专题04 原电池的原理与应用（重难点讲义）化学沪科版必修第二册

专题04 原电池的原理与应用 1. 理解原电池的核心概念，明确原电池是将化学能转化为电能的装置，掌握其本质是自发进行的氧化还原反应。 2. 熟练掌握原电池的构成要素，能准确判断给定装置是否为原电池，明确“两电极（活泼性不同的金属或金属与导电非金属）、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应”四大关键条件。 3. 以铜锌原电池为典型模型，能从宏观（电极现象、电流产生）和微观（电子流向、离子迁移）层面分析原电池工作原理，准确区分正、负极并阐述电极反应类型（负极氧化、正极还原）。 4. 学会书写典型原电池的电极反应式和总反应方程式，能根据总反应方程式设计简单原电池装置。 5. 了解原电池原理的实际应用，如加快化学反应速率、比较金属活动性强弱、化学电源（干电池、燃料电池等）的工作原理初步认知。 一、原电池原理 1．原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应一般是氧化还原反应。 2.原电池的组成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。 【解读】a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。 b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为： 负极：Zn－2e－＝Zn2+　正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 【解读】电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、原电池的工作原理 （1）反应原理（以锌铜原电池为例） ①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极，即电子不下水。 ②离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)，即离子不上岸。 ③电流方向：正极→导线→负极→电解质溶液→正极。 ④两极电极反应式 负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。 正极(铜极)：2H＋＋2e－===H2(还原反应)。 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 （2）原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ② 根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 【解读】在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、原电池原理的应用 1.制作化学电源 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：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(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率：实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 题型01 判断原电池装置能否产生电流 【典例】（24-25高一下·上海·期末）如下图，下列装置属于原电池的是 A． B． C． D． 【变式】下图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是（ ） A． B．  C． D．   题型02 分析原电池工作原理 【典例】（24-25高一上·上海闵行·期中）某学生用石墨、铁罐等材料设计了如下实验装置。有关该装置的说法，正确的是 A．该装置将电能转化为化学能 B．石墨发生氧化反应 C．铁罐是电子流入的一极 D．石墨表面会有气泡 【变式】（23-24高一下·上海闵行·期末）某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况记录于下面，其中叙述合理的是 ①锌为正极，铜为负极②电解质溶液中浓度不变③电流表的指针发生偏转④铜极上有气泡产生 ⑤溶液逐渐变蓝⑥溶液中的阳离子向正极移动 A．①②③ B．③④⑤ C．③④⑥ D．②③④ 题型03 书写原电池的电极反应式 【典例】《RSCAdvances》报道了一种固体铁——空气电池(采用铁——石墨电极)，是大规模应用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。有关该电池工作时说法不正确的是 A．电子由铁电极流向石墨电极 B．石墨电极本身发生还原反应 C．电池的负极反应为：Fe-2e-=Fe2+ D．该电池工作时化学能转化为电能 【变式】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2。下列说法中不正确的是 A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．工作时，负极区溶液c(OH-)减小 C．正极发生的反应是Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH- D．外电路中电流由Zn流向Ag2O 题型04 利用原电池装置判断金属的活泼性 【典例】（24-25高一下·上海·期末）有a、b、c、d四个金属电极，将有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分现象 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． B． C． D． 【变式】（23-24高一下·上海闵行·期末）有A、B、C、D四块金属，进行如下实验： ①将A、B用导线相连结，浸入稀硫酸溶液中，A极为负极 ②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C ③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡 ④B、D相连后同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 A． B． C． D． 题型05 利用原电池装置加快反应速率 【典例】（23-24高一下·上海·期末）向稀硫酸中加入过量的锌粉，为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量，可以在稀硫酸中加入 A．溶液 B．溶液 C．溶液 D．蒸馏水 【变式】少量铁片与100mL0.01mol/L的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变的产量，可以使用如下方法中的 ①加②加溶液③滴入几滴浓盐酸④加少量铁粉⑤加NaCl溶液⑥滴入几滴硫酸铜溶液⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)⑧改用100mL0.1mol/L盐酸。 