1.2 第1课时 原电池的工作原理(Word教参)-【新课程学案】2025-2026学年高中化学选择性必修1（苏教版）

第二单元　化学能与电能的转化 学习目标 重点难点 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.了解原电池及常见化学电源的工作原理。 3.了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 重点 1.分析、解释原电池和电解池的工作原理; 2.能设计简单的原电池和电解池。 难点 1.原电池和电解池的工作原理; 2.电极反应式的书写与判断。 第1课时　原电池的工作原理 新知探究(一)——原电池的工作原理 导学设计 　　用Zn片、铜片、CuSO4溶液、ZnSO4溶液及装有KCl饱和溶液的盐桥组成下面甲、乙、丙三套装置,观察实验现象。 1.甲装置中温度有何变化?乙、丙装置中可观察到有何实验现象? 提示:甲装置中溶液温度升高,乙、丙装置中电流计的指针均发生偏转。 2.装置甲、乙、丙中能量转化的方式是怎样的? 提示:装置甲:化学能转化为热能;装置乙、丙:化学能转化为电能。 3.装置丙中电子在导线中的移动方向是怎样的?盐桥中的K+、Cl-的移动方向是怎样的? 提示:电子的移动方向是Zn(负极)→电流表→Cu(正极),盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液(负极),K+移向CuSO4溶液(正极)。 4.装置丙中,盐桥的作用是什么?装置丙中取出盐桥,电流表的指针如何变化? 提示:①形成闭合回路;②保持溶液中电荷守恒,使电池反应能持续发生;③避免电极与电解质溶液直接反应,最大程度将化学能转化为电能。取出盐桥,丙装置中电流表的指针不再发生偏转。 [系统融通知能] 1.原电池的构成 半电池 原电池由两个半电池组成,半电池包括电极材料和电解质溶液 电极 材料 一般情况下,两个活泼性不同的电极,相对活泼的金属作负极,较不活泼的金属(或导电的非金属)作正极 形成闭 合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接,形成闭合回路。两个隔离的半电池通过盐桥连接起来,盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。盐桥在原电池中起导电作用,使整个装置形成闭合回路,盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动,使两电解质溶液均保持电中性,从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流 2.原电池的工作原理(以铜锌原电池为例) 3.原电池中正、负极的判断方法 [题点多维训练] 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 解析:选C　原电池中一般是相对活泼的金属为负极,相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极。 2.如图所示装置中,电流表A发生偏转,a极逐渐变粗,同时b极逐渐变细,c为离子导体,则下列各组中符合的是 (　　) A.a是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4 B.a是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4 C.a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液 D.a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液 解析:选D　原电池工作时,a极逐渐变粗,同时b极逐渐变细,说明b极失去电子是负极,a极上金属离子得电子是正极,离子导体中含有先于H+放电的金属阳离子,综上所述,D项符合。 3.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是 (　　) A.均发生了化学能转化为电能的过程 B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C.工作过程中,电子均由Zn经导线流向Cu D.相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高 解析:选B　两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,故A项正确;根据原电池的工作原理,锌比铜活泼,锌作负极、铜作正极,铜本身不是反应物,故B项错误;锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,故C项正确;图甲装置中负极会直接发生Zn与Cu2+的置换反应,产生的电流在较短时间内就会衰减,故D项正确。 4.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述错误的是 (　　) A.电极Ⅰ上发生还原反应,该电极作原电池的正极 B.电极Ⅱ的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+ C.该原电池的总反应为 2F+Cu==Cu2++2Fe2+ D.盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼脂,其作用是传递电子 解析:选D　电极Ⅰ上铁离子得到电子发生还原反应,该电极作原电池的正极,A项正确;电极Ⅱ为原电池的负极,发生氧化反应,即Cu-2e-==Cu2+,B项正确;该装置中发生的氧化还原反应为Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+,C项正确;盐桥中的电解质电离出的离子发生定向移动进而形成电流,即盐桥中移动的是离子,D项错误。 新知探究(二)——原电池原理的应用 典例导学 [典例]　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。  (4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是　　　　(填字母)。  