4.1 原电池 第1课时 原电池的工作原理（讲义）化学人教版选择性必修1

本讲义聚焦原电池的工作原理这一核心知识点，衔接第三章水溶液离子反应，系统梳理原电池的能量转化本质、构成条件、盐桥作用，以及正负极判断方法和原理应用，构建从概念到应用的学习支架。 资料以实验探究为核心，通过盐桥实验、单双液原电池对比等活动培养科学探究与实践能力，结合电极方程式书写、金属活动性比较等题型训练科学思维，课中助力教师突破重难点，课后练习题帮助学生查漏补缺，体现化学与生活的联系。

第三章 水溶液中的离子反应与平衡 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 课标要点 1．深入理解原电池的工作原理；整体性的认识原电池的形成条件 2．会书写电极反应式和电池总反应方程式；能根据反应设计简单的原电池 3．采用实验探究、列表比较，对比分析和讨论归纳，宏微观结合、突破教学重难点，让学生掌握原电池的工作原理、电极方程式书写；并能独立自主的设计简单原电池。 4．结合生产、生活实际，学习原电池原理在生产、生活中的实际运用。 学习重难点 重点：原电池的构成条件、工作原理、能量转换及应用。 难点：原电池的工作原理及应用。 知识点 原电池的工作原理(重点) 1．原电池的概念及本质 (1)定义：原电池是把________转化为________的装置，其反应本质是自发进行的________________。 (2)构成条件： 一看反应：看是否有能自发进行的________________反应发生。 二看两电极：一般是________________的两电极。 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件：(1)____________；(2)两电极直接或间接接触；(3)两电极插入电解质溶液。 3．原电池的工作原理 教材延伸 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 4．实验探究—原电池的工作原理 实验步骤：如图所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线接起来，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。 实验现象：有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化。 实验原理：锌片(负极)：Zn－2e-=Zn2+(氧化反应)；铜片(正极)：Cu2++2e-=Cu(还原反应)； 总反应：Cu2++Zn=Cu+Zn2+ 实验结论：盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氧化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗。 实验说明：①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂凝胶的U形管，溶液不会流出来，但离子则可以在其中自由移动。 ②单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能。 教材延伸 1．盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。 2．原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 随学随练 1．(2026·江苏无锡高二期中)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述不正确的是( ) A．b极是电池的负极 B．甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大 D．电池的总反应离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O 2．已知Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是( ) A．Co电极是原电池的正极 B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物 C．该原电池的正极反应式为Ag++e-=Ag D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动 3．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( ) A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 知识点 原电池正负极的判断 原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正负极的方法是： (1)由组成原电池两极的电极材料判断：在原电池中，一般相对活泼性较强的金属为原电池的________极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的________极。 (2)根据电流方向或电子流向判断：________是由正极流向负极，而________是由负极流向正极。 (3)根据原电池内电解质溶液中离子的流动方向：阳离子移向的极是________极，阴离子移向的极是________极。 (4)根据原电池两极发生的变化判断：原电池的________极总是失电子发生氧化反应，________极总是得电子发生还原反应。 (5)根据现象判断，通常情况下，在原电池某一电极若不断溶解或质量不断减小，该电极发生氧化反应，为原电池的负极；若原电池某一电极上有气体生成、电极的质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，为原电池的正极。 教材延伸 随学随练 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 2．有甲、乙两个电极，用导线连接一个电流计，放入盛有丙溶液的烧杯中，电极乙的质量增加，则装置中可能的情况是(　　) A.甲作负极，丙是硫酸铜溶液 B.甲作负极，丙是硫酸溶液 C.乙作负极，丙是硫酸铜溶液 D.乙作负极，丙是硫酸溶液 3．结合下图判断，下列说法正确的是(　　) A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋ B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 D.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 知识点 原电池原理的应用 1．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，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，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。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 特别提醒 通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg­Al­NaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg>Al。 3．根据原电池原理设计原电池 根据构成原电池的条件来设计原电池，先由电池反应写出电极反应，还原剂＋氧化剂===氧化产物＋还原产物，然后确定电极材料，再确定电解质溶液，最后形成闭合回路，构成原电池。 教材延伸 1．设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。 2．设计原电池时，若氧化还原反应中无明显的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电能力，往往加入强碱或强酸。如燃料电池中一般可加入KOH或H2SO4增强溶液的导电能力。 4．用于金属的防护(要保护的金属做正极) 如要保护一个铁闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌块作原电池的负极，铁闸门作正极。 随学随练 1．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 2．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为( ) A．D>C>A>B B．D>A>B>C C．D>B>A>C D．B>A>D>C 3．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀H2SO4，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(　　) 拓展 原电池正负极的判断及电极方程式的书写 1．原电池正负极的判断 判断依据 正极 负极 电极材料 不活泼金属或非金属 活泼金属 电子流向 电子流入 电子流出 电极反应 还原反应 氧化反应 电极常见现象 电极增重或产生气体 电极减轻 离子移向 阳离子移向 阴离子移向 1．直接法书写电极方程式 (1)判物质：根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应的产物。 (2)电子守恒：根据元素化合价变化，标出得失电子数目。 (3)电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，利用H+和OH-配电荷守恒。 (4)元素守恒：巧用水进行元素守恒的配平。 2．间接法书写电极方程式 正负极反应式之和为电池反应的方程式。 一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式。 活学活用 1．依据氧化还原反应设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是 ，电解质溶液Y是 。 (2)银电极的电极反应式是 ；X电极的电极反应式是 。 (3)外电路中的电子是从 极流向 极。 2．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－1NaOH溶液中，如图所示。 (1)写出甲池中发生的有关电极反应式： 负极________________________________________________________________________， 正极________________________________________________________________________。 (2)乙池中负极为________，正极发生________反应，总反应的离子方程式为___________ (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________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。 (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表已过时，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，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：________________________________________________________________。 拓展 设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 实例：(1)根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计的原电池为： (2)根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池： 或 活学活用 1．依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3饱和溶液的琼脂的U形管)。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是__________；电解质Y是______________(填化学式)。  (2)银电极为电池的___________极，其电极反应式为______________。  (3)盐桥中的NO3-移向______________溶液。  2．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目： 方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________。 方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。 正极：__________________________；负极：_________________________。 方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：___________________________，用离子方程式表示其反应原理：_____________________________。 3．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。 (1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为____________，负极上的电极反应式为____________________。 (2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生________反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为____________________。 (3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为________，正极上的电极反应式为________________________________________________________________________。 (4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑____________________。 题型 原电池电极方程式的书写 ▌例1 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) A．①②中Mg做负极，③④中Fe做负极 B．②中Mg做负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+ C．③中Cu做负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2＋ D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e-=H2↑ 解题贴士 1．书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要 满足质量守恒。 2．电极反应式常用“＝”，而不使用“→”，同时若电极反应式中有气体的生成，需加“↑”。 3．书写时注意介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H20等，若氧化(或还原)产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中。 4．书写电极反应式应充分考虑介质的影响，常见的情况： ①中性溶液反应物中无H+和OH-； ②酸性溶液反应物、生成物中均无OH-； ③碱性溶液反应物、生成物中均无H+；水溶液中不可能出现O2-。 ▌对点练1-1 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，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ B．由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ ▌对点练1-2 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_______________________________。 题型 含盐桥原电池的工作原理 ▌例2 298K 时，在 FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成 Fe2+。 据此某学习小组设计如图所示的原电池装置。下列说法正确的是 A．正极反应为：Zn – 2e−=Zn2+ B．盐桥中 K+向左池移动 C．Pt 电极上有气泡出现 D．左烧杯中溶液的红色变深 解题贴士 原电池中盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl(KNO3)溶液，K＋移向正极，Cl－(NO3－)移向负极 ③盐桥的作用：a.导电：连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。c.隔离：使相互反应的物质不接触。 ▌对点练2-1 图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 ▌对点练2-2 某小组同学采用以下电化学装置验证“”是可逆反应。实验开始前向甲烧杯中加入FeSO4溶液，向乙烧杯中加入AgNO3溶液。下列说法不正确的是 A．该装置可选用装有含琼脂的KNO3饱和溶液的盐桥 B．外电路中电流方向从Ag电极到石墨电极 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入Fe2(SO4)3 固体，石墨电极为负极 题型 单液原电池与双液原电池的对比 ▌例3 铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是( ) A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu B．电池工作时，导线中电子流向为Zn→Cu C．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应 D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动 解题贴士 比较项目 单液原电池 双液原电池 相同点 正负极，电极反应，总反应式，电极现象 不 同 点 能量 变化 化学能转化为电能和热能 化学能只转化为电能 反应 区域 两极反应在相同区域 两极反应在不同区域 ▌对点练3-1 如图是某同学设计的原电池装置，下列说法正确的是( ) A．电极I上发生氧化反应 B．电子的移动方向：电极溶液→盐桥溶液→电极II C．该原电池的总反应式为Fe3++Cu==Cu2++Fe2+ D．盐桥中K+向左侧移动，Cl-向右侧移动 ▌对点练3-2 下图为两种不同的铜锌原电池，下左图为单液原电池，下右图为双液原电池。下列相关说法不正确的是( ) A．上右图所示原电池能量利用率比上左图所示原电池要高 B．将上右图CuSO4溶液换成稀硫酸，铜电极生成11.2L气体时，电路中转移1mol电子 C．上左图所示单液原电池中，电流流向为铜片→导线→锌片→CuSO4溶液-→铜片 D．上述原电池的反应原理为Zn+ CuSO4 =ZnSO4+ Cu 基础通关 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 2．如图所示装置，电流表A发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，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Cu，C为稀硫酸 B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸 C．A是Fe，B是Ag，C为AgNO3溶液 D．A是Ag，B是Fe，C为AgNO3溶液 3．如图是原电池的装置图，图中电流计指针偏转。下列说法错误的是( ) A．若c为硫酸铜溶液，a电极的质量增加，则a为正极 B．若c为稀硫酸溶液，b电极上产生气泡，则b为正极 C．若a为Zn，b为Fe，c为NaCl溶液，则Na+移向b极 D．若总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，a、b的材料可分别为Cu、Fe 4．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 5．锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是( ) A．电极为该原电池的正极 B．电极是还原剂，又是电子导体 C．氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D．