A．①⑥⑦ B．③⑤⑧ C．③⑦⑧ D．③④⑥⑦⑧ 题型06 利用原电池原理设计化学电源 【典例】（24-25高一下·上海·期中）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 【变式】（23-24高一下·福建泉州·月考）如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的 A．A是Zn、B是Zn、C为稀硫酸 B．A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸 C．A是Fe、B是Ag、C为溶液 D．A是Ag、B是Fe、C为溶液 题型07 有关原电池原理的计算 【典例】（24-25高一下·上海·期末）把铁棒和锌棒用导线连接后插入硫酸铜溶液中，当有0.2mol电子通过时，负极的质量变化为 A．减少0.1g B．减少6.5g C．减少5.6g D．增加6.4g 【变式】（24-25高一下·上海徐汇·期末）一种SO2的联除与H2O2的制备协同进行的装置如下图所示（在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+，并向两极迁移）。 若有标准状况下2.24LSO2被脱除，可以制备H2O2 mol。 【巩固训练】 1.如图为铜锌原电池示意图，下列说法中不正确的是（    ）    A．锌为负极，铜为正极 B．电子由锌片通过导线流向铜片 C．锌片质量逐渐减少，铜片质量逐渐增加 D．该装置能把化学能转化为电能 2.现有X、Y、Z三种金属。把X、Y分别放入稀盐酸中，Y产生气体的速率比X快；把Z放入硫酸铜溶液中，一段时间后，无明显现象。根据以上事实，判断三种金属的活动性强弱，正确的是 A．X＞Y＞Z B．Y＞Z＞X C．Y＞X＞Z D．Z＞Y＞X 3.实验室中欲较快制取氢气，较好的方法是 A．纯锌与稀硫酸反应 B．纯锌与浓硫酸反应 C．纯锌与盐酸反应 D．含杂质的锌与稀硫酸反应 4.锌铜原电池的装置如图所示。下列有关说法错误的是 A．锌片发生氧化反应作负极 B．铜片换成石墨棒，电流计G指针依然会同向发生偏转 C．铜片上的电极反应为：，铜片质量不变 D．电子先从锌片沿导线流向铜片，再经过溶液流回锌片，形成闭合回路 5.下列装置可以形成原电池的是 A． B． C． D． 6.某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况归纳成几条，你认为叙述合理的是    ①锌为正极，铜为负极 ②电解质溶液的pH值不变 ③电流表的指针发生偏转 ④铜极上有气泡产生 ⑤溶液中的正离子向负极移动 ⑥电流方向是由铜极经导线流向锌极 A．①③⑥ B．②④⑤ C．③④⑥ D．①③⑤ 7.（23-24高一下·上海·月考）锌——空气电池可用作电动车的动力电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．该装置将电能转变为化学能 B．石墨为正极，发生还原反应 C．电流经外电路由Zn流向石墨 D．氧气在石墨电极上发生氧化反应 8.（23-24高一下·上海·期末）组装成的电池如下图所示，为了向其他同学介绍这款电池，需要对这款电池的原理做一个分析，下列说法正确的是 A．铁环作负极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从铁环经LED灯流向铜线 C．电池工作时，铁环变细铜线变粗 D．电池工作结束后柠檬的酸性变强 9.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为，电解质为熔融的。该电池的总反应为，负极反应为，则下列推断中正确的是 A．正极反应： B．放电时向负极移动 C．放电时电子沿导线向负极移动 D．当电池生成1mol 时，转移4mol电子 10.（23-24高一下·上海奉贤·期中）氨是极具前景的氢能载体和性能卓越的“零碳”燃料，利用的燃烧反应()能设计成燃料电池，其工作原理如图所示。 （1）电极b为___________极 A．正极 B．负极 C．阳极 D．阴极 （2）能量转变形式是 ；（3）当正负极共消耗3.136L(标准状况)气体时，发生转移的电子为 mol。 【强化训练】 1．（23-24高一下·上海·期末）某化学兴趣小组将锌片和铜片插入番茄中制成水果电池(如图)，下列叙述正确的是 A．该装置是把电能转化为化学能 B．番茄中含有可作为电解质的酸 C．电子由铜片通过导线流向锌 D．锌电极是该电池的正极 2．（24-25高一下·上海·期末）关于如图所示装置的叙述，正确的是 A．铜是阳极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少 C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原 3．（24-25高一下·上海·期中）氢燃料电池能量转换率远高于氢气直接燃烧，两极间用质子交换膜，下列有关描述正确的是 A．H+向负极移动 B．反应最终产物是H2O C．O2在负极上反应 D．电子由正极通过导线流向负极 4．（2023·上海嘉定·二模）铝空气电池因成本低廉、安全性高，有广阔的开发应用前景。一种铝空气电池放电过程示意如图，下列说法正确的是 A．b极为负极，放电时发生氧化反应 B．电路中每转移4mol电子，消耗22.4L氧气 C．放电时OH-往b极迁移 D．该电池负极电极反应为：Al+4OH--3e-=AlO+2H2O 5．（2024·上海徐汇·一模）利用热再生氨电池可实现电解废液的浓缩再生。电池装置如下图所示，甲、乙两室均预加相同的电解废液，向甲室通入足量NH3后电池开始工作。下列说法正确的是 A．甲室Cu电极为正极 B．一段时间后，乙室电极质量增加 C．仅正离子可以通过隔膜 D．NH3扩散到乙室将对电池放电效率无影响 6．（2016·上海·高考真题）图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示 A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 7．（2012·上海·高考真题）右图装置中发生反应的离子方程式为：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是 A．a、b不可能是同种材料的电极 B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸 C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸 D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸 8.（23-24高一下·上海·期末）理论上不能设计为原电池的化学反应是 A． B． C． D． 9.