A.K+ 　　　　　　　　 B.N C.Ag+ D.S (5)其中CuSO4溶液　　　　(填“能”或“否”,下同)被H2SO4(稀)溶液代替。Ag电极　　　　被石墨代替。   [解析]　(1)由反应方程式可知,Cu为还原剂,作负极,即Cu为X极;Ag+(aq)为氧化剂,即Y应为AgNO3溶液。(2)银电极为电池的正极,正极发生还原反应:2Ag++2e-==2Ag,负极(X电极)发生氧化反应:Cu-2e-==Cu2+。(3)外电路中的电子从Cu电极(负极)流向Ag电极(正极)。(4)左边烧杯中Cu-2e-==Cu2+,阳离子浓度增加,故盐桥中的阴离子N移向CuSO4溶液中。(5)CuSO4溶液主要具有导电的作用,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,只要是活动性比Cu差的金属或能导电的非金属均可以作电极,故Ag电极能被石墨代替。 [答案]　(1)Cu　AgNO3溶液　(2)正　2Ag++2e-==2Ag　Cu-2e-==Cu2+　(3)Cu　Ag　(4)B　(5)能　能 [系统融通知能] 1.比较金属活动性强弱 对于酸性电解质,一般是负极金属的活动性较强,正极金属的活动性较弱。 例如:a和b两种金属,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,则a极为负极,b极为正极,金属活动性:a>b。 2.加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 3.设计原电池 工作原理 理论上,自发的氧化还原反应,可以设计成原电池 外电路 内电路 将两电极浸入电解质溶液中,阴、阳离子作定向移动 模型认知 设计原电池的思路(以Cu与AgNO3反应为例) 明确两 极反应 正极:2Ag++2e-==2Ag 负极:Cu-2e-==Cu2+ 选择电 极材料 负极材料一般为相对活泼而易失电子物质,如Cu 正极材料一般为导电性材料且活动性较差,如C、Ag等 选择电 解质溶液 不含盐桥:参与正极反应的氧化剂,如AgNO3 含盐桥:负极溶液一般含负极金属离子,如Cu(NO3)2;正极溶液为参与正极反应的氧化剂,如AgNO3 画装 置图 [题点多维训练] 题点(一)　利用原电池原理比较金属活动性强弱 1.有A、B、D、E四种金属,当A、B、稀硫酸组成原电池时,电子流动方向为A→B;当A、D、稀硫酸组成原电池时,A为正极;当B、E组成原电池时,电极反应式为E2++2e-==E,B-2e-==B2+,则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为 (　　) A.A>B>E>D　　　　　 B.A>B>D>E C.D>E>A>B D.D>A>B>E 解析:选D　根据“当A、B、稀硫酸组成原电池时,电子流动方向为A→B”可知:金属性A>B;根据“当A、D、稀硫酸组成原电池时,A为正极”可知:金属性D>A;根据“当B、E组成原电池时,电极反应式为E2++2e-==E,B-2e-==B2+”可知:金属性B>E,综上可知:金属性由强到弱的顺序为D>A>B>E。 2.a、b、c、d为金属电极,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 解析:选C　第一个装置中a极质量减小,b极质量增加,可断定a作负极,说明活动性a>b;第二个装置中b上有气体产生,c无变化,说明活动性b>c;第三个装置中d极溶解,c极有气体产生,说明活动性d>c;第四个装置中电流从a极流向d极,则a极为正极,说明活动性d>a。由此可得d>a>b>c,故C正确。 题点(二)　原电池原理对反应速率的影响 3.一定量的锌粉和6 mol·L-1的过量盐酸反应,当向其中加入少量的下列物质时,既能够加快反应速率,又不影响产生H2的总量的是 (　　) ①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸 A.①②⑤ B.①③⑤ C.③④⑤ D.只有①③ 解析:选B　加入石墨粉,Zn、C、盐酸构成原电池,反应速率加快,且不影响产生H2的总量,故①正确;加入CuO,CuO与盐酸反应生成氯化铜,氯化铜与锌反应生成铜,形成原电池,反应速率加快,但与盐酸反应的锌的量减少,产生H2的总量减少,故②错误;加入铜粉,构成原电池,反应速率加快,且不影响产生H2的总量,故③正确;加入铁粉,构成原电池,反应速率加快,但铁可以与盐酸反应生成氢气,产生H2的总量增多,故④错误;加入浓盐酸,氢离子浓度增大,反应速率加快,且不影响产生H2的总量,故⑤正确。 4.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 (　　) 解析:选B　H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量,H2的量由H2SO4的物质的量决定。a烧杯中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成原电池,反应速率加快,但产生H2的体积相等。 题点(三)　设计原电池 5.设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。 限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。 (1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示),并作相应标注。 要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。 (2)铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极　　　　　　　　　。  (3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　,其原因是 　　。  解析:(3)以Zn和Cu作电极为例分析,如果不用盐桥,则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2+的置换反应,反应放热,会使部分化学能以热能形式散失,使其不能完全转化为电能,而盐桥的使用,可以避免Zn和Cu2+的直接接触,从而避免能量损失,提供稳定电流。 