专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（苏教版）

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 [学习目标]　 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。 3.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 4.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。 [对应学生用书P17] 知识点一　原电池的工作原理 1．实验探究：锌和硫酸铜溶液反应中能量转化 操作 向一支小烧杯中加入1.0 mol·L-1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度 现象 Zn逐渐__溶解__，有__红色__物质生成，溶液温度__升高__，颜色__变浅__ 能量转化 化学能转化为__热能__ 原因解释 Zn把电子直接传递给Cu2+，离子方程式：__Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+__ 2．实验探究：铜锌原电池的构造与工作原理 装置示 意图 实验 现象 锌片__逐渐溶解__，铜片上红色固体质量__增加__，溶液颜色__变浅__，电流计指针发生__偏转__，用温度计测量两烧杯溶液的温度几乎不变 能量 转化 化学能转化为__电能__ 原因 解释 (1)在ZnSO4溶液中，锌片上的锌原子__失__电子，发生__氧化__反应，形成__Zn2+__进入溶液，__负__极电极反应式为__Zn－2e－===Zn2+__； (2)在CuSO4溶液中，溶液中的__Cu2+__从铜片上得电子，还原成为__Cu__并沉积在铜片上，__正__极电极反应式是__Cu2+＋2e－===Cu__； (3)总电池反应式是__Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu__ 电子或离子的移动方向 (1)导线(外电路)中，电子从__Zn__片(__负__极)移向__Cu__片(__正__极)； (2)盐桥(内电路)中的__Cl－__离子移向ZnSO4溶液，__K＋__离子移向CuSO4溶液 3．原电池工作原理 (1)定义：原电池是将__化学能__转化为__电能__的装置。 (2)电极名称及电极反应 ①负极：电子__流出__的一极，发生__氧化__反应。 ②正极：电子__流入__的一极，发生__还原__反应。 (3)构成条件 ①两个活泼性不同的电极(两种金属或一种__金属__和一种能导电的__非金属__)。 ②__电解质__溶液。 ③构成闭合回路。 ④能自发进行的__氧化还原__反应。 (4)盐桥的作用 ①__形成闭合回路__。 ②__平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性__。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。 理解记忆原电池中的四个“方向” (1)外电路中电子移动方向：负极→正极。 (2)外电路中电流方向：正极→负极。 (3)电池内部离子移动方向：阴离子→负极，阳离子→正极。 (4)盐桥(含KCl饱和溶液)中离子移动方向：K＋→正极，Cl－→负极。 1．某原电池总反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼脂吗？ 提示　不可以。因为AgNO3溶液能和KCl溶液反应生成AgCl沉淀，盐桥中可以是装有含KNO3饱和溶液的琼脂。 2．双液铜锌原电池装置中，电池工作一段时间后，锌片的质量减少16.25 g，线路中转移电子的个数是多少？铜电极质量增加多少克？ 提示　负极反应式：Zn－2e－===Zn2+，n(Zn)＝＝0.25 mol，则线路中转移电子：0.25 mol×2＝0.5 mol，即0.5NA个电子；正极反应式：Cu2+＋2e－===Cu，铜电极增加的质量为×0.5 mol×64 g·mol-1＝16 g。 3．在锌与稀硫酸反应时，滴入CuSO4溶液为何能加快反应速率？ 提示　锌置换出铜，构成许多微小的原电池，通过电化学反应产生H2，因而能加快生成H2的速率。 4．双液电池中盐桥起到什么作用？ 提示　盐桥中的阴阳离子向两极移动，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。 1．原电池的工作原理 2．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相同。 (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，形不成原电池。 (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。 3．原电池正负极的判断 4．电极反应式书写的一般步骤 1．(2024·宁夏期末)关于锌铜原电池装置(如图所示)，下列分析正确的是(　　) A．一段时间后两烧杯中c(Zn2+)、c(Cu2+)均减小 B．原电池工作时，Cu电极流出电子，发生反应：Cu－2e－===Cu2+ C．原电池工作时，Zn电极发生还原反应：Zn2+＋2e－===Zn D．原电池工作时的总反应为Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu 解析　Zn为负极，反应为Zn－2e－===Zn2+，溶液中Zn2+浓度增大，A错误；Cu为正极，工作时电子流入，反应为Cu2+＋2e－===Cu，B错误；原电池工作时，Zn电极发生氧化反应，C错误；正、负极得失电子数相等时，相加为总反应式：Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，D正确。 答案　D 2．根据原电池的工作原理，写出下列电池的电极反应式。 (1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池： ①正极反应式是________________________________________________________； ②负极反应式是________________________________________________________； ③原电池总反应的离子方程式是__________________________________________。 (2)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器皿浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银器皿表面的黑色会褪去而银不会损失。在此形成的原电池中： ①负极反应式是_________________________________________________________； ②正极反应式是_________________________________________________________； ③总反应式是___________________________________________________________。 答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　②Fe－2e－===Fe2+　③Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑ (2)①2Al－6e－===2Al3+　②3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2-　③3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑ 知识点二　原电池原理的应用 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为__负__极，b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．用于金属保护 原理 使被保护的金属作原电池的正极而得到保护 实例 要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 4．设计原电池 (1)理论上，任何自发的__氧化还原__反应都可以设计成原电池。 (2)外电路：__还原__性较强的物质在负极上失去电子，__氧化__性较强的物质在正极上得到电子。 (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。 5．设计示例 请用CuCl2溶液、FeCl2溶液、盐桥、铁片、石墨棒设计原电池，实现电池反应：CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu。 设计思路 示例 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)： __Fe－2e－===Fe2+__ 还原反应(正极)： __Cu2+＋2e－===Cu__ 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：__铁片__ 正极材料：__石墨棒__ 电解质溶液 画出示意图(盐桥原电池) ____ 1．实验室常用锌与稀硫酸反应制取氢气。 (1)若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取氢气，哪种方法产生氢气的速率快？ (2)若用纯锌与稀硫酸反应，常向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，为什么？ 