专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（苏教版2019）

化学 选择性必修1 SJ 第二单元　化学能与电能的转化 第1课时　原电池的工作原理 1.能分析原电池的构成及工作原理。2.能设计具有一定功能的简单原电池。3.能正确判断原电池的正、负极，并能书写原电池的电极反应式。 1．原电池的定义 将化学能转化为电能的装置叫做原电池。 2．原电池的工作原理(以铜锌原电池为例) 装置 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 电极名称 Zn电极—负极 Cu电极—正极 得失电子 失电子 得电子 电子流向 由负极流向正极 电流方向 由正极流向负极 反应类型 氧化反应 还原反应 电极反应式 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 总反应式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼脂。在反应中，盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使两电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行。 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应。(　　) (2)原电池中电流的方向是负极→导线→正极。(　　) (3)原电池中负极发生的反应是还原反应。(　　) (4)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极。(　　) (5)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极。(　　) (6)所有的氧化还原反应都能设计成原电池。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 知识点一　原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)一般具有两个活泼性不同的电极：两种金属或金属与导电非金属(如石墨)。 (2)合适的电解质溶液(或熔融电解质)。 (3)形成闭合回路。 (4)能自发地发生氧化还原反应。 2．原电池的工作原理分析 3．原电池正负极的判断 4．电极反应式的书写步骤 5．含盐桥原电池的特点及优点 (1)特点 两个烧杯中液体靠盐桥连接，且电极材料与相应容器中的电解质溶液的阳离子一般要相对应。 (2)盐桥的作用 平衡电荷、构成闭合回路，若撤去盐桥或将盐桥换成导线，则不能构成闭合回路，不能形成原电池。 (3)优点 含盐桥的原电池与不含盐桥的原电池相比，效率高且电流平稳，放电时间长。 1．根据下图，判断下列说法中错误的是(　　) A．导线上电子由Ag极流向石墨极 B．负极电极反应式：Fe3＋＋e－===Fe2＋ C．盐桥中阴离子移向AgNO3溶液 D．电池反应为Fe3＋＋Ag===Fe2＋＋Ag＋ 答案：B 解析：负极是银极，银失去电子生成银离子。 2．分析下列两个原电池装置，完成下列问题： (1)甲装置中正极为________，电极反应式为________________________，负极为________，电极反应式为____________________。 (2)乙装置中正极为________，电极反应式为________________________，负极为________，电极反应式为__________________________。 答案：(1)Al　2H＋＋2e－===H2↑　Mg　 Mg－2e－===Mg2＋ (2)Mg　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ Al　2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 解析：(2)乙装置中Al能与NaOH溶液反应，而Mg与NaOH溶液不反应，所以Al作负极，Mg作正极。 知识点二　原电池工作原理的应用 1．比较金属的活动性强弱 有两种金属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。根据电极反应现象判断出a是负极，b是正极，因此，金属活动性a>b。 2．加快化学反应速率 例证：实验室利用锌和稀硫酸反应制取氢气时，通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。 原理：锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池，使产生氢气的速率加快。 3．设计原电池 以Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu为依据，设计一个原电池。 (1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。 本例的电极反应式为 负极：Fe－2e－===Fe2＋， 正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 (2)确定电极材料 发生氧化反应的物质若为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如H2)，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。 发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。 本例可用铁棒作负极，用铜棒作正极。 (3)确定电解质溶液 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。 但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。 本例可用CuSO4溶液作电解质溶液。 (4)构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。 (5)图示 3．M、N、P、E四种金属：①可发生反应：M＋N2＋===N＋M2＋　②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡　③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的活动性由强到弱的顺序是(　　) A．P、M、N、E B．E、N、M、P C．P、N、M、E D．E、P、M、N 答案：A 解析：由①知，金属活动性M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，M作原电池正极，活动性P>M；N、E构成的原电池中N作负极，活动性N>E。 4．某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题： (1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及电极反应： Al片(　　　　)________________________________________________________________； Cu片(　　　　)_________________________________________________________________。 (2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及电极反应： Al片(　　　　)_________________________________________________________________； Cu片(　　　　)__________________________________________________________________。 答案：(1)负极　Al－3e－===Al3＋　正极　2H＋＋2e－===H2↑ (2)正极　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O　负极　Cu－2e－===Cu2＋ 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 1．