第1章 第2节 第1课时 原电池的工作原理（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本讲义聚焦“原电池的工作原理”核心知识点，通过锌铜原电池实验探究（现象、电极反应、盐桥作用），系统梳理原电池定义、构成条件及正负极判断依据（电子流向、离子移动、反应类型），搭建从实验现象到原理分析再到应用的学习支架。 该资料以实验探究为特色，通过带盐桥与不带盐桥原电池对比实验，培养学生科学探究与实践能力，结合正负极判断、原电池设计题发展科学思维。课中辅助教师演示讲解原理，课后习题（如金属活动性比较、电池设计）帮助学生巩固，查漏补缺。

第2节　化学能转化为电能——电池 第1课时　原电池的工作原理 [核心素养发展目标]　1.理解原电池的工作原理，能根据电极反应、电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极。2.能设计简单的原电池并能理解原电池工作原理的应用。 一、原电池的工作原理 1．实验探究锌铜原电池的工作原理 (1)实验现象：两种电池均产生电流，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，检流计指针发生偏转。 (2)实验结论：两种装置均能构成原电池，将化学能转化成电能。 (3)分析上述原电池的工作原理 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 电子流向 由锌极通过导线流向铜极 离子移向 阳离子移向正极，阴离子移向负极 (4)根据以上实验探究回答下列问题： ①盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼脂)中离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液。盐桥在原电池装置中的作用是形成闭合回路，平衡电荷，产生稳定电流。 ②对比图Ⅰ与图Ⅱ两装置，能更有效地将化学能转化为电能的是图Ⅱ，其原因是图Ⅰ装置中负极直接与CuSO4溶液接触，导致部分化学能转化为热能，产生的电流强度小。 2．原电池 (1)定义：把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 (1)理论上，任何的氧化还原反应都可设计成原电池(　　) (2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　) (3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生(　　) (4)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高(　　) (5)利用图1能实现Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑(　　) (6)图2能验证锌与硫酸铜反应过程中有电子转移(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ (1)下列反应理论上能设计成原电池的是__________(填序号，下同)。 ①HCl＋NaOH===NaCl＋H2O　ΔH＜0 ②2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0 ③4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＜0 答案　②③ (2)下列装置中，能构成原电池的是________，能构成原电池的指出电极的名称并写出电极反应式。 答案　①②⑤ ①Cu是正极：2H＋＋2e－===H2↑； Fe是负极：Fe－2e－=== Fe2＋。 ②Zn是负极：Zn－2e－===Zn2＋； Fe是正极：Cu2＋＋2e－===Cu。 ⑤Ag是正极：2Ag＋＋2e－===2Ag； Cu是负极：Cu－2e－===Cu2＋。 原电池中正、负极的判断 判断依据 负极 正极 电子流动方向 电子流出极 电子流入极 电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极 电流方向 电流流入极 电流流出极 两极发生的反应 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 电极材料 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 二、原电池工作原理的应用 1．加快化学反应速率 当试管a中滴入少量CuSO4溶液后，观察到其中产生气泡的速率较试管b中的________，其原因是____________。 答案　快　CuSO4溶液与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小锌铜原电池，加快产生H2的速率 2．比较金属的活动性强弱 原电池的两极为两种不同金属时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼(注意电解质溶液的种类)。 3．设计原电池的一般思路 首先将氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应。 其次确定正、负极选择电极材料，还原剂(一般为比较活泼的金属)为负极，比较不活泼的金属或惰性电极为正极。 最后用导线连接两个电极并插入电解质溶液形成闭合回路，如果两个半反应分别在两个容器中进行，中间应用盐桥连接。 1．某单液原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，下列关于该反应的电池设计正确的是(　　) A．正极材料为Cu，电解质溶液为CuCl2 B．负极材料为Ag，电解质溶液为AgNO3 C．正极材料为C，电解质溶液为AgNO3 D．负极材料为Cu，电解质溶液为CuSO4 答案　C 解析　由总反应式可知，Cu的化合价升高，失电子，Cu作负极，A、B错误；C与AgNO3不反应，电解质溶液中的Ag＋在正极得电子生成Ag，符合电池总反应，C正确，D错误。 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________。 答案　d＞a＞b＞c 解析　由第一个装置a极质量减小可知，a极是负极，金属活动性：a>b；第二个装置依据氧化性、还原性的规律推出金属活动性：b>c；第三个装置的金属活动性：d>c；由第四个装置电流流向：a→d，故金属活动性：d>a。综上所述，这四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。 