（24-25高一下·上海·期末）某原电池总反应离子方程式：，不能实现该反应的是 A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液 B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液 C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液 10.（24-25高一下·上海·期中）原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。现有如下两个反应： A．；    B．。 （1）判断A和B两个反应，哪个可以构成原电池： （填“A”或“B”）。 将纯锌片和纯铜片按图中方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题： （2）下列说法正确的是________。（不定项） A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B．乙中铜片上没有明显变化 C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少 D．两烧杯中溶液的pH均增大 （3）在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲 乙（填“”“”或“”）。 （4）请写出图中构成原电池的负极电极反应式： 。构成原电池的电池工作时，溶液中向 极移动；电池工作完成后，溶液中浓度 （填“增大”或“减小”或“不变”）。 （5）当乙中产生1.12L（标准状况）气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中（设反应前后溶液体积不变）。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。 （6）当甲中产生1.12L（标准状况）气体时，理论上通过导线的电子数目为 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 原电池的原理与应用 1. 理解原电池的核心概念，明确原电池是将化学能转化为电能的装置，掌握其本质是自发进行的氧化还原反应。 2. 熟练掌握原电池的构成要素，能准确判断给定装置是否为原电池，明确“两电极（活泼性不同的金属或金属与导电非金属）、电解质溶液、闭合回路、自发氧化还原反应”四大关键条件。 3. 以铜锌原电池为典型模型，能从宏观（电极现象、电流产生）和微观（电子流向、离子迁移）层面分析原电池工作原理，准确区分正、负极并阐述电极反应类型（负极氧化、正极还原）。 4. 学会书写典型原电池的电极反应式和总反应方程式，能根据总反应方程式设计简单原电池装置。 5. 了解原电池原理的实际应用，如加快化学反应速率、比较金属活动性强弱、化学电源（干电池、燃料电池等）的工作原理初步认知。 一、原电池原理 1．原电池的概念 原电池是把化学能转化为电能的装置；原电池的反应一般是氧化还原反应。 2.原电池的组成条件 （1）一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 （2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。 【解读】a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。 b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为： 负极：Zn－2e－＝Zn2+　正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ （3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 【解读】电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、原电池的工作原理 （1）反应原理（以锌铜原电池为例） ①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极，即电子不下水。 ②离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)，即离子不上岸。 ③电流方向：正极→导线→负极→电解质溶液→正极。 ④两极电极反应式 负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。 正极(铜极)：2H＋＋2e－===H2(还原反应)。 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 （2）原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ② 根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 【解读】在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。 二、原电池电极反应式的书写 1.书写遵循的原则 原电池的负极和正极分别发生氧化反应和还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。 2.电极反应式的书写类型 （1）题目给定原电池的装置图，未给总反应式 ①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 ②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。 ③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4) ④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。 （2）题目给出原电池的总反应式 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律，根据原电池总反应判断出两极反应的产物，然后结合电解质溶液所能提供的离子，依据质量守恒、电荷守恒配平电极反应式。 ①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。即列出物质，标出电子得失； ②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。即选离子，配电荷；配个数，巧用水； ③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 ④两式加，验总式。 （3）电池的电极反应书写要满足所处的电解质溶液的酸碱性环境。例如在氢氧燃料电池的电极反应书写中，在碱性环境中O2得电子后的产物写OH-比写H2O更合适，在传导O2-的固体电解质中，O2得电子后的产物写O2-比写OH-更合适。 （4）电池的电极反应式可以直接写，也可以将总电池反应减去某一极反应得到另一极反应。减的时候要注意不要在负（正）极出现正（负）极得（失）电子的物质。 