电子从负极（锌极）流出，经导线流向正极（铜极）。电子的定向移动形成了电流，是原电池产生电能的关键。 B.离子流向：在电解质溶液中，阳离子：如H+向正极移动，阴离子：如SO42 - 向负极移动。离子的移动平衡了电极反应产生的电荷差异，保证了溶液不带电，即呈现为电中性（选填正电性、负电性、电中性）。 第二部分：题型突破 一、选择题 题型一：考查原电池基本概念 下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ） A. 原电池中，正极就是阳极，负极就是阴极 B. 形成原电池时，在负极上发生氧化反应 C. 原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动 D. 电子从负极流向正极，所以负极材料的活泼性一定比正极材料强。 【答案】B。 题型二：考查电极反应式的书写 某原电池反应的离子方程式为Fe + Cu2+=Fe2 + +Cu，则下列说法正确的是（ ） A. 硝酸可能为电解质溶液 B. 电子由外电路流向铁电极 C. 碳棒可能为原电池正极 D. 一段时间后，溶液质量会增加 【答案】C。 题型三：考查原电池原理的应用 有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来，浸入稀硫酸中，电极反应式之一为 a - 2e-=a2 + ；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：c2+ +b=b2+ +c，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. dcab B. dabc C. dbac D. badc 【答案】B。 二、 填空题 题型四：书写电极反应式和总反应式 设计一个原电池，以Fe + CuSO4=FeSO4+Cu为原理，画出装置图，注明正负极材料、电解质溶液，并写出电极反应式及总反应式。 【答案】装置图中，负极可为铁，正极可为铜或石墨等，电解质溶液为CuSO4溶液。负极反应式：Fe - 2e-=Fe2+；正极反应式：Cu2++2e-=Cu；总反应式：Fe + Cu2+=Fe2++Cu 。 题型五：原电池原理的分析解释 在铜锌原电池中，以稀硫酸为电解质溶液，若开始时两电极质量相等，当导线中通过0.1mol电子时，两电极的质量差为_______g 。 【答案】6.45 【解析】锌极溶解0.05mol，质量减少3.25g，铜极上生成0.05mol铜，质量增加3.2g，所以两电极质量差为3.25g + 3.2g = 6.45g 。 三、填空题中的简答部分 题型六：判断原电池能否形成及理由阐述 判断此反应HCl + NaOH = NaCl + H2O 能否设计成原电池，若能，写出原电池的电极材料、电解质溶液及电极反应式；若不能，请说明理由。 【答案】不能，因为该反应不是氧化还原反应，没有电子的转移，不符合原电池反应的本质。 题型七：原电池工作原理的综合应用分析 银锌纽扣电池的总反应式为Zn + Ag2O + H2O = Zn(OH)2+2Ag，试根据此反应式分析：该电池的负极是______，电极反应式为______；正极是______，电极反应式为______。电池工作时，电子从______极流向______极，溶液中的OH-向______极移动。 【答案】负极是Zn，电极反应式为Zn - 2e-+2OH-=Zn(OH)2；正极是Ag2O，电极反应式为Ag2O + 2e-+H2O = 2Ag + 2OH-。电子从Zn极流向Ag2O极，溶液中的OH-向Zn极移动。 四、实验题 题型八：原电池的设计与实验现象分析 利用反应Cu + 2FeCl3=CuCl2+2FeCl2设计一个原电池，在方框内画出实验装置图，并指出正极为______，电极反应式为__________；负极为______，电极反应式为______________。该原电池工作一段时间后，溶液的颜色会发生怎样的变化？____________________________ 【答案】装置图中，正极可为石墨或铂等，负极是铜，电解质溶液为FeCl3溶液。正极反应式：Fe3+ +e-=Fe2+ ；负极反应式：Cu - 2e-=Cu2+。溶液颜色由棕黄色逐渐变为浅绿色。 达标检测 一、选择题（每题 3 分，共 30 分） 1. 下列装置能构成原电池的是（ ） A. 