3．利用反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计一个原电池装置。 (1)在下图方框中画出两种原电池装置图，标明电极材料和电解质溶液。 单液原电池装置图 带盐桥的双液原电池装置图 (2)写出电极反应式。 负极：__________________________________________________________________。 正极：__________________________________________________________________。 答案　(1) (说明：正极材料除石墨外，还可以用银、金、铂等) (2)Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 4．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稀硫酸中，乙同学将电极放入6 mol·L－1 NaOH溶液中，如图所示。 (1)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__________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。 由此实验，可得到的结论是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)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，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)Mg　Al　利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质 (2)不可靠　在两电极之间连上一个电流表，测电流方向，判断原电池的正、负极 (选择题1～8题，每小题6分，9～12题，每小题7分，共76分) 题组一　原电池的工作原理 1．下列关于原电池的叙述错误的是(　　) A．原电池中的电解质不一定处于液态 B．若欲使原电池处于工作状态，必须使其与外电路形成闭合回路 C．金属活动性顺序中，排在前面的金属总是作负极，排在后面的金属总是作正极 D．负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应 答案　C 解析　原电池中的电解质不一定处于液态，也可以是固态或糊状物，A正确；金属活动性顺序中，排在前面的金属不一定总是作负极，排在后面的金属也不一定总是作正极，例如铁、铜和浓硝酸构成的原电池中铁是正极，铜是负极，C错误。 2．下列装置能组成原电池的是(　　) 答案　C 解析　形成原电池的条件有四个：①两个活泼程度不同的导电电极，②电极浸入电解质溶液，③形成闭合回路，④发生自发的氧化还原反应。A中两电极均为Zn，活泼程度相同，B中塑料棒不导电，D中酒精不是电解质溶液，故A、B、D均错。 3．下列有关原电池负极的说法正确的是(　　) A．一定是活泼金属 B．工作时电极本身一定被氧化 C．工作时一定有电子流出 D．一定带负电荷 答案　C 4.用铜片、银片、CuSO4溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。下列有关该原电池的叙述正确的是(　　) ①铜电极的质量减少　②正极反应为Ag＋＋e－===Ag　③在外电路中，电流由铜电极流向银电极　④实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 答案　A 解析　金属活动性：Cu>Ag，Cu为负极，失去电子，Cu－2e－===Cu2＋，质量减少，①正确；Ag为正极，得到电子，Ag＋＋e－===Ag，②正确；电流由银电极流向铜电极，③错误；取出盐桥不能形成闭合回路，不能构成原电池，④错误。 5.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则下列叙述正确的是(　　) A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸 B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液 C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸 D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液 答案　C 解析　在铁片、碳棒形成的原电池中， a极上有大量气泡生成，可判断a为原电池的正极(碳棒)，b为原电池的负极(铁片)，电解质溶液为稀硫酸，C符合题意。 题组二　原电池工作原理的应用 6．下列方法可以加快铁和稀硫酸的反应速率的是(　　) A．加入少量ZnSO4固体 B．加入少量水 C．加入少量CuSO4固体 D．用98%的浓硫酸代替稀硫酸 答案　C 解析　加入少量ZnSO4固体，不会改变反应物的浓度，不会改变反应速率，故A不选；加水，溶液的体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小，故B不选；加入少量CuSO4固体，会发生反应置换出铜，形成原电池，使反应速率加快，故C选；浓硫酸在常温下使铁钝化，D不选。 7．(2023·湖南邵东高二期中)一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的正确组成是(　　) A B C D 正极 Zn Cu Zn C 负性 Cu Zn Ag Zn 电解质溶液 CuCl2溶液 H2SO4溶液 CuSO4溶液 CuCl2溶液 答案　D 解析　根据总反应可知Zn为负极，正极为活动性比Zn弱的金属或可导电非金属，电解质溶液中含Cu2＋，只有D项符合题意。 8．(2023·石家庄实验中学月考)用A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 实验现象 A不断溶解 C的表面有红色固体析出 A上有气泡产生 A．装置甲中的B金属是原电池的负极 B．装置乙中，外电路中电流的流向为B→C C．装置丙中溶液里的SO移向A D．四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C 答案　D 解析　装置甲中A不断溶解，则A为负极，B为正极，A错误；装置乙中C的表面有红色固体析出，则C为正极，B为负极，外电路中电流方向：C→B，B错误；装置丙中A上有气泡产生，则A为正极，D为负极，溶液中SO向D移动，C错误。 