答案:(1)如图所示。 (2)逐渐溶解 (3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应,导致部分化学能转化为热能;电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应,化学能在转化为电能时损耗较小 [课时跟踪检测] 一、选择题 1.下列装置工作时,将化学能转化为电能的是 (　　) A.风力发电机 B.硅太阳能电池 C.纽扣式银锌电池 D.电解熔融氯化钠 解析:选C　该装置将风能转化为电能,A错误;该装置将太阳能转化为电能,B错误;该装置将化学能转化为电能,C正确;该装置将电能转化为化学能,D错误。 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 解析:选D　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。 3.将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中,一段时间后,下列叙述正确的是 (　　) A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极 C.两烧杯中溶液的pH均增大 D.甲中产生气泡的反应速率比乙中的慢 解析:选C　甲中形成了原电池,氢气在铜极放出,而乙不能形成闭合回路,不能产生电流,铜片不是负极,A、B项错误;甲中产生气泡的反应速率比乙中的快,因为甲中锌失去的电子流向铜,铜周围生成氢气,乙中只是锌参加反应,反应过程中会使锌片周围产生大量的ZnSO4,H+浓度下降,从而使反应速率减小,D项错误。 4.如图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置下列说法正确的是 (　　) A.外电路的电流方向为X→外电路→Y B.若两电极分别为Zn和石墨棒,则X为石墨棒,Y为Zn C.若两电极都是金属,则它们的活泼性为X>Y D.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应 解析:选C　电流的方向是正电荷的移动方向,所以外电路的电流方向为Y→外电路→X,A错误;由于活泼性Zn>C,则X为Zn,Y是石墨棒,B错误;X极失去电子,发生氧化反应,Y极上获得电子,发生的是还原反应,D错误。 5.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+==Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组合是 (　　) 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 解析:选C　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+,故只有C选项正确。 6.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+ 解析:选B　银作原电池的负极,电子从银极流向石墨极,A正确;负极是银极,银失去电子生成银离子,B错误;盐桥中的阴离子移向负极,即向硝酸银溶液移动,C正确;电池反应为银与铁离子反应生成银离子和亚铁离子,D正确。 7.(2025·深圳高二期末)近年来电池研发领域涌现出纸电池,电极和电解液均嵌在纸中,如图是以NaCl溶液为电解液的纸电池工作原理。下列说法正确的是 (　　) A.Zn片电势比Cu片高 B.O2在正极上得电子 C.Na+向负极移动 D.电子由Cu片流向Zn片 解析:选B　锌作负极,Cu作正极,正极的电势比负极的高,则Cu片电势比Zn片高,故A错误;以NaCl溶液为电解液,Zn比Cu活泼,锌作负极,失电子生成Zn2+,铜作正极,空气中O2在正极上得电子生成氢氧根离子,故B正确;原电池中电解液中阳离子向正极移动,则Na+向正极移动,故C错误;电子由负极经外电路流向正极,则电子由Zn片流向Cu片,故D错误。 8.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(N)　③a棒的质量 ④b棒的质量　⑤溶液的质量 A.①③⑤　　B.③④　　C.①②④　　D.② 解析:选D　该原电池中,负极:Fe-2e-==Fe2+,使a棒质量减轻;正极:Ag++e-==Ag,使b棒增重,但溶液中c(N)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。 9.原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列说法错误的是　 (　　) A.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池,负极的电极反应式为Fe-2e-==F B.由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池,负极的电极反应式为Al-3e-==Al3+ C.由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池,负极的电极反应式为Al+4OH--3e-==[Al(OH)4]- D.由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池,负极的电极反应式为Al-3e-==Al3+ 解析:选D　铁比铜活泼,铁作负极,负极的电极反应式为Fe-2e-==Fe2+,故A正确;铝比铜活泼,铝作负极,负极的电极反应式为Al-3e-==Al3+,故B正确;虽然镁比铝活泼,但镁不与氢氧化钠溶液反应,因此铝作负极,负极的电极反应式为Al+4OH--3e-==[Al(OH)4]-,故C正确;Al遇浓硝酸发生钝化,则铜作负极,负极的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+,故D错误。 10.