锌片和铜片用导线连接插入酒精中 B. 铜片和铁片用导线连接插入稀硫酸中 C. 银片和锌片用导线连接插入蔗糖溶液中 D. 石墨棒和铁片用导线连接插入食盐水中（无氧气） 【答案】B 【解析】构成原电池需要满足四个条件：活泼性不同的两个电极、电解质溶液、闭合回路、自发的氧化还原反应。A 选项酒精是非电解质，不能构成原电池；C 选项蔗糖溶液是非电解质溶液，无法形成原电池；D 选项食盐水（无氧气）中无法发生自发的氧化还原反应，不能构成原电池。B 选项中铜片和铁片活泼性不同，稀硫酸是电解质溶液，用导线连接形成闭合回路，且铁与稀硫酸能发生自发的氧化还原反应，所以能构成原电池。 2. 对于锌 - 铜 - 稀硫酸原电池，下列叙述错误的是（ ） A. 锌为负极，发生氧化反应 B. 铜为正极，铜片上有气泡产生 C. 溶液中氢离子向锌片移动 D. 电子由锌片经导线流向铜片 【答案】C 【解析】在锌 - 铜 - 稀硫酸原电池中，锌比铜活泼，锌为负极，失去电子发生氧化反应，A 正确；铜为正极，溶液中的氢离子在正极（铜片）上得到电子生成氢气，所以铜片上有气泡产生，B 正确；溶液中阳离子向正极移动，即氢离子向铜片移动，C 错误；电子从负极（锌片）经导线流向正极（铜片），D 正确。 3. 原电池的正极一定是（ ） A. 化学性质较活泼的金属 B. 化学性质较不活泼的金属 C. 电子流出的电极 D. 电子流入的电极 【答案】D 【解析】原电池的正极材料可以是金属（较不活泼的）或能导电的非金属等，A、B 错误；电子由负极流出，经导线流入正极，所以正极是电子流入的极，C 错误，D 正确。 4. 以铁片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（ ） A. 铁片溶解 1mol，铜片上析出 1g氢气 B. 两极上溶解和析出的物质的质量相等 C. 铁片溶解 2g，铜片上析出 1g 氢气 D. 铁片溶解 1mol，硫酸消耗 1mol 【答案】D 【解析】根据原电池原理，铁为负极，电极反应式为Fe - 2e-=Fe2+，铜为正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑。当导线中通过2mol电子时，铁片溶解1mol，铜片上析出1mol氢气，A 错误；溶解的铁和析出的氢气物质的量相等，但质量不相等，B、C 错误；根据氢原子守恒，铁片溶解1mol时，消耗1mol硫酸，D 正确。 5. 下列关于原电池电极反应式的书写，正确的是（ ） A. 以Mg、Al为电极，NaOH溶液为电解质溶液构成原电池，负极反应式：Mg - 2e-=Mg2+ B. 以H2、O2为电极，KOH溶液为电解质溶液构成燃料电池，负极反应式：H2+2OH--2e-=2H2O C. 以Fe、Cu为电极，FeCl3溶液为电解质溶液构成原电池，正极反应式：Fe3++3e-=Fe D. 以Al、Cu为电极，浓硝酸为电解质溶液构成原电池，正极反应式：2H++2e-=H2 ↑ 【答案】B 【解析】A 选项中，Mg不与NaOH溶液反应，Al能与NaOH溶液反应，所以负极是Al，负极反应式为Al + 4OH--3e-=AlO2-+2H2O，A 错误；B 选项中H2在KOH溶液中发生氧化反应，负极反应式H2+2OH--2e-=2H2O正确；C 选项中正极反应式为Fe3+ +e-=Fe2+ ，C 错误；D 选项中浓硝酸使Al钝化，Cu为负极，正极反应式为NO3-+2H++e-=NO2 ↑+H2O，D 错误。 6. 一个原电池的总反应式为Zn + Cu2+=Zn2+ +Cu，该原电池的组成可能是（ ） A. 正极：Zn，负极：Cu，电解质溶液：CuCl2}溶液 B. 正极：Cu，负极：Zn，电解质溶液：H2SO4溶液 C. 正极：Zn，负极：Cu，电解质溶液：ZnSO4溶液 D. 正极：Cu，负极：Zn，电解质溶液：CuSO4溶液 【答案】D 【解析】根据原电池总反应式Zn + Cu2+ =Zn2+ +Cu可知，Zn发生氧化反应，所以Zn为负极，Cu为正极，电解质溶液中应含有Cu2+ ，A、C 选项错误；B 选项中电解质溶液为H2SO4溶液，溶液中没有Cu2+ ，不符合反应要求，B 错误；D 选项符合原电池的构成条件，D 正确。 7. 下列关于原电池的说法中，错误的是（ ） A. 原电池是将化学能转化为电能的装置 B. 原电池中，负极发生氧化反应 C. 