提示　(1)粗锌中的锌、铁、碳与稀硫酸形成了原电池，加快了反应速率。 (2)锌与硫酸铜溶液反应生成铜，铜、锌与稀硫酸形成原电池，可加快反应速率。 2．某同学将反应2Al＋6H＋===2Al3+＋3H2↑设计为原电池，装置如图，请分析此同学设计的装置是否正确，为什么？ 提示　不正确。常温下，Al在浓硝酸中发生钝化而被保护。 3．根据反应HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，能设计成原电池吗？为什么？ 提示　不能。该反应不属于氧化还原反应，无电子的转移。 设计原电池时应注意的3点 原电池的设计思路是“两极—液—连线。” 从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池，实际设计时应注意以下几点： 1．外电路：负极(还原性较强的物质)正极(氧化性较强的物质)。 2．内电路：将两电极浸入电解质溶液或熔融电解质中，阴、阳离子作定向移动。 3．闭合回路 1. 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线相连组成原电池。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极上有大量气泡产生，则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为(　　) A．a>b>c>d　　　　 B．a>c>d>b C．c>a>b>d D．b>d>c>a 解析　根据原电池原理，作为负极的金属的活泼性比正极金属的活泼性强。电子流动方向是负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，溶液中的H＋在正极上得电子生成H2，因此可依次做出如下判断：活泼性a>b，c>d，a>c，d>b，综合得到结论：金属活泼性由强到弱的顺序为a>c>d>b，B正确。 答案　B 2．现有如下两个反应： ①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O ②Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2+ (1)根据上述两个反应的本质，判断它们能否设计成原电池：________________________________________________________________________。 (2)如果不能，说明原因：______________________________________________。 (3)如果能，在方框中画出形成稳定电流的带盐桥的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。 写出正、负极材料及其电极反应式。 ①负极材料：________，电极反应：_______________________________________； ②正极材料：________，电极反应：_______________________________________。 解析　原电池是将化学能转变为电能的装置，只有氧化还原反应才有电子的转移，而①为非氧化还原反应，故不能设计成原电池，②为自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。(3)在反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2+中，Ag＋被还原，可用Ag或石墨作正极，发生的电极反应为2Ag＋＋2e－===2Ag；Cu被氧化，为原电池的负极，发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2+。 答案　(1)①不能，②能　(2)①不是氧化还原反应，反应过程中没有发生电子的转移 (3) ①Cu　Cu－2e－===Cu2+　②Ag(或石墨)　2Ag＋＋2e－===2Ag [对应学生用书P21] 1．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　) A．正极反应为Zn－2e－===Zn2+ B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 C．电池反应为Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu D．在外电路中，电子从负极流向正极；在电池内部，电子从正极流向负极 解析　锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，正极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，A错误；根据原电池工作原理，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，B错误；负极反应式为Zn－2e－===Zn2+，因此电池反应为Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，C正确；根据原电池的工作原理，电子从负极经外电路流向正极，电池内部只有阴、阳离子的定向移动，D错误。 答案　C 2．(2024·辽宁六校联考)某原电池总反应为Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是(　　) 选项 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3溶液 Fe(NO3)2溶液 CuSO4溶液 Fe2(SO4)3溶液 解析　锌比铜活泼，锌作负极，电池反应为Zn＋2Fe3+===Zn2+＋2Fe2+，A错误；金属铜和亚铁盐不反应，没有自发发生的氧化还原反应，B错误；锌比铁活泼，锌作负极，电池反应为Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，C错误；铜比银活泼，金属铜作负极，电池反应为Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+，D正确。 答案　D 3．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 解析　把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由①可知，a作负极，b作正极，金属活动性：a＞b；由②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b＞c；由③可知，d极溶解，则d作负极，c作正极，活动性：d＞c；由④可知，电流从a极流向d极，则d为负极，a为正极，活动性：d＞a。综合上述可知，活动性：d＞a＞b＞c。 答案　C 4．(2023·衡中质检)原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　) 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，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 解析　先判断正负极，根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应书写电极方程式。①中Mg活泼，作负极；②中Al能与氢氧化钠溶液反应，Al作负极，总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，负极为2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O，总反应减去负极反应就是正极反应，A错误，B正确；③中铁遇浓硝酸钝化，铜常温下可与浓硝酸反应，铜作负极，C错误；④是铁的吸氧腐蚀，Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。 答案　B 5．(1)利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示的原电池，回答下列问题： ①写出电极反应式。 正极：____________________；负极：________________________________。 ②图中X是________，Y是________。 ③原电池工作时，盐桥中的________(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。 (2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极反应式为_________________________________________________。 解析　(1)①该原电池中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+；石墨作正极，电极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+。②X溶液应为FeCl3溶液，Y溶液应为CuCl2溶液。③原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动。 (2)Cu作负极，O2在正极上得电子：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 答案　(1)①2Fe3+＋2e－===2Fe2+　Cu－2e－===Cu2+　②FeCl3　CuCl2　③阳 (2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$