3.给出电极反应式书写总反应方程式 根据给出的两个电极反应式，写出总反应方程式时，首先要使两个电极反应式得失电子数相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-、Pb2+和SO42-要写成反应后的物质H20和PbS04。 4．燃料电池的电极反应式的书写 （1）写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。 （2）写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 （3）写出电池的负极反应式 负极反应式＝总反应式－正极反应式。 【特别提醒】书写电极反应式时应注意： （1）两极得失电子数相等。 （2）电极反应常用“=”，不用“→” （3）电极反应中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”。 三、原电池原理的应用 1.制作化学电源 人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能燃料电池等，以满足不同的需要。 从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池制作化学电源。 ①拆分反应：将自发的氧化还原反应分成两个半反应。 ②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。 ③构成闭合回路：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(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。 ④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。 2.比较金属的活动性：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，A为负极，B为正极，金属活动性A＞B。 3.加快氧化还原反应速率：实验室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。如果用纯锌，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2++Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 注：原电池为什么能加快化学反应速率？ 以Fe与稀H2SO4溶液的反应为例说明。如下图所示： 　　　　　　　　　　　　　　　 　　甲中，Fe失去e－，变为Fe2+，Fe2+进入溶液，排斥了Fe片周围的H+，H+欲得电子须突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻碍。乙中，Fe失去e－，e－转移到Cu片上，Cu片一侧没有Fe2+屏障，H+得e－不受阻碍，故其化学反应速率较快。 4.金属防腐蚀：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 题型01 判断原电池装置能否产生电流 【典例】（24-25高一下·上海·期末）如下图，下列装置属于原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】原电池的构成条件：①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液，③形成闭合回路，④自发的氧化还原反应。 【解析】A．Fe、C均不与KOH溶液反应，没有自发的氧化还原反应，不能形成原电池，A不符合题意；B．酒精不是电解质溶液，也没有自发的氧化还原反应，不能形成原电池，B不符合题意；C．C和Zn作电极，活动性不同，且Zn与稀硫酸反应，符合原电池的构成条件，能够形成原电池，C符合题意；D．缺少活泼性不同的两电极，不能形成原电池，D不符合题意；答案选C。 【变式】下图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是（ ） A． B．  C． D．   【答案】D 【解析】构成原电池的条件是活泼性不同的金属或金属与非金属，导线相连后插入到电解质溶液中，据此可知选项A、B、C都能构成原电池。选项D中没有构成完整的闭合回路，不能形成原电池；答案选D。 题型02 分析原电池工作原理 【典例】（24-25高一上·上海闵行·期中）某学生用石墨、铁罐等材料设计了如下实验装置。有关该装置的说法，正确的是 A．该装置将电能转化为化学能 B．石墨发生氧化反应 C．铁罐是电子流入的一极 D．石墨表面会有气泡 【答案】D 【分析】由图可知，铁罐为负极，发生氧化反应，铁失去电子生成二价铁离子，石墨为正极，发生还原反应，醋酸得电子生成氢气，据此解答。 【解析】A．该装置将化学能转化为电能，故A错误；B．石墨电极上发生还原反应，故B错误；C．铁罐是电子流出的一极，故C错误；D．石墨为正极，表面会有气泡，故D正确；答案选D。 【变式】（23-24高一下·上海闵行·期末）某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况记录于下面，其中叙述合理的是 ①锌为正极，铜为负极②电解质溶液中浓度不变③电流表的指针发生偏转④铜极上有气泡产生 ⑤溶液逐渐变蓝⑥溶液中的阳离子向正极移动 A．①②③ B．③④⑤ C．③④⑥ D．②③④ 【答案】C 【解析】①反应中失电子的锌作负极，得电子的铜电极作正极，故①错误；②氢离子得电子生成氢气，所以H+浓度减小，故②错误；③原电池装置中有电流产生，电流表指针发生偏转，故③正确；④铜电极上，氢离子得电子生成氢气，所以有气泡生成，故④正确；⑤锌作负极，生成硫酸锌，铜不反应，溶液不变蓝色，故⑤错误；⑥原电池放电时，阳离子向正极移动，氢离子向铜片移动，故⑥正确；故正确的有③④⑥；故本题选C。 题型03 书写原电池的电极反应式 【典例】《RSCAdvances》报道了一种固体铁——空气电池(采用铁——石墨电极)，是大规模应用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。有关该电池工作时说法不正确的是 A．电子由铁电极流向石墨电极 B．石墨电极本身发生还原反应 C．电池的负极反应为：Fe-2e-=Fe2+ D．该电池工作时化学能转化为电能 【答案】B 【分析】铁——空气电池(采用铁——石墨电极)，铁失电子，做负极；空气中氧气得电子，在正极发生反应，石墨作正极。 【解析】A．电子由负极流向正极，故A正确；B．石墨作正极材料，正极上氧气发生得电子的还原反应，故B错误；C．负极上铁失电子，故负极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故C正确；D．原电池是将化学能转化为电能的装置，故D正确；故选B。 【变式】银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2。下列说法中不正确的是 A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．工作时，负极区溶液c(OH-)减小 C．正极发生的反应是Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH- D．外电路中电流由Zn流向Ag2O 【答案】D 【分析】根据电池反应式知，Zn失电子发生氧化反应而作负极，氧化银作正极，负极发生反应Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，正极上发生反应：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。 【解析】A．根据电池反应式知，放电时Zn元素化合价由0价变为+2价，所以负极上Zn失电子发生氧化反应，故A正确；B．负极上锌失电子发生氧化反应，电解质溶液为碱性溶液，所以电极反应式为Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2，氢氧根离子被消耗，浓度减小，故B正确；C．根据分析可知工作时Ag2O电极为正极，得电子发生还原反应，方程式为：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，故C正确；D．电流由正极流向负极，应该由Ag2O流向Zn，故D错误；故选D。 题型04 利用原电池装置判断金属的活泼性 【典例】（24-25高一下·上海·期末）有a、b、c、d四个金属电极，将有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分现象 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． B． C． D． 【答案】C 【解析】a极质量减小，b极质量增加，该原电池中a为负极，b为正极，活泼性：a>b；b极有气体产生，c极无变化，b能与硫酸反应而c不能，说明活泼性：b>c；d极溶解，c极有气体产生，该原电池中d为负极，c为正极，活泼性：d>c；电流从a极流向d极，该原电池中a为正极，d为负极，活泼性：d>a，综上：这四种金属的活动性顺序是：d>a>b>c，故选C。 【变式】（23-24高一下·上海闵行·期末）有A、B、C、D四块金属，进行如下实验： ①将A、B用导线相连结，浸入稀硫酸溶液中，A极为负极 ②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C ③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡 ④B、D相连后同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】在原电池中，负极金属的活泼性一般强于正极金属的活泼性，根据原电池的工作原理判断电池的正负极，进而可以判断金属的活泼性强弱关系。 【解析】①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A极为负极，所以活泼性：A＞B；②原电池中，电流从正极流向负极，C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D→导线→C，所以金属活泼性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡，说明C极是正极，所以金属活泼性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应，说明D极是负极，所以金属活泼性：D＞B；综上可知金属活泼性顺序是A＞C＞D＞B；答案选B。 题型05 利用原电池装置加快反应速率 【典例】（23-24高一下·上海·期末）向稀硫酸中加入过量的锌粉，为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量，可以在稀硫酸中加入 A．溶液 B．溶液 C．溶液 D．蒸馏水 【答案】D 【解析】A．加入Na2CO3溶液，稀硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳，导致和锌反应的氢离子总物质的量减少，不符合条件，故A错误；B．加入CuSO4溶液，CuSO4溶液与Zn反应置换出Cu，构成原电池，加快反应速率，故B错误；C．加入NaNO3溶液，生成NO气体，影响生成氢气的量，故C错误；D．加入蒸馏水，氢离子浓度减小、氢离子总物质的量不变，所以符合条件，故D正确；故答案为：D； 【变式】少量铁片与100mL0.01mol/L的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变的产量，可以使用如下方法中的 ①加②加溶液③滴入几滴浓盐酸④加少量铁粉⑤加NaCl溶液⑥滴入几滴硫酸铜溶液⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)⑧改用100mL0.1mol/L盐酸。 A．①⑥⑦ B．③⑤⑧ C．③⑦⑧ D．③④⑥⑦⑧ 【答案】C 【解析】①加H2O，稀释了盐酸的浓度，故反应速率变慢，故不选；②加KNO3溶液，氢离子与硝酸根形成硝酸，不会生成氢气，故不选；③滴入几滴浓盐酸，反应速率加快，铁的物质的量不变，故选；④加入少量铁粉，铁与盐酸反应生成生成氢气的量增多，故不选；⑤加氯化钠溶液，相当于稀释盐酸浓度，故反应速率变慢，故不选；⑥滴入几滴硫酸铜溶液，铁把铜置换出来，形成原电池，故反应速率加快，但与盐酸反应的铁减少，故减少了产生氢气的量，故不选；⑦升高温度（不考虑盐酸挥发），反应速率加快，铁的物质的量不变，故选；⑧改用100mL 0.1mol/L盐酸，反应速率加快，铁的物质的量不变，故选；故选：C。 题型06 利用原电池原理设计化学电源 【典例】（24-25高一下·上海·期中）某课题小组了解了电池历史后，萌生了自己动手做一个电池的想法，为确保实验顺利进行，下列化学反应可以设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．反应CaO+H2O=Ca(OH)2中无元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，不能设计为原电池反应，故A不选；B．NaOH+HCl=NaCl+H2O为中和反应，无元素的化合价变化，不能设计为原电池反应，故B不选；C．为吸热的分解反应，无元素的化合价变化，不能设计为原电池反应，故C不选；D．Fe+CuCl2=FeCl2+Cu为置换反应，属于氧化还原反应，且放热，可设计为原电池反应，故D选；故答案为：D。 【变式】（23-24高一下·福建泉州·月考）如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的 A．A是Zn、B是Zn、C为稀硫酸 B．A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸 C．A是Fe、B是Ag、C为溶液 D．A是Ag、B是Fe、C为溶液 【答案】C 【分析】A极逐渐变细，B极逐渐变粗，说明A是负极、B是正极，正极有金属单质析出。 