原电池的工作原理是氧化还原反应中的电子转移 D. 原电池中，电子流出的一极是正极 【答案】D 【解析】原电池是把化学能转化为电能的装置，A 正确；负极失去电子发生氧化反应，B 正确；其工作原理基于氧化还原反应中电子的定向转移，C 正确；电子流出的一极是负极，流入的一极是正极，D 错误。 8. 某原电池反应的离子方程式为Fe + 2H+=Fe2+ +H2↑，则下列说法正确的是（ ） A. 硝酸可能为电解质溶液 B. 锌可能为原电池正极 C. 铁的质量不变 D. 铜可能为原电池正极 【答案】D 【解析】硝酸具有强氧化性，与铁反应不生成氢气，A 错误；根据离子方程式可知，铁为负极，B 错误；铁作为负极会溶解，质量减小，C 错误；正极材料可以是比铁不活泼的金属或能导电的非金属，铜比铁不活泼，所以铜可能为原电池正极，D 正确。 9. 有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入稀硫酸中，B上有气泡产生；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；又知一定条件下能发生如下离子反应：C2+ +B = B2+ +C，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ） A. D > A > B > C B. D > B > A > C C. D > A > C > B D. B > A > D > C 【答案】A 【解析】将A与B用导线连接浸入稀硫酸，B上有气泡产生，说明A为负极，A比B活泼；D比A与盐酸反应剧烈，说明D比A活泼；根据离子反应C2+ +B = B2+ +C，可知B比C活泼，所以活动性顺序为D > A > B > C。 10. 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为（ ） A. a > b > c > d B. a > c > d > b C. c > a > b > d D. b > d > c > a 【答案】B 【解析】a、b相连a为负极，则a > b；c、d相连电流由d到c，则c为负极，c > d；a、c相连c极上产生大量气泡，c为正极，a > c；b、d相连b上有大量气泡产生，b为正极，d > b。综上可得a > c > d > b。 二、填空题（每题 10 分，共 30 分） 1. 铁 - 石墨 - 氯化钠溶液构成原电池，其中铁为______极，电极反应式为______；石墨为______极，电极反应式为__________________，总反应式为__________________________。 【答案】 负极；Fe - 2e-=Fe2+ 正极；O2+2H2O + 4e-=4OH- 总反应式：2Fe + O2+2H2O = 2Fe(OH)2 【解析】在铁 - 石墨 - 氯化钠溶液构成的原电池中，铁比石墨活泼，铁为负极，失去电子发生氧化反应生成亚铁离子。石墨为正极，溶液中的氧气得到电子与水反应生成氢氧根离子。总反应就是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁。 2. 某原电池以银、铂为电极，以硝酸银溶液为电解质溶液，银极的电极反应式为__________，铂极的电极反应式为________________。 【答案】 银极（负极）：Ag - e-=Ag+ 铂极（正极）：Ag++e-=Ag 【解析】在该原电池中，银比铂活泼，银为负极，失去电子生成银离子。铂为正极，溶液中的银离子得到电子在铂极上析出银。 3. 设计一个原电池，以Cu + 2Ag+=Cu2+ +2Ag为原理，画出装置图（标明正负极材料、电解质溶液），并写出电极反应式。 【答案】 装置图：（负极铜片插入硝酸铜溶液，正极银片插入硝酸银溶液，用导线连接两极，中间用盐桥连接两种溶液） 负极反应式：Cu - 2e-=Cu2+ 正极反应式：2Ag++2e-=2Ag 【解析】根据反应Cu + 2Ag+=Cu2+ +2Ag，铜失去电子发生氧化反应，所以铜为负极，银离子得到电子发生还原反应，所以银为正极。电解质溶液中负极对应含有铜离子的溶液，正极对应含有银离子的溶液，用盐桥连接形成闭合回路。 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 $$