9.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　) A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 答案　C 解析　锌电极是原电池的负极，发生氧化反应，铜电极是原电池的正极，发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜不允许阴离子通过，所以电池工作一段时间后，甲池的c(SO)不变，B、D项错误；乙池中发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，溶液中Cu2＋逐渐减少，为维持溶液中的电荷平衡，Zn2＋会不断移向乙池，使溶液质量增加，C项正确。 10．实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是(　　) A．若将图1装置的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生 B．图2中H＋向Cu片移动 C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快 D．图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶1 答案　D 解析　Zn、Cu直接接触能构成闭合回路而形成原电池，稀硫酸作电解质溶液，所以Cu片上可看到有气泡产生，A正确；H＋带正电荷，向正极移动，即向Cu片移动，B正确；由于Mg失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片时，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C正确；若两装置负极消耗Zn的质量均为65 g，图2正极产生2 g H2，图3正极上析出64 g Cu，正极产物的质量比为1∶32，D错误。 11．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，电极反应式为Li－e－===Li＋ B．Li是负极，电极反应式为Li－e－===Li＋ C．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋ 答案　B 解析　根据锂电池的总反应式Li＋MnO2===LiMnO2，失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，A、D错误，B正确；MnO2是正极，电极反应式为MnO2＋e－===MnO，C错误。 12．硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图的实验装置，结果电流表指针发生了偏转，下列分析正确的是(　　) A．如图装置的电流方向是从C1到C2 B．C1是负极，发生的反应是2I－－2e－===I2 C．盐桥中的K＋向C1电极移动 D．装置发生的总反应是Hg2＋＋2I－===HgI2↓ 答案　B 解析　电流表指针发生偏转说明有电流形成，此装置为原电池，I－具有还原性，C1作负极，电极反应为2I－－2e－===I2，B正确；C2作正极，溶液中Hg2＋得电子，Hg2＋＋2e－===Hg，发生还原反应，电流方向是从正极(C2)流向负极(C1)，A错误；为保持硝酸汞溶液电荷守恒，盐桥中阳离子移向硝酸汞溶液(C2电极)，C错误；装置发生的总反应为Hg2＋＋2I－===Hg＋I2，D错误。 13．(12分)某同学在做原电池原理的实验时，有如下实验步骤： ①用导线将灵敏电流表的两端分别与纯净的锌片和铜片相连接(如图1)； ②把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ③把一块纯净的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中； ④用导线把锌片和铜片连接起来后，再平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图2)。 回答下列问题： (1)实验步骤①中观察到的现象是____________________________________________。 (2)实验步骤②中观察到的现象是____________________________________________。 (3)实验步骤③中观察到的现象是____________________________________________。 (4)实验步骤④中观察到的现象是____________________________________________。 (5)通过实验步骤④该同学头脑中有了一个猜想，该猜想是______________________。 (6)为了证实该猜想，该同学又设计了第⑤步实验，请简要画出第⑤步实验的装置示意图。 答案　(1)电流表指针不偏转　(2)锌片溶解，锌片上有气泡产生　(3)无明显现象　(4)铜片上有大量气泡产生，锌片上没有气泡或有少量气泡，锌片溶解　(5)有电子从锌片经导线向铜片移动 (6) 14．(12分)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，请回答下列问题： (1)反应开始时，乙中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________。甲中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________________。 (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，该电极的电极反应式为______________________。 答案　(1)氧化　2I－－2e－===I2　还原　Fe3＋＋e－===Fe2＋　(2)正　I2＋2e－===2I－ 解析　根据反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，原电池的电极反应：负极2I－－2e－===I2，发生氧化反应；正极Fe3＋＋e－===Fe2＋，发生还原反应。 (2)当电流表读数为0时反应已达平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左进行。因此，乙中石墨作正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－。 学科网（北京）股份有限公司 $