一段时间后有红色固体沉积在电极表面 6．某锌铜原电池装置如图，下列说法正确的是( ) A．Zn电极发生还原反应 B．电池工作时，盐桥中的Cl-会持续往右池移动 C．取出盐桥，电流计的指针能继续发生偏转 D．电池总反应为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 7．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 8．控制合适的条件，将反应2Fe3++2I-I2+2Fe2+设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是( ) A．双液原电池的优点是电流稳定 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C．可以通过电流计读数为零来判断是否达到平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，甲中石墨电极为正极 9．在如图装置中，观察到图1装置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 B．图2装置中 Cu 电极上发生的电极反应为 C．图2装置中 Cr电极上电极反应式为 D．两个装置中，电子均由 Cr电极经导线流向 Cu 电极 10．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 11．A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，下列说法正确的是( ) 装置 甲 乙 丙 现象 金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 A．装置甲溶液中的阴离子移向B极 B．装置乙中C极的电极反应式为Cu-2e-=Cu2+ C．装置丙中电流由A→导线→D→电解质溶液→A D．四种金属活动性由强到弱的顺序是B＞A＞D＞C 12．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)写出该装置正极的电极反应式：__________________________________________。 (3)该装置中溶液里的阴离子移向______________(填电极的化学式)极。 (4)若装置中转移了0.2 mol电子，则理论上溶液增加的质量是________。 13．为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题： (1)此装置工作时，可以观察到的现象是____________________________________________， 电池总反应式为______________________________________________。 (2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成________，铜和铜盐溶液组成________，中间通过盐桥连接起来。 (3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向____________移动，硫酸铜溶液中SO向____________移动。 (4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________的定向移动来导电的。在工作时，K＋移向________。 素养提升 14．火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图所示)，放电的总反应为，下列说法不正确的是( ) A．该电池的介质可以选择溶液 B．金属Na作负极，发生氧化反应 C．正极反应式： D．工作时电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极 15．探究化学反应中的能量转化，实验装置(装置中的试剂及用量完全相同)及实验数据如下(注：注射器用于收集气体并读取气体体积)。 项目 时间/ 装置① 装置② 气体体积/ 溶液温度/ 气体体积/ 溶液温度/ 0 0 22.0 0 22.0 8.5 30 24.8 50 23.8 10.5 50 26.0 - - 下列说法不正确的是( ) A．装置②中的Cu表面有气泡产生，而装置①中的Cu表面无气泡 B．装置①和②中发生反应的离子方程式都为：Zn +2H+ == Zn2+ +H2↑ C．原电池反应能加快化学反应速率，导致装置①中反应的平均速率比装置②中的小 16．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题： (1)此原电池的正极是石墨__________(填“a”或“b”)，发生________反应。 (2)电池工作时，盐桥中的SO42-移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为甲________________；乙______________。 (4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。 迁移创新 17．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，甲池中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 18．微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法不正确的是( ) A．M极是电池的负极 B．CH3OH在电极上发生氧化反应 C．N电极附近溶液的pH增大 D．若0.1molCr2O72-参加反应，则有0.8molH+从交换膜右侧向左侧迁移 19．某研究性学习小组欲探究原电池的工作原理，按如图所示装置进行实验。 序号 A B 烧杯中的液体 1 Mg Al 稀H2SO4 2 Pt Pt NaOH溶液 3 Pt Pt 熔融的Na2CO3 4 Pb PbO2 稀H2SO4 (1)第1组实验中的负极是 ，正极的电极反应式为 ，若将烧杯中的液体换为NaOH溶液，则负极为 ，该电极的电极反应式为 。 (2)第2组实验中，向A、B极附近分别通入H2和O2，则负极的电极反应式为 ，正极区溶液的pH值 (填变大、减小或不变)。 (3)第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO2及O2的混合气体，则正极的电极反应式为 。 (4)第4组实验中，总反应方程式为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，负极反应式为Pb﹣2e-+SO42-=PbSO4，则正极的电极反应式为 ，该电池工作时，如果正极材料质量增加96g，理论上在外电路通过得电子数目为 。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 水溶液中的离子反应与平衡 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 课标要点 1．深入理解原电池的工作原理；整体性的认识原电池的形成条件 2．会书写电极反应式和电池总反应方程式；能根据反应设计简单的原电池 3．采用实验探究、列表比较，对比分析和讨论归纳，宏微观结合、突破教学重难点，让学生掌握原电池的工作原理、电极方程式书写；并能独立自主的设计简单原电池。 4．结合生产、生活实际，学习原电池原理在生产、生活中的实际运用。 学习重难点 重点：原电池的构成条件、工作原理、能量转换及应用。 难点：原电池的工作原理及应用。 知识点 原电池的工作原理(重点) 1．原电池的概念及本质 (1)定义：原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是自发进行的氧化还原反应。 (2)构成条件： 一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。 二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 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。 3．原电池的工作原理 教材延伸 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 4．实验探究—原电池的工作原理 实验步骤：如图所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线接起来，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。 实验现象：有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化。 实验原理：锌片(负极)：Zn－2e-=Zn2+(氧化反应)；铜片(正极)：Cu2++2e-=Cu(还原反应)； 总反应：Cu2++Zn=Cu+Zn2+ 实验结论：盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氧化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗。 实验说明：①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂凝胶的U形管，溶液不会流出来，但离子则可以在其中自由移动。 ②单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能。 教材延伸 1．盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。 2．原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 随学随练 1．(2026·江苏无锡高二期中)如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述不正确的是( ) A．b极是电池的负极 B．甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大 D．电池的总反应离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O 【答案】B 【解析】A项，由甲烧杯中溶液颜色不断变浅，可知KMnO4中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b为负极，a为正极，所以总的电池反应式为10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+8H2O。