(2025·湖北十堰高二统考期末)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 (　　) 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 解析:选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;电极都是Fe,乙醇也不是电解质,不能形成原电池,A项错误;电极都是C,不能形成原电池,B项错误;蔗糖不是电解质溶液,不能形成原电池,C项错误;C和Fe分别是两个活性不同的电极,硫酸铜溶液是电解质,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。 11.(2024·全国新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时,下列叙述错误的是 (　　) A.电池总反应为2C6H12O6+O2==2C6H12O7 B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a 解析:选C　由题图知,该电池的总反应为2C6H12O6+O2==2C6H12O7,A正确;b电极上发生转化:CuO→Cu2O→CuO,反应前后CuO的性质和质量不变,故b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用,B正确;根据负极的电极反应式可知当消耗18 mg(0.1 mmol)葡萄糖时,转移0.2 mmol电子,故理论上a电极有0.2 mmol电子流入,C错误;原电池中,阳离子向正极迁移,b电极为负极,a电极为正极,故两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a,D正确。 二、非选择题 12.(10分)(2025·衡水中学月考)某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,完成下列问题: (1)反应过程中,　　　　棒质量减少。  (2)负极的电极反应式为 　。 (3)反应过程中,当其中一个电极质量增加2 g时,另一电极减轻的质量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”) 2 g。  (4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供N和Cl-,使两烧杯溶液中保持电荷守恒。 ①反应过程中N将进入　　　　烧杯(填“甲”或“乙”)。  ②当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中浓度最大的阳离子是　　　　。  解析:(3)转移0.2 mol电子时,铜棒质量增加6.4 g,锌棒质量减少6.5 g,故反应过程中,当铜电极质量增加2 g时,另一电极减少的质量大于2 g。(4)反应过程中,为了保持溶液的电中性,Cl-将进入甲烧杯,N进入乙烧杯。当外电路中转移0.2 mol电子时,乙烧杯中有0.1 mol Cu2+消耗,还剩余0.1 mol Cu2+,有0.2 mol N进入乙烧杯,故乙烧杯中浓度最大的阳离子是N。 答案:(1)锌　(2)Zn-2e-==Zn2+ (3)大于　(4)①乙　②N 13.(16分)某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序,有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极,但甲同学将电极放入6 mol·L-1的稀H2SO4中,乙同学将电极放入6 mol·L-1的NaOH溶液中,如图所示。 (1)写出甲池中发生的原电池反应的电极反应式: 负极: 　, 正极: 　。 (2)写出乙池中发生的原电池反应的电极反应式: 负极: 　, 正极: 　。 电池反应方程式为 　。 (3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,则甲会判断出　　　　的活动性更强,而乙会判断出　　　　的活动性更强。(填写元素符号)  (4)由此实验,可得到如下哪些结论?　　　　(填字母)。  A.利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质 B.镁的金属性不一定比铝的金属性强 C.该实验说明金属活动性顺序已过时,已没有实用价值 D.该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变,应具体问题具体分析 (5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法　　　　(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠,则请提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案: 　 。  解析:(1)甲池中电池反应方程式为Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑,Mg作负极,电极反应式为Mg-2e-==Mg2+,Al作正极,电极反应式为2H++2e-==H2↑。(2)乙池中电池反应方程式为2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4]+3H2↑,负极上为Al与OH-反应生成[Al(OH)4]-,电极反应式为Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-;正极产物为H2,电极反应式为6H2O+6e-==6OH-+3H2↑。(3)甲池中Mg为负极,Al为正极;乙池中Al为负极,Mg为正极,若根据负极材料金属比正极材料金属活泼判断,则甲会判断出Mg的活动性更强,乙会判断出Al的活动性更强。(4)Mg的金属活动性一定比Al强,金属活动性顺序是正确的,应用广泛。(5)判断原电池的正、负极可根据回路中电流的流向或电子的流向等进行判断,直接利用金属活动性顺序判断原电池的正、负极是不可靠的。 答案:(1)Mg-2e-==Mg2+ 2H++2e-==H2↑ (2)Al+4OH--3e-==[Al(OH)4]- 6H2O+6e-==6OH-+3H2↑ 2Al+2OH-+6H2O==2[Al(OH)4]-+3H2↑ (3)Mg　Al　(4)AD (5)不可靠　根据回路中电流的流向或电子的流向进行判断(合理即可) 162 / 162 学科网（北京）股份有限公司 $$