【解析】A．A是Zn、B是Zn、C为稀硫酸，两个电极相同，不能构成原电池，故不选A；B．A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸，Cu、Ag和稀硫酸均不反应，不能构成原电池，故不选B；C．A是Fe、B是Ag、C为溶液，Fe的活泼性大于Ag，Fe作负极、Ag作正极，负极Fe-2e-=Fe2+，负极变细；正极Ag++e-=Ag，正极变粗，故选C；D．A是Ag、B是Fe、C为溶液，Fe的活泼性大于Ag，Fe作负极、Ag作正极，故不选D；选C。 题型07 有关原电池原理的计算 【典例】（24-25高一下·上海·期末）把铁棒和锌棒用导线连接后插入硫酸铜溶液中，当有0.2mol电子通过时，负极的质量变化为 A．减少0.1g B．减少6.5g C．减少5.6g D．增加6.4g 【答案】B 【解析】锌为负极，发生反应：Zn -2e⁻ = Zn2+。每转移2mol电子，消耗1mol Zn（质量减少65g）。当转移0.2mol电子时，消耗0.1mol锌，减少质量为65g × 0.1mol= 6.5g。选项B正确。 【变式】（24-25高一下·上海徐汇·期末）一种SO2的联除与H2O2的制备协同进行的装置如下图所示（在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+，并向两极迁移）。 若有标准状况下2.24LSO2被脱除，可以制备H2O2 mol。 【答案】0.1 【解析】如图所示，通入的一极（b）为负极，负极区SO2转变为亚硫酸根后失电子生成 硫酸根，负极区总反应：，通入的一极（a）为正极，发生反应：，结合两极反应，根据得失电子守恒，。 【巩固训练】 1.如图为铜锌原电池示意图，下列说法中不正确的是（    ）    A．锌为负极，铜为正极 B．电子由锌片通过导线流向铜片 C．锌片质量逐渐减少，铜片质量逐渐增加 D．该装置能把化学能转化为电能 【答案】C 【分析】由图中的铜锌原电池可知，Zn较活泼，则Zn作负极，Cu作正极，电池总反应式为Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为2H++2e-=H2↑，电子由负极经导线流向正极，该装置可将化学能转变为电能，据此解答。 【解析】A. 用锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，锌片的活泼性大于铜片的活泼性，所以锌片作负极，铜片作正极，A项正确；B. 电子由负极（锌片）通过导线流向正极（铜片），B项正确；C. 锌、铜和稀硫酸构成的原电池中，锌易失电子生成锌离子进入溶液而质量逐渐减少，铜电极上氢离子得电子生成氢气而产生气泡，所以铜片的质量不变，C项错误；D. 该装置是把化学能转化为电能，D项正确；答案选C。 2.现有X、Y、Z三种金属。把X、Y分别放入稀盐酸中，Y产生气体的速率比X快；把Z放入硫酸铜溶液中，一段时间后，无明显现象。根据以上事实，判断三种金属的活动性强弱，正确的是 A．X＞Y＞Z B．Y＞Z＞X C．Y＞X＞Z D．Z＞Y＞X 【答案】C 【解析】把X、Y分别放入稀盐酸中，Y产生气体的速率比X快，得知金属活动性Y＞X；把Z放入硫酸铜溶液中，一段时间后，无明显现象，得知金属活动性X＞Z，综合起来，C项正确；答案为C。 3.实验室中欲较快制取氢气，较好的方法是 A．纯锌与稀硫酸反应 B．纯锌与浓硫酸反应 C．纯锌与盐酸反应 D．含杂质的锌与稀硫酸反应 【答案】D 【分析】实验室用锌和稀硫酸或稀盐酸反应制备氢气，为加快反应速率，可增大固体表面积、增大反应物浓度、升高温度或形成原电池反应，注意不能用浓硫酸，以此解答。 【解析】纯锌与粗锌相比较，粗锌可形成原电池反应，加快反应速率，则A、C错误，D正确；纯锌与浓硫酸反应生成二氧化硫，而不是氢气，则B错误。故选D。 4.锌铜原电池的装置如图所示。下列有关说法错误的是 A．锌片发生氧化反应作负极 B．铜片换成石墨棒，电流计G指针依然会同向发生偏转 C．铜片上的电极反应为：，铜片质量不变 D．电子先从锌片沿导线流向铜片，再经过溶液流回锌片，形成闭合回路 【答案】D 【分析】锌铜原电池中锌活泼，故锌发生失电子的氧化反应，做负极，铜作正极。 【解析】A．锌比铜活泼，故锌发生失电子的氧化反应，做负极，故A正确；B．铜片换成石墨棒，总反应不变，石墨棒仍为正极，故电流计指针依然会同向发生偏转，故B正确；C．铜片上氢离子得电子生成氢气，故电极反应式为，铜片质量不变，故C正确；D．电子不能经过溶液，故D错误；故选D。 5.下列装置可以形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．该装置中，两个电极材料Zn、Cu的金属活动性不同，用导线相连接，与电解质溶液稀硫酸相接触，能形成原电池，A符合题意；B．两个电极材料都为Ag，活动性相同，不能产生电势差，不能形成电流，B不符合题意；C．虽然具有两个活动性不同的电极，但植物油为非电解质，不能传导电流，C不符合题意；D．具有两个活动性不同的电极，且稀硫酸为电解质溶液，但不能形成闭合回路，D不符合题意；故选A。 6.某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况归纳成几条，你认为叙述合理的是    ①锌为正极，铜为负极 ②电解质溶液的pH值不变 ③电流表的指针发生偏转 ④铜极上有气泡产生 ⑤溶液中的正离子向负极移动 ⑥电流方向是由铜极经导线流向锌极 A．①③⑥ B．②④⑤ C．③④⑥ D．①③⑤ 【答案】C 【解析】①铜锌做电极，稀硫酸做电解质溶液组成的原电池，锌比铜活泼，所以锌是负极，铜为正极，①错误；②该原电池反应的实质是锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，溶液中的氢离子浓度减小，溶液pH值变大，②错误；③该装置为原电池装置，产生电流，电流由铜极经导线流向锌极，电流表的指针发生偏转，③正确；④在铜极上溶液中的氢离子得电子产生氢气，因此铜极上有气泡产生，④正确；⑤溶液中的正离子，即阳离子向正极移动，⑤错误；⑥锌是负极，铜为正极，电流方向是由铜极经导线流向锌极，⑥正确；综上所述，合理的选项为③④⑥，故答案为C。 7.（23-24高一下·上海·月考）锌——空气电池可用作电动车的动力电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．该装置将电能转变为化学能 B．石墨为正极，发生还原反应 C．电流经外电路由Zn流向石墨 D．氧气在石墨电极上发生氧化反应 【答案】B 【分析】锌是活泼金属，锌是负极，石墨电极是正极，结合原电池工作原理分析解答。 【解析】A．该装置是原电池，将化学能转变为电能，A错误；B．石墨为正极，氧气得到电子，发生还原反应，B正确；C．电流经外电路由正极；流向负极，即由石墨流向Zn，C错误；D．氧气在石墨电极上发生得到电子的还原反应，D错误；答案选B。 8.（23-24高一下·上海·期末）组装成的电池如下图所示，为了向其他同学介绍这款电池，需要对这款电池的原理做一个分析，下列说法正确的是 A．