由于Fe2+在b电极失去电子，发生氧化反应，所以b极是电池的负极，A正确；B项，K＋向正极移动，所以K＋从盐桥流向甲烧杯，B错误；C项，甲烧杯中的电极反应为MnO4-+8H++5e-=Mn2++H2O，消耗H+，所以甲烧杯中溶液的pH逐渐增大，C正确；D项，由总电池反应式知，反应的离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，D正确。故选B。 2．已知Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是( ) A．Co电极是原电池的正极 B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物 C．该原电池的正极反应式为Ag++e-=Ag D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动 【答案】C 【解析】A项，因为Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，故Co比Ag易失电子，故Co电极为负极，Ag电极为正极，A错误；B项，本装置的银半电池中离子为Ag+，若盐桥中填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，则Ag+与Cl-反应生成AgCl沉淀，因此盐桥中不可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，B错误；C项，由分析可知，银电极为正极，正极反应式为：Ag++e-=Ag，C正确；D项，原电池中阴离子移向负极，即阴离子向左侧烧杯移动，D错误；故选C。 3．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( ) A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极 B．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+ C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子 【答案】B 【解析】在该原电池中，存在自发的氧化还原反应2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故电极Ⅱ是负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，电极Ⅰ是正极，电极反应式为Fe3+＋e-=Fe2+。A项， 电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极，故A错误；B项， 该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+，故B正确；C项， 电极Ⅱ的电极反应为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D项，盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递阴、阳离子，而不是电子，故D错误；故选B。 知识点 原电池正负极的判断 原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正负极的方法是： (1)由组成原电池两极的电极材料判断：在原电池中，一般相对活泼性较强的金属为原电池的负极，相对活泼性较差的金属或导电的非金属作原电池的正极。 (2)根据电流方向或电子流向判断：电流是由正极流向负极，而电子是由负极流向正极。 (3)根据原电池内电解质溶液中离子的流动方向：阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。 (4)根据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。 (5)根据现象判断，通常情况下，在原电池某一电极若不断溶解或质量不断减小，该电极发生氧化反应，为原电池的负极；若原电池某一电极上有气体生成、电极的质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，为原电池的正极。 教材延伸 随学随练 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 【答案】C 【解析】原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。 2．有甲、乙两个电极，用导线连接一个电流计，放入盛有丙溶液的烧杯中，电极乙的质量增加，则装置中可能的情况是(　　) A.甲作负极，丙是硫酸铜溶液 B.甲作负极，丙是硫酸溶液 C.乙作负极，丙是硫酸铜溶液 D.乙作负极，丙是硫酸溶液 【答案】A 【解析】A正确，甲作负极，丙是硫酸铜溶液，乙为正极，即铜离子得电子析出铜单质，质量增加；B错误，甲作负极，丙是硫酸溶液，乙为正极，即氢离子得电子放出氢气，乙电极质量不变；C、D错误，乙作负极，电极质量不可能增加。 3．结合下图判断，下列说法正确的是(　　) A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋ B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 D.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 【答案】D 【解析】装置Ⅰ中Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；装置Ⅱ中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误。装置Ⅰ中Fe作正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；装置Ⅱ中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B错误。装置Ⅰ盐桥中阳离子向左侧烧杯移动，装置Ⅱ盐桥中阳离子向右侧烧杯移动，以保持烧杯中电解质溶液呈电中性，C错误。装置Ⅰ左侧烧杯中Fe电极反应生成OH－，装置Ⅱ右侧烧杯中Cu电极反应消耗H＋，故两烧杯中溶液的pH均增大，D正确。 知识点 原电池原理的应用 1．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，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 例如，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。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 特别提醒 通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg­Al­NaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg>Al。 3．根据原电池原理设计原电池 根据构成原电池的条件来设计原电池，先由电池反应写出电极反应，还原剂＋氧化剂===氧化产物＋还原产物，然后确定电极材料，再确定电解质溶液，最后形成闭合回路，构成原电池。 教材延伸 1．设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。 2．设计原电池时，若氧化还原反应中无明显的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电能力，往往加入强碱或强酸。如燃料电池中一般可加入KOH或H2SO4增强溶液的导电能力。 4．用于金属的防护(要保护的金属做正极) 如要保护一个铁闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌块作原电池的负极，铁闸门作正极。 随学随练 1．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 【答案】C 【解析】把四个实验从左到右分别编号为①、②、③、④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，c作正极，则活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，则活动性：d>a；综上所述可知活动性：d>a>b>c，故选C。 2．有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为( ) A．D>C>A>B B．D>A>B>C C．D>B>A>C D．B>A>D>C 【答案】B 【解析】将A与B用导连接结起来，浸入电解质溶液中，可构成原电池结构，B不易被腐蚀，说明B作正极，则A金属活动性比B强；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，说明D金属活动性比A强；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化，说明B的金属活动性比Cu强；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出，说明Cu的金属活动性比C强。综上分析得金属活动性由强到弱的顺序为：D>A>B>C，故选B。 3．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀H2SO4，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 【解析】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中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。 拓展 原电池正负极的判断及电极方程式的书写 1．原电池正负极的判断 判断依据 正极 负极 电极材料 不活泼金属或非金属 活泼金属 电子流向 电子流入 电子流出 电极反应 还原反应 氧化反应 电极常见现象 电极增重或产生气体 电极减轻 离子移向 阳离子移向 阴离子移向 1．直接法书写电极方程式 (1)判物质：根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应的产物。 (2)电子守恒：根据元素化合价变化，标出得失电子数目。 (3)电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，利用H+和OH-配电荷守恒。 (4)元素守恒：巧用水进行元素守恒的配平。 2．间接法书写电极方程式 正负极反应式之和为电池反应的方程式。 一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式。 活学活用 1．依据氧化还原反应设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是 ，电解质溶液Y是 。 (2)银电极的电极反应式是 ；X电极的电极反应式是 。 (3)外电路中的电子是从 极流向 极。 【答案】(1)Cu AgNO3溶液 (2)Ag++e-=Ag Cu-2e-=Cu2+ (3)Cu Ag 【解析】X作负极，为Cu，发生氧化反应，Ag作正极，发生还原反应，Y为AgNO3溶液，据此回答。 (1)①根据分析可知，电极X的材料是Cu；②根据分析可知，电解质溶液Y是AgNO3溶液； (2)①银电极的电极反应式是Ag++e-=Ag；②Cu电极的电极反应式是Cu-2e-=Cu2+； (3)外电路中的电子是从负极(Cu)流向正极(Ag)。 2．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－1NaOH溶液中，如图所示。 (1)写出甲池中发生的有关电极反应式： 负极________________________________________________________________________， 正极________________________________________________________________________。 (2)乙池中负极为________，正极发生________反应，总反应的离子方程式为___________ (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________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。 (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表已过时，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－2e－===Mg2＋　2H＋＋2e－===H2↑ (2)Al　还原　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (3)Mg　Al　(4)AD (5)不可靠　根据电路中电流的方向或电子转移的方向 【解析】(1)甲池中电池总反应方程式为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)乙池中电池总反应方程式为2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。 (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活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。 拓展 设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 实例：(1)根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计的原电池为： (2)根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池： 或 活学活用 1．依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示(盐桥为盛有KNO3饱和溶液的琼脂的U形管)。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是__________；电解质Y是______________(填化学式)。  (2)银电极为电池的___________极，其电极反应式为______________。  (3)盐桥中的NO3-移向______________溶液。  【答案】(1)Cu　　AgNO3 (2)正　Ag++e-=Ag　 (3)Cu(NO3)2。 【解析】根据反应原理：2Ag+(aq)+Cu(s)=q)+2Ag(s)可知，X应为铜电极，而Y应为硝酸银溶液。由于反应中铜元素的化合价升高，而银元素的化合价降低，则银电极为正极，铜电极为负极。 2．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目： 方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为________________________。 方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。 正极：__________________________；负极：_________________________。 方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：___________________________，用离子方程式表示其反应原理：_____________________________。 【答案】方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 方案Ⅱ： 2H＋＋2e－===H2↑(或Cu2＋＋2e－===Cu) Fe－2e－===Fe2＋ 方案Ⅲ：把一个光洁的铁片插入CuSO4溶液中，观察现象　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu 【解析】方案Ⅰ：铁可以和稀硫酸(或稀盐酸)反应生成H2，而Cu在金属活动性顺序表中位于H的后面，不能置换出酸中的H。方案Ⅱ：利用原电池原理证明金属活动性Fe>Cu，可以把铁片作为原电池的负极，铜片作为原电池的正极，稀硫酸作电解质溶液，按要求组成闭合回路，画出装置图，并写出相应的电极反应式。也可以设计盐桥组成原电池。方案Ⅲ：可以利用金属与盐溶液的置换反应验证金属的活动性。把铁片插入CuSO4溶液中，观察现象。 3．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。 (1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为____________，负极上的电极反应式为____________________。 (2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生________反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为____________________。 (3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为________，正极上的电极反应式为________________________________________________________________________。 (4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑____________________。 【答案】(1)Al　Mg－2e－===Mg2＋ (2)还原　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O (3)铝→铜　2H＋＋NO＋e－===H2O＋NO2↑ (4)电解质的性质 【解析】(1)镁、铝均能与CuCl2溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子做负极。(2)铝能与NaOH溶液反应而镁不能，铝做负极失去电子变成AlO，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子做负极，正极上是NO得到电子生成NO2。 题型 原电池电极方程式的书写 ▌例1 分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) A．①②中Mg做负极，③④中Fe做负极 B．②中Mg做负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+ C．③中Cu做负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2＋ D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e-=H2↑ 【答案】C 【解析】A．②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al做负极；③中Fe在冷的浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu做负极，A错误；B．②中铝与氢氧化钠溶液反应，铝作负极，电池总反应为2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，负极反应式为2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O，B错误；C．③中Fe在冷的浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu做负极，电极反应式为Cu−2e−=Cu2+，C正确；D．④中铁作负极，Cu作正极，正极氧气得电子，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，D错误；故选C。 解题贴士 1．书写时，无论是总反应式还是电极反应式都既要满足电子转移守恒、电荷守恒，又要 满足质量守恒。 2．电极反应式常用“＝”，而不使用“→”，同时若电极反应式中有气体的生成，需加“↑”。 3．书写时注意介质通常是定向移动到该电极附近的导电离子如H+、OH-、H20等，若氧化(或还原)产物能与之发生复分解反应，则其一般书写在电极方程式中。 4．书写电极反应式应充分考虑介质的影响，常见的情况： ①中性溶液反应物中无H+和OH-； ②酸性溶液反应物、生成物中均无OH-； ③碱性溶液反应物、生成物中均无H+；水溶液中不可能出现O2-。 ▌对点练1-1 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，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ B．由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋ C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O D．由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ 【答案】A 【解析】A错误，铁比铜活泼，铁作负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；B正确，铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋；C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，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O；D正确，Al与浓硝酸发生钝化反应，则铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。 ▌对点练1-2 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　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　(2)正　I2＋2e－===2I－　 【解析】(1)根据反应2Fe3＋＋2I－===2Fe2＋＋I2，原电池负极反应式：2I－－2e－===I2，发生氧化反应。正极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，发生还原反应。 (2)①反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应，当电流表读数为0时反应已平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－；左侧石墨作负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋。 题型 含盐桥原电池的工作原理 ▌例2 298K 时，在 FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成 Fe2+。 据此某学习小组设计如图所示的原电池装置。下列说法正确的是 A．正极反应为：Zn – 2e−=Zn2+ B．盐桥中 K+向左池移动 C．Pt 电极上有气泡出现 D．左烧杯中溶液的红色变深 【答案】B 【解析】该装置为原电池，电池反应为Zn+2Fe3+═2Fe2++Zn2+，Pt电极为原电池的正极，电极反应为Fe3++e-=Fe2+，Zn电极为原电池的负极，电极反应为Zn -2e-=Zn2+。A．由分析可知，Zn失去电子发生氧化反应，为负极反应，Fe3+在正极得电子被还原为Fe2+，故A错误；B．由分析可知，Pt电极为原电池的正极，Zn电极为原电池的负极，原电池中，电解质里的阳离子移向正极，盐桥中K+向左池移动，故B正确；C．铂电极上Fe3+被还原为Fe2+，没有气体生成，故C错误；D．Fe3+在正极得电子被还原为Fe2+，溶液红色变浅甚至褪去，故D错误；故选B。 解题贴士 原电池中盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。 ②盐桥中离子移向：盐桥含饱和KCl(KNO3)溶液，K＋移向正极，Cl－(NO3－)移向负极 ③盐桥的作用：a.导电：连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。c.隔离：使相互反应的物质不接触。 ▌对点练2-1 图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【答案】B 【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 ▌对点练2-2 某小组同学采用以下电化学装置验证“”是可逆反应。实验开始前向甲烧杯中加入FeSO4溶液，向乙烧杯中加入AgNO3溶液。下列说法不正确的是 A．该装置可选用装有含琼脂的KNO3饱和溶液的盐桥 B．外电路中电流方向从Ag电极到石墨电极 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入Fe2(SO4)3 固体，石墨电极为负极 【答案】D 【解析】A．KNO3饱和溶液与甲乙烧杯的溶液都不反应，可选用装有含琼脂的KNO3饱和溶液的盐桥，故A正确；B．开始时，反应正向进行，根据装置示意图，Ag电极为正极，石墨为负极，外电路中电流方向从Ag电极到石墨电极，故B正确；C．当反应达到平衡时，正逆反应速相等，电流计读数为零，故C正确；D．电流计读数为零后，在甲中溶入Fe2(SO4)3 固体，反应逆向进行，石墨为正极，故D错误；故选D。 题型 单液原电池与双液原电池的对比 ▌例3 铜锌原电池为电化学建构认识模型奠定了重要的基础，懂得原理才能真正做到举一反三，应用到其他复杂的电池分析中。盐桥中装有琼脂凝胶，内含氯化钾。下面两种原电池说法错误的是( ) A．原电池Ⅰ和Ⅱ的反应原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu B．电池工作时，导线中电子流向为Zn→Cu C．正极反应为Zn-2e-=Zn2+，发生还原反应 D．电池工作时，盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动 【答案】C 【解析】在原电池中，若两金属做电极，一般活泼金属做负极，不活泼金属做正极。Ⅰ和Ⅱ两个原电池装置中，都是锌做负极，铜做正极。A项，原电池Ⅰ和Ⅱ中，Zn为负极，Cu为正极，CuSO4为电解质溶液，工作原理都是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故A正确；B项，在原电池中，负极锌失去电子，经外电路流向正极铜，故B正确；C项，正极反应为Cu2++2e-=Cu，发生还原反应，故C错误；D项，在原电池内部，阳离子移向正极，阴离子移向负极，装置Ⅱ中，右侧烧杯中的铜为正极，左侧烧杯中的锌为负极，所以盐桥中的K+向右侧烧杯移动，Cl-向左侧烧杯移动，故D正确；故选C。 解题贴士 比较项目 单液原电池 双液原电池 相同点 正负极，电极反应，总反应式，电极现象 不 同 点 能量 变化 化学能转化为电能和热能 化学能只转化为电能 反应 区域 两极反应在相同区域 两极反应在不同区域 ▌对点练3-1 如图是某同学设计的原电池装置，下列说法正确的是( ) A．电极I上发生氧化反应 B．电子的移动方向：电极溶液→盐桥溶液→电极II C．该原电池的总反应式为Fe3++Cu==Cu2++Fe2+ D．盐桥中K+向左侧移动，Cl-向右侧移动 【答案】D 【解析】某同学设计的原电池装置，电极I上发生还原反应为原电池正极，电极反应式为Fe3++e-=Fe2+，电极II上发生氧化反应，为原电池负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+。A．电极I为原电池正极，其上发生还原反应，A错误；B．电子的移动方向：电极II→导线→电极I，B错误；C．该原电池的总反应式为2Fe3++Cu==Cu2++2Fe2+，C错误；D．盐桥中K+向正极移动，即向左侧移动，Cl-向负极移动，即向右侧移动，D正确；故选D。 ▌对点练3-2 下图为两种不同的铜锌原电池，下左图为单液原电池，下右图为双液原电池。下列相关说法不正确的是( ) A．上右图所示原电池能量利用率比上左图所示原电池要高 B．将上右图CuSO4溶液换成稀硫酸，铜电极生成11.2L气体时，电路中转移1mol电子 C．上左图所示单液原电池中，电流流向为铜片→导线→锌片→CuSO4溶液-→铜片 D．上述原电池的反应原理为Zn+ CuSO4 =ZnSO4+ Cu 【答案】B 【解析】A．单液原电池锌片与CuSO4溶液直接接触，部分Cu2+会直接被锌置换，锌片上附着铜后，也能形成微小的原电池，继续置换铜，这部分电子转移没有通过外电路，能量利用率低且电流不稳定，双液原电池锌片与CuSO4溶液没有接触，能量利用率更高且电流长时间稳定，A正确；B．未说明气体是否处于标准状况，B错误；C．左图单液原电池中，铜片为正极，锌片为负极，外电路电流由正极流向负极，内电路电流由负极流向正极，C正确；D．根据题中原电池放电时的正、负极反应可知，该原电池的反应原理为Zn+ CuSO4 =ZnSO4+ Cu，D正确；故选B。 基础通关 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 【解析】原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。 2．如图所示装置，电流表A发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，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Cu，C为稀硫酸 B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸 C．A是Fe，B是Ag，C为AgNO3溶液 D．A是Ag，B是Fe，C为AgNO3溶液 【答案】D 【解析】根据题意可知，在该原电池中，A极逐渐变粗，B极逐渐变细，所以B作负极，A作正极，B的活泼性大于A的活泼性，所以排除A、C选项；A极逐渐变粗，说明有金属析出，B选项中正极H＋放电析出氢气，D选项中正极析出金属Ag，D项正确。 3．如图是原电池的装置图，图中电流计指针偏转。下列说法错误的是( ) A．若c为硫酸铜溶液，a电极的质量增加，则a为正极 B．若c为稀硫酸溶液，b电极上产生气泡，则b为正极 C．若a为Zn，b为Fe，c为NaCl溶液，则Na+移向b极 D．若总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，a、b的材料可分别为Cu、Fe 【答案】D 【解析】A．若c为硫酸铜溶液，a电极的质量增加，则Cu2+在a电极上得电子，所以a为正极，A正确；B．若c为稀硫酸溶液，b电极上产生气泡，则H+在b电极上得电子，所以b为正极，B正确；C．若a为Zn，b为Fe，c为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，Fe为正极，阳离子向正极移动，所以Na+移向b极，C正确；D．