对于原电池的电极名称，叙述错误的是(　　) A．发生氧化反应的一极为负极 B．正极为电子流入的一极 C．比较不活泼的金属为负极 D．电流流出的一极为正极 答案：C 2.选用稀H2SO4、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流计的指针均明显偏转，则其可能的组合共有(　　) A．6种 B．5种 C．4种 D．3种 答案：B 解析：符合条件的原电池组合有①铁棒、铜棒、稀H2SO4；②铁棒、铜棒、Fe2(SO4)3溶液；③铁棒、铂棒、稀H2SO4；④铁棒、铂棒、Fe2(SO4)3溶液；⑤铜棒、铂棒、Fe2(SO4)3溶液。 3．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀硫酸，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　) 答案：B 4．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是(　　) A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2 B．两极上溶解和析出的物质的质量相等 C．锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g H2 D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol 答案：A 5．由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示。 (1)原电池的负极反应式是__________________，正极反应式是____________________。 (2)外电路中电流的方向是____________。 (3)一段时间后，当在铜片上放出2.24 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗________g锌，此时转移的电子的物质的量为________，原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋　 2H＋＋2e－===H2↑ (2)由Cu极流向Zn极　 (3)6.5　0.2 mol　1.0 mol·L－1 解析：(3)当正极上放出2.24 L(标准状况)氢气时，则有： Zn ＋ H2SO4===ZnSO4＋H2↑ ～ 2e－ 65 g 1 mol 22.4 L 2 mol m n(H2SO4) 2.24 L n(e－) 列比例式，计算可得：m＝6.5 g，n(H2SO4)＝0.1 mol，n(e－)＝0.2 mol，c(H2SO4)＝＝1.0 mol·L－1。 课时作业 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1．下列有关电化学知识的描述正确的是(　　) A．反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，将化学能转化为电能 B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可装含琼胶的KCl饱和溶液 C．原电池的两极一定是活泼性不同的两种金属 D．理论上，任何能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池 答案：D 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连通电路，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 3.下列关于如图所示的原电池的说法正确的是(　　) A．当a为Cu，b为含有碳杂质的Al，c为稀硫酸时，b极上观察不到气泡产生 B．当a为石墨，b为Fe，c为浓硫酸时，不能产生连续的稳定电流 C．当a为Mg，b为Al，c为NaOH溶液时，根据现象可推知Al的活动性强于Mg D．当a为石墨，b为Cu，c为FeCl3溶液时，a、b之间没有电流通过 答案：B 4．按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表示(　　) ①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的质量 A．①③⑤ B．③④ C．①②④ D．② 答案：D 解析：在这个原电池中，负极：Fe－2e－===Fe2＋，使a棒质量减轻；正极：Ag＋＋e－===Ag，使b棒增重，溶液中c(NO)不变；反应过程中每溶解56 g铁，析出216 g银，故溶液质量减轻。 5．在如图装置中，观察到图1装置中铜电极上产生大量无色气泡，而图2装置中铜电极上无气泡产生，铬电极上产生大量有色气泡。下列叙述不正确的是(　　) A．图1装置中Cu电极上电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑ B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ C．图2装置中Cr电极上电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O D．两个装置中，电子均由Cr电极经导线流向Cu电极 答案：D 解析：图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，说明铬为负极，铜为正极，正极上析出H2，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，A正确；图2装置中铜电极上无气泡产生，铬电极上产生大量有色气泡，说明铜被氧化，应为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，B正确；图2装置中铬电极上产生大量有色气泡，说明正极上硝酸被还原生成NO2，电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，C正确；图1中电子由Cr电极经导线流向Cu电极，图2中电子由Cu电极经导线流向Cr电极，D错误。 6．某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是(　　) A．电池工作中，盐桥中的Cl－向负极移动 B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑ C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 D．Fe作正极，发生氧化反应 答案：A 解析：铁作负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B、D错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故C错误。 7．根据如图所示装置判断，下列说法正确的是(　　) A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应式均为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大 D．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 答案：C 解析：装置Ⅰ中的Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；装置Ⅱ的Cu为正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误；原电池中阳离子向正极移动，故装置Ⅰ中盐桥中的阳离子移向左侧烧杯，装置Ⅱ中盐桥中的阳离子移向右侧烧杯，D错误。 8.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，发生还原反应 B．b电极反应式为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 答案：D 解析：根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误。 9．将洁净的金属片甲、乙、丙、丁分别放置在浸有某种盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下表：(已知构成两电极的金属其金属活泼性相差越大，电压表的读数越大。) 金属 电子流动方向 电压/V 甲 甲→Cu ＋0.78 乙 Cu→乙 －0.15 丙 丙→Cu ＋1.35 丁 丁→Cu ＋0.30 依据记录数据判断，下列结论中正确的是(　　) A．金属乙能从硫酸铜溶液中置换出铜 B．甲、乙形成合金时，将该合金放置在空气中，甲先被腐蚀 C．在四种金属中乙的还原性最强 D．甲、丁若形成原电池时，甲为正极 答案：B 解析：金属片为甲时，电子由甲→Cu，说明甲为负极，Cu为正极，即金属活动性：甲>Cu；同理，根据电子流向，可以得出金属活动性：Cu>乙，丙>Cu，丁>Cu；再结合题意及电压表的读数可知，金属活动性：丙>甲>丁>Cu>乙，由此可知，A、C、D均错误，B正确。 10．依据Cd(Hg)＋Hg2SO4===3Hg＋Cd2＋＋SO反应原理，设计出韦斯顿标准电池，其简易装置如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　) A．电池工作时Cd2＋向电极B移动 B．反应中每生成a mol Hg转移2a mol电子 C．电极B上发生的反应：Cd(Hg)－4e－===Hg2＋＋Cd2＋ D．电极A上发生的反应：Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO 答案：D 解析：根据反应原理分析，Cd(Hg)为合金材料，金属的化合价均为0，其中的Cd失去电子，电极B作负极，发生的电极反应为Cd(Hg)－2e－===Cd2＋＋Hg；而Hg2SO4得到电子，电极A作正极，电极反应为Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO。原电池中，阳离子向正极移动，则Cd2＋向电极A移动，A错误；根据反应原理：Cd(Hg)＋Hg2SO4===3Hg＋Cd2＋＋SO，每生成3 mol Hg转移2 mol电子，则每生成a mol Hg转移a mol电子，B错误；由上述分析可知，C错误，D正确。 11．某科学家将吸有食盐水的湿抹布夹在银板和锌板的圆形板中间，堆积成圆柱状，制造出最早的电池——伏打电池。下列叙述正确的是(　　) A．该电池中电子由银极经导线流向锌极 B．银极上消耗2.24 L(标准状况下)氧气时，转移0.4 mol电子 C．若用稀硫酸替代食盐水，则在正极放电的物质不变 D．该电池负极的电极反应式为Zn＋2OH－＋2e－===Zn(OH)2 答案：B 解析：锌比银活泼，锌极是电池的负极，银极是电池的正极，电子由负极流向正极，A错误；银是电池的正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，银极上消耗2.24 L(标准状况下)氧气时，消耗氧气的物质的量为0.1 mol，转移0.4 mol电子，B正确；若用稀硫酸替代食盐水，银是电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C错误；锌是电池的负极，在负极Zn失电子，D错误。 12．某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有含K2SO4饱和溶液的琼脂，如图所示。下列叙述中正确的是(　　) A．乙烧杯中发生还原反应 B．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小 C．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯 D．外电路的电流方向是从a到b 答案：D 解析：由2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O可知，Mn元素的化合价降低，得到电子，Fe元素的化合价升高，失去电子，则乙烧杯中石墨为负极，甲烧杯中石墨为正极。乙烧杯中Fe2＋失电子发生氧化反应，故A错误；甲烧杯中MnO得电子发生还原反应，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，因消耗H＋而使溶液pH增大，故B错误；在原电池内电路中，阴离子向负极移动，则盐桥中的SO移向乙烧杯，故C错误。 二、非选择题 13．能源是现代社会发展的三大支柱之一，化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。 (1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是________(填字母)。 (2)写出所选装置正极反应的电极反应式：______________。 (3)所选装置中溶液里的阴离子移向________(填电极的化学式)极。 (4)若所选装置中转移了0.2 mol电子，则理论上溶液增加的质量是________。 答案：(1)C　(2)2H＋＋2e－===H2↑　 (3)Zn　(4)6.3 g 14．根据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂－饱和KNO3溶液。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________。 (2)银电极为电池的________极，写出两电极的电极反应式： 银电极：______________________________； X电极：______________________________。 (3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。(填电极材料) (4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是________(填字母)。 A．K＋ B．NO C．Ag＋ D．SO (5)其中CuSO4溶液________(填“能”或“不能”，下同)被H2SO4(稀)溶液代替，Ag电极________被石墨代替。 答案：(1)Cu　AgNO3溶液　 (2)正　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋ (3)Cu　Ag　(4)B　(5)能　能 解析：(5)CuSO4溶液主要起导电作用，可以被其他不与Cu反应的电解质溶液代替。正极本身不参与反应，只要是活泼性比Cu差的金属或能导电的非金属电极均可以，故Ag电极能被石墨代替。 15．现有A、B、C、D和Fe五种金属片，将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图)，每次实验时，通过灵敏电流计测出电子流动方向如下。 实验分组 所用金属 电子流向 ① A、Fe A→Fe ② C、D D→C ③ A、C C→A ④ B、Fe Fe→B ⑤ …… …… 根据上述情况，回答下列问题： (1)上述五种金属的活动性顺序由强到弱为______________。 (2)在①中，Fe片上观察到的现象是__________________。 (3)在②中，溶液中H＋向金属片________(填“C”或“D”)移动。 (4)如果实验⑤用B、D，则导线中电流方向为________(填“B→D”或“D→B”)。 (5)已知反应：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。请用下列试剂和材料，用上图所示装置，将此反应设计成原电池。 试剂：CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、双氧水、NaOH溶液。 材料：Cu片、Fe片、石墨棒。 设计单液原电池应选用的试剂和材料是____________________；设计双液原电池应选用的试剂和材料是____________________(已含盐桥)。 答案：(1)D>C>A>Fe>B (2)有无色气泡生成　(3)C (4)B→D　(5)FeCl3溶液、Cu片、石墨棒　FeCl3溶液、CuCl2溶液、Cu片、石墨棒 16 学科网（北京）股份有限公司 $$