铁环作负极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从铁环经LED灯流向铜线 C．电池工作时，铁环变细铜线变粗 D．电池工作结束后柠檬的酸性变强 【答案】B 【分析】铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环发生失电子的氧化反应、作负极，铜线作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，电子由负极经过导线流向正极，溶液的酸性减弱； 【解析】A．铁环、铜线和柠檬构成的原电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，铁环发生氧化反应，故A错误；B．电池工作时，铁环作负极，铜线作正极，电子会从铁环经LED灯流向最右侧铜线，故B正确；C．电池工作时，铁环失电子生成亚铁离子而变细，铜线上氢离子得电子生成氢气，铜线粗细不变，故C错误；D．电池工作时柠檬酸中氢离子参与反应，溶液的酸性变弱，故D错误；答案选B。 9.美国加州Miramar海军航空站安装了一台250kW的MCFC型燃料电池，该电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700℃，所用燃料为，电解质为熔融的。该电池的总反应为，负极反应为，则下列推断中正确的是 A．正极反应： B．放电时向负极移动 C．放电时电子沿导线向负极移动 D．当电池生成1mol 时，转移4mol电子 【答案】B 【解析】A．在燃料电池中，O2在正极上得到电子被还原产生，电极反应式为：O2+4e-+2CO2=2，A错误；B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电池放电时向正电荷较多的负极移动，B正确；C．放电时电子由负极沿导线向正极移动，C错误；D．根据总反应方程式2H2+O2=2H2O可知：当有2 mol H2反应 (即有2 mol H2O生成)时转移4 mol电子，则当电池生成1 mol H2O时，转移2 mol电子，D错误；故选B。 10.（23-24高一下·上海奉贤·期中）氨是极具前景的氢能载体和性能卓越的“零碳”燃料，利用的燃烧反应()能设计成燃料电池，其工作原理如图所示。 （1）电极b为___________极 A．正极 B．负极 C．阳极 D．阴极 （2）能量转变形式是 ；（3）当正负极共消耗3.136L(标准状况)气体时，发生转移的电子为 mol。 【答案】（1）A （2）化学能转化为电能 （3）0.24 【解析】（1）燃料电池中，通入燃料的一极为负极，则电极a为负极，电极b为正极，故选A； （2）该燃料电池是原电池装置，能量转变形式是化学能转化为电能； （3）3.136L(标准状况)的气体的物质的量为n(气体)==0.14mol，结合关系式：4NH3～12e-～3O2，则反应0.14mol气体时，转移电子数为0.14mol× =0.24mol 。 【强化训练】 1．（23-24高一下·上海·期末）某化学兴趣小组将锌片和铜片插入番茄中制成水果电池(如图)，下列叙述正确的是 A．该装置是把电能转化为化学能 B．番茄中含有可作为电解质的酸 C．电子由铜片通过导线流向锌 D．锌电极是该电池的正极 【答案】B 【分析】该装置是把化学能转化为电能的原电池，锌作负极，铜作正极。 【解析】A．该装置是把化学能转化为电能，A错误；B．番茄中含有可作为电解质的酸，B正确；C．负极锌失去电子，电子通过导线流向铜，C错误；D．锌电极是该电池的负极，D错误；故选B。 2．（24-25高一下·上海·期末）关于如图所示装置的叙述，正确的是 A．铜是阳极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少 C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原 【答案】D 【分析】该装置是原电池，活泼性较强的锌作负极，活泼性较差的铜作正极，原电池反应为。 【解析】A．铜是正极，正极上溶液中的氢离子得到电子而被还原为H2，铜片上有气泡产生，故A错误；B．铜不参与电池反应，质量不变，故B错误；C．电子从负极经导线流向正极，所以电流从铜片沿导线流向锌片，故C错误；D．铜是正极，正极上溶液中的氢离子得到电子而被还原为H2，故D正确；故选D。 3．（24-25高一下·上海·期中）氢燃料电池能量转换率远高于氢气直接燃烧，两极间用质子交换膜，下列有关描述正确的是 A．H+向负极移动 B．反应最终产物是H2O C．O2在负极上反应 D．电子由正极通过导线流向负极 【答案】B 【解析】A．氢氧燃料电池属于原电池，原电池中阳离子向正极移动，即质子交换膜允许H⁺从负极迁移至正极，A错误；B．氢氧燃料电池总反应为2H2+O2=2H2O，最终产物是H2O，B正确；C．燃料电池中氧气在正极得电子发生还原反应，C错误；D．原电池中，电子由负极通过导线流向正极，D错误； 故选B。 4．（2023·上海嘉定·二模）铝空气电池因成本低廉、安全性高，有广阔的开发应用前景。一种铝空气电池放电过程示意如图，下列说法正确的是 A．b极为负极，放电时发生氧化反应 B．电路中每转移4mol电子，消耗22.4L氧气 C．放电时OH-往b极迁移 D．该电池负极电极反应为：Al+4OH--3e-=AlO+2H2O 【答案】D 【分析】由题干图示信息可知，该铝-空气电池工作时，Al发生失电子的氧化反应生成NaAlO2，则a电极为负极，b电极为正极，负极反应为4OH-+Al-3e-=+2H2O，正极反应为O2+H2O+4e-=4OH-，放电时阴离子移向负极，阳离子移向正极，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，b极为正极，放电时发生还原反应，A错误；B．由分析可知，电路中每转移4mol电子，消耗1mol氧气，由于不一定是标准状况下，无法计算所需氧气的体积，B错误； C．由分析可知，放电时阴离子移向负极，即OH-往负极a极迁移，C错误；D．由分析可知，该电池负极电极反应为：Al+4OH--3e-=AlO+2H2O，D正确；故答案为：D。 5．（2024·上海徐汇·一模）利用热再生氨电池可实现电解废液的浓缩再生。电池装置如下图所示，甲、乙两室均预加相同的电解废液，向甲室通入足量NH3后电池开始工作。下列说法正确的是 A．甲室Cu电极为正极 B．一段时间后，乙室电极质量增加 C．仅正离子可以通过隔膜 D．NH3扩散到乙室将对电池放电效率无影响 【答案】B 【分析】甲、乙两室均预加相同的CuSO4电解废液，向甲室加入足量氨气后电池开始工作，通入氨气的电极为原电池负极，电极反应Cu-2e-=Cu2+，通入氨气发生反应Cu2++4NH3⇌[Cu（NH3）4]2+，右端为原电池正极，电极反应Cu2++2e-=Cu,中间为阴离子交换膜，据此分析。 【解析】A．向甲室通入足量NH3后电池开始工作，则甲室Cu电极溶解，变为铜离子与氨气形成[Cu（NH3）4]2+，因此甲室Cu为负极，故A错误；B．乙室铜离子得电子变为铜，因此一段时间后，乙室电极质量增加，故B正确；C．隔膜为阴离子交换膜，阴离子可以通过该隔膜，故C错误；D．NH3扩散到乙室会与铜离子反应生成[Cu（NH3）4]2+，铜离子浓度降低，铜离子得电子能力减弱，因此将对电池放电效率有影响，故D错误；故答案为：B。 6．（2016·上海·高考真题）图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示 A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 【答案】C 【解析】铜锌原电池中，Zn是负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，电极反应为 2H++2e-=H2↑。则A．Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，Cu棒的质量不变，故A错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn-2e-=Zn2+，所以溶液中c（Zn2+）增大，故B错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c（H+）逐渐降低，故C正确；D．SO42-不参加反应，其浓度不变，故D错误；故选C。 7．（2012·上海·高考真题）右图装置中发生反应的离子方程式为：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是 A．a、b不可能是同种材料的电极 B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸 C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸 D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸 【答案】A 【解析】A、如果此装置是电解池装置，阴阳两极可以都为锌，电解质溶液是硫酸溶液，故说法错误；B、如果是电解池，阳极是锌，电极反应式：Zn－2e－=Zn2＋，阴极：2H＋＋2e－=H2↑，故说法正确；B、如果是原电池，负极为Zn，反应式为Zn－2e－=Zn2＋，正极反应式：2H＋＋2e－=H2↑，故说法正确；D、锌比铜活泼，锌作负极，负极为Zn，反应式为Zn－2e－=Zn2＋，铜作正极，正极反应式：2H＋＋2e－=H2↑，故说法正确； 8.（23-24高一下·上海·期末）理论上不能设计为原电池的化学反应是 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】自发的氧化还原反应可以设计为原电池。 【解析】A．是自发的氧化还原反应，能设计为原电池，A不符合题意；B．不是氧化还原反应，不能设计为原电池，B符合题意；C．是自发的氧化还原反应，能设计为原电池，C不符合题意；D．是自发的氧化还原反应，能设计为原电池，D不符合题意；故选B。 9.（24-25高一下·上海·期末）某原电池总反应离子方程式：，不能实现该反应的是 A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液 B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液 C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液 【答案】D 【解析】A．正极为Cu，负极为Fe，电解质FeCl3。Fe作负极被氧化，Fe3+在正极被还原，符合反应条件，能够实现。A不符合题意；B．正极为C，负极为Fe，电解质Fe(NO3)3。Fe作负极被氧化，Fe3+在正极被还原，符合反应条件，能够实现。B不符合题意；C．正极为Cu，负极为Fe，电解质Fe2(SO4)3。Fe作负极被氧化，Fe3+在正极被还原，Fe2(SO4)3提供Fe3+，符合反应条件，能够实现。C不符合题意；D．正极为Ag，负极为Fe，电解质CuSO4。电解质为Cu2+，导致反应变为Fe与Cu2+的反应（Fe+Cu2+=Fe2++Cu），与原反应无关，无法实现。D符合题意；故选D。 10.（24-25高一下·上海·期中）原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。现有如下两个反应： A．；    B．。 （1）判断A和B两个反应，哪个可以构成原电池： （填“A”或“B”）。 将纯锌片和纯铜片按图中方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题： （2）下列说法正确的是________。（不定项） A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B．乙中铜片上没有明显变化 C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少 D．两烧杯中溶液的pH均增大 （3）在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲 乙（填“”“”或“”）。 （4）请写出图中构成原电池的负极电极反应式： 。构成原电池的电池工作时，溶液中向 极移动；电池工作完成后，溶液中浓度 （填“增大”或“减小”或“不变”）。 （5）当乙中产生1.12L（标准状况）气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中（设反应前后溶液体积不变）。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为 。 （6）当甲中产生1.12L（标准状况）气体时，理论上通过导线的电子数目为 。 【答案】（1）A （2）BD （3）> （4） 负 不变 （5） （6）0.1NA 【解析】（1）原电池的构成条件之一为自发的氧化还原反应，A．不是氧化还原反应，不能设计成原电池；B．是氧化还原反应，能设计成原电池； （2）A．甲构成原电池，将化学能转变为电能，乙中铜锌没有用导线连接，乙没有形成原电池，乙不能将化学能转变为电能，A错误；B．乙没有形成原电池，乙装置中铜片不反应，所以铜片上没有明显变化，B正确；C．甲、乙中都是锌失电子生成锌离子，铜片不反应，锌片质量都减少、铜片质量不变，C错误；D．两个烧杯中都产生氢气，氢离子浓度都降低，所以溶液的pH均增大，D正确；选BD； （3）甲构成原电池，所以甲的腐蚀速度大于乙的腐蚀的速度； （4）甲构成原电池，负极是锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：；原电池的电池工作时阴离子移向负极，则溶液中向负极移动，该原电池的总反应式为：，不参与反应，电池工作完成后，溶液中浓度不变； （5）稀释后氢离子的物质的量为1L×0.1mol/L=0.1mol，生成氢气的氢离子的物质的量为，所以原溶液中氢离子的物质的量为0.2mol，硫酸的物质的量为0.1mol，原溶液中硫酸的浓度为； （6）甲中正极反应式为，产生1mol氢气时转移2mol电子，产生标准状况1.12L气体即物质的量为时转移0.1mol电子，理论上通过导线的电子数目为0.1NA。 / 学科网（北京）股份有限公司 $