若总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，则Cu作负极，正极金属的活动性应比负极弱，所以b的材料不可能是Fe，D错误；故选D。 4．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项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。 5．锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是( ) A．电极为该原电池的正极 B．电极是还原剂，又是电子导体 C．氯化钾盐桥中Cl-将移向CuSO4溶液 D．一段时间后有红色固体沉积在电极表面 【答案】C 【解析】由图可知，锌的活泼性比铜强，则锌电极为铜锌原电池的负极，铜电极为正极。A．由分析可知，铜电极为原电池的正极，故A正确；B．由分析可知，能导电的锌电极为铜锌原电池的负极，故B正确；C．由分析可知，能导电的锌电极为铜锌原电池的负极，铜电极为原电池的正极，氯化钾盐桥中氯离子将移向硫酸锌溶液，故C错误；D．由分析可知，铜电极为原电池的正极，铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，故D正确；故选C。 6．某锌铜原电池装置如图，下列说法正确的是( ) A．Zn电极发生还原反应 B．电池工作时，盐桥中的Cl-会持续往右池移动 C．取出盐桥，电流计的指针能继续发生偏转 D．电池总反应为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 【答案】D 【解析】在原电池中，较活泼的金属锌作负极，失去电子，发生氧化反应，在外电路中，电子由负极移向正极，在电解质溶液中，阴离子向负极移动，反应的总反应方程式为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。A．由分析知，锌作为负极，发生氧化反应，A错误；B．由分析知，盐桥中的Cl-会持续往左池移动，B错误；C．取出盐桥，不能形成闭合回路，无法形成原电池，电流计指针不能继续发生偏转，C错误；D．由分析知，电池总反应为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，D正确；故选D。 7．图甲和图乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　) A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq) B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生 C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性 D．乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出 【答案】B 【解析】由甲可知Cd的活动性强于Co，由乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。 8．控制合适的条件，将反应2Fe3++2I-I2+2Fe2+设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是( ) A．双液原电池的优点是电流稳定 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原 C．可以通过电流计读数为零来判断是否达到平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，甲中石墨电极为正极 【答案】D 【解析】将反应2Fe3++2I-I2+2Fe2+制成原电池，如图，反应开始时，根据原电池的本质，甲池中为FeCl3，则甲池为正极，得电子，被还原，发生还原反应；乙池则为负极，失电子，被氧化，发生氧化反应；A．双液原电池有两个优点：①能量转化率高；②能提供持续稳定的电流，故A正确；B．将反应2Fe3++2I-I2+2Fe2+制成原电池，如图，反应开始时，根据原电池的本质，甲池中为FeCl3，则甲池为正极，得电子，被还原，发生还原反应，故B正确；C．当达到平衡状态时，没有电流产生，电流计读数为零，故C正确；D．流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，此时平衡逆向进行，Fe2+被氧化成Fe3+，作电源的负极，故D错误；故选D。 9．在如图装置中，观察到图1装置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 B．图2装置中 Cu 电极上发生的电极反应为 C．图2装置中 Cr电极上电极反应式为 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】观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，说明图1中，Cr为负极，铜为正极，正极上析出氢气，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜被氧化应为负极，正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体。A．图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气，电极反应式是2H++2e-=H2↑，选项A正确；B．图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu-2e-=Cu2+，选项B正确；C．图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体，电极反应式为NO3-+e-+2H+=NO2↑+H2O，C正确；D．图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr，D不正确；故选D。 10．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　) ①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C； ③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡； ④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。 A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞D C．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A 【答案】A 【解析】①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，故A项正确。 11．A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，下列说法正确的是( ) 装置 甲 乙 丙 现象 金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 A．装置甲溶液中的阴离子移向B极 B．装置乙中C极的电极反应式为Cu-2e-=Cu2+ C．装置丙中电流由A→导线→D→电解质溶液→A D．四种金属活动性由强到弱的顺序是B＞A＞D＞C 【答案】C 【解析】A．在装置甲中金属A不断溶解，则A作原电池的负极，B作原电池的正极，在电解质溶液中，阴离子移向正电荷较多的A极，A错误；B．在乙中C电极的质量增加，则C电极为原电池的正极，B电极为原电池的负极，C电极为正极，发生得到电子的还原反应，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，B错误；C．在装置丙中，电极A上有气体产生，则A为原电池的正极，D为原电池的负极。负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，外电路中电子定向移动，在内电路中离子定向移动，电流的方向为正电荷移动方向。电流由正极经导线流向负极，因此电流方向为A→导线→D→电解质溶液→A，C正确；D．在原电池装置中，负极金属活泼性强于正极，根据装置甲可知金属活动性：A＞B；根据装置乙中现象，可知金属活动性：B＞C；根据装置丙的现象可知金属活动性：D＞A，故四种金属活动性由强到弱的顺序是：D＞A＞B＞C，D错误；故合理选项是C。 12．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)写出该装置正极的电极反应式：__________________________________________。 (3)该装置中溶液里的阴离子移向______________(填电极的化学式)极。 (4)若装置中转移了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 【解析】(1)原电池的构成条件：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发地进行氧化还原反应，C装置符合构成原电池的条件，故C正确。(2)C装置中Ag作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，其电极反应式为2H＋＋2e－=== H2↑。(3)阴离子移向负极锌。(4)装置中转移了0.2 mol电子，根据总反应：2H＋＋Zn===Zn2＋＋H2↑，则理论上溶液质量增重0.1×65 g－0.1×2 g＝6.3 g。 13．为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题： (1)此装置工作时，可以观察到的现象是____________________________________________， 电池总反应式为______________________________________________。 (2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成________，铜和铜盐溶液组成________，中间通过盐桥连接起来。 (3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向____________移动，硫酸铜溶液中SO向____________移动。 (4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________的定向移动来导电的。在工作时，K＋移向________。 【答案】(1)锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu　(2)锌半电池　铜半电池　(3)锌电极(或负极)　盐桥　(4)离子　正极区(或CuSO4溶液) 【解析】(1)该装置为锌铜原电池，总反应式为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，电池工作时，观察到①锌片不断溶解，②铜片上有红色物质析出，③电流表指针发生偏转。(2)Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。(3)电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极或锌电极移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动。(4)盐桥中，K＋向正极区或CuSO4溶液移动，Cl－向负极区或ZnSO4溶液移动，这样依靠离子的定向移动形成闭合回路而导电。 素养提升 14．火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图所示)，放电的总反应为，下列说法不正确的是( ) A．该电池的介质可以选择溶液 B．金属Na作负极，发生氧化反应 C．正极反应式： D．工作时电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极 【答案】A 【解析】根据放电的总反应可知钠元素化合价升高，Na做负极，电极反应式为Na-e-= Na+，CO2做正极，正极反应式：；A．Na是活泼金属，能与溶液中水反应，因此该电池的介质不能选择溶液，A错误；B．负极上Na失电子生成Na+，化合价升高，发生氧化反应，B正确；C．正极上CO2得电子发生还原反应，电极反应式：，C正确；D．工作时电子由负极经外电路流向正极，故电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极，D正确；故选A。 15．探究化学反应中的能量转化，实验装置(装置中的试剂及用量完全相同)及实验数据如下(注：注射器用于收集气体并读取气体体积)。 项目 时间/ 装置① 装置② 气体体积/ 溶液温度/ 气体体积/ 溶液温度/ 0 0 22.0 0 22.0 8.5 30 24.8 50 23.8 10.5 50 26.0 - - 下列说法不正确的是( ) A．装置②中的Cu表面有气泡产生，而装置①中的Cu表面无气泡 B．装置①和②中发生反应的离子方程式都为：Zn +2H+ == Zn2+ +H2↑ C．原电池反应能加快化学反应速率，导致装置①中反应的平均速率比装置②中的小 D．由实验数据可知，原电池的化学能全部转化为电能 【答案】D 【解析】装置①为锌与稀硫酸的反应，装置②为Zn、Cu与稀硫酸形成的原电池。A．装置②中的Cu表面有气泡产生，是原电池的正极，而装置①中的Cu表面无气泡，仅是化学反应，Zn表面有气泡，故A正确；B．装置①为锌与稀硫酸的反应，离子方程式为Zn +2H+ == Zn2+ +H2↑；装置②为Zn、Cu与稀硫酸形成的原电池，总反应式为Zn +2H+ == Zn2+ +H2↑，故B正确；C．基于表格数据信息的证据推理可知，收集相同体积的气体装置②需要的时间更短，故原电池反应能加快化学反应速率，故C正确；D．化学能有一部分转化为了热能，而不是全部转化为电能，表现在温度升高上，也是基于证据的推理，故D错误；故选D。 16．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题： (1)此原电池的正极是石墨__________(填“a”或“b”)，发生________反应。 (2)电池工作时，盐桥中的SO42-移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。 (3)两烧杯中的电极反应式分别为甲________________；乙______________。 (4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。 【答案】(1)a　还原　(2)乙 (3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O 5Fe2＋－5e－===5Fe3＋ (4)0.5 【解析】(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1．5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。 迁移创新 17．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，甲池中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】A项，由锌的金属活动性大于铜可知，铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池中c(SO)不变，错误；C项，在乙池中发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的总质量增加，正确。 18．微生物燃料电池可用于净化含铬废水，其工作原理如图所示，该电池工作时，下列说法不正确的是( ) A．M极是电池的负极 B．CH3OH在电极上发生氧化反应 C．N电极附近溶液的pH增大 D．若0.1molCr2O72-参加反应，则有0.8molH+从交换膜右侧向左侧迁移 【答案】D 【解析】由图可知，M电极为原电池的负极，微生物和水分子作用下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH—6e—+H2O=CO2↑+6H+，电极N为正极，还原菌作用下氧气、重铬酸根离子酸性条件下在正极得到电子发生还原反应生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2+4e—+4H+＝2H2O、Cr2O72-+6e—+8H+＝2Cr(OH)3+H2O，原电池工作时负极区氢离子通过阳离子交换膜进入正极区。A．由分析可知，M电极为原电池的负极，故A正确；B．由分析可知，M电极为原电池的负极，微生物和水分子作用下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，故B正确；C．由分析可知，电极N为正极，还原菌作用下氧气、重铬酸根离子酸性条件下在正极得到电子发生还原反应生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2+4e—+4H+＝2H2O、Cr2O72-+6e—+8H+＝2Cr(OH)3+H2O，原电池工作时放电消耗氢离子，溶液中氢离子浓度减小，所以N电极附近溶液的pH增大，故C正确；D．由分析可知，电极N为正极，还原菌作用下氧气、重铬酸根离子酸性条件下在正极得到电子发生还原反应生成水、氢氧化铬，电极反应式为O2+4e—+4H+＝2H2O、Cr2O72-+6e—+8H+＝2Cr(OH)3+H2O，则若有0.1mol重铬酸根离子参加反应，从交换膜右侧向左侧迁移的氢离子的物质的量大于0.8mol，故D错误；故选D。 19．某研究性学习小组欲探究原电池的工作原理，按如图所示装置进行实验。 序号 A B 烧杯中的液体 1 Mg Al 稀H2SO4 2 Pt Pt NaOH溶液 3 Pt Pt 熔融的Na2CO3 4 Pb PbO2 稀H2SO4 (1)第1组实验中的负极是 ，正极的电极反应式为 ，若将烧杯中的液体换为NaOH溶液，则负极为 ，该电极的电极反应式为 。 (2)第2组实验中，向A、B极附近分别通入H2和O2，则负极的电极反应式为 ，正极区溶液的pH值 (填变大、减小或不变)。 (3)第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO2及O2的混合气体，则正极的电极反应式为 。 (4)第4组实验中，总反应方程式为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，负极反应式为Pb﹣2e-+SO42-=PbSO4，则正极的电极反应式为 ，该电池工作时，如果正极材料质量增加96g，理论上在外电路通过得电子数目为 。 【答案】 (1)Mg 2H++2e-=H2↑ Al Al+4OH--3e-=[Al(OH)4]— (2)H2+2OH--2e-=2H2O 变大 (3)O2+4e-+2CO2=2CO32- (4)PbO2+2e-+4H+++SO42-=PbSO4+2H2O 3NA 【解析】(1)由图可知，镁和铝在稀硫酸中构成原电池，活泼性强于铝的镁为原电池的负极、铝为正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑；若将烧杯中的液体换为氢氧化钠溶液，镁与氢氧化钠溶液不反应，铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，则铝为原电池的负极，碱性条件下铝在负极失去电子发生还原反应生成四羟基合铝酸根离子，电极反应式为Al+4OH--3e-=[Al(OH)4]—； (2)由题意可知，该装置为燃料电池，通入氢气的铂电极是负极，碱性条件下氢气在负极失去电子发生还原反应生成水，电极反应式为H2+2OH--2e-=2H2O，通入氧气的铂电极为正极，水分子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣，放电生成氢氧根离子，则电极附近碱性增强，溶液pH变大； (3)由题意可知，该装置为燃料电池，通入一氧化碳的铂电极是负极，碳酸根离子作用下一氧化碳在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，通入氧气和二氧化碳混合气体的电极是正极，二氧化碳作用下氧气在正极得到电子发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-； (4)由总反应可知，二氧化铅为原电池的正极，酸性条件和硫酸根离子作用下二氧化铅在正极得到电子发生还原反应生成硫酸铅和水，电极反应式为PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O；由电极反应式可知，外电路通过电子的物质的量为2mol时，正极材料质量增加64g，则正极材料质量增加96g时，外电路通过得电子数目为×2×NAmol—1=3NA。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $