专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（苏教版 闽桂蒙陕冀专版）

本讲义聚焦原电池的工作原理这一核心知识点，从实验探究含盐桥的铜锌原电池入手，系统梳理电极材料、反应类型、电子及离子流向等微观机制，明确构成条件后，延伸至加快反应速率、比较金属活动性、设计原电池等应用，最终落脚于电极反应式书写，形成从原理到应用的完整学习支架。 该资料通过对比有无盐桥的原电池装置效率（图Ⅰ与图Ⅱ）培养科学思维中的证据推理能力，结合设计原电池题目（如根据总反应Cu+2Ag⁺=Cu²⁺+2Ag选择电极材料）落实科学探究与实践素养。课时对点练分题组设置，涵盖原理理解、应用分析及电极反应式书写，课中助力教师通过实验分析和问题讨论提升教学效果，课后学生可借助练习与解析巩固知识，查漏补缺，培养严谨的科学态度。

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 [核心素养发展目标]　1.以铜锌原电池为例，从宏观和微观的角度分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。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.实验探究含盐桥的铜锌原电池的工作原理 (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，电流表指针发生偏转。 (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)盐桥是所有原电池构成的必要条件(　　) (3)在铜锌原电池中，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)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(　　) (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)。  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　　　(填序号)，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：Ag++e-===Ag； 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 形成原电池的反应比没有形成原电池的反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴CuSO4溶液，形成铜锌原电池，产生氢气的速率增大。 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 (1)理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。 (2)外电路：负极还原性较强的物质被氧化正极氧化性较强的物质被还原。 (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。 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.根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是(　　) 选项 负极(金属/电解质溶液) 正极(金属/电解质溶液) A Na/NaCl溶液 Fe/FeSO4溶液 B Cu/稀H2SO4 Fe/稀H2SO4 C Zn/ZnSO4溶液 Cu/CuCl2溶液 D Fe/FeCl2溶液 Zn/ZnCl2溶液 答案　C 解析　Na可与水反应，故金属Na作负极时，不能用水溶液作电解质溶液，A错误；一般情况下，原电池中负极金属的活动性强于正极金属，B中Fe比Cu活泼，D中Zn比Fe活泼，B、D错误。 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　　　　。  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a→d，则电子d→a，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。 4.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+ 三、原电池电极反应式的书写 一般情况下，负极：负极材料失电子生成相应离子，发生氧化反应；正极：电解质溶液中阳离子在正极上得电子，发生还原反应；总反应式：依据得失电子守恒配平上述两极反应式，然后相加。 1.基础原电池 (1)锌(A)⁃铜(B)⁃H2SO4溶液(C) 负极：Zn-2e-===Zn2+； 正极：2H++2e-===H2↑； 总反应：Zn+2H+===Zn2++H2↑。 (2)Mg(A)⁃Al(B)⁃盐酸(C) 负极：Mg-2e-===Mg2+； 正极：2H++2e-===H2↑； 总反应：Mg+2H+===Mg2++H2↑。 (3)Mg(A)⁃Al(B)⁃NaOH溶液(C) 负极：2Al-6e-+8OH-===2[Al(OH)4]-； 正极：6H2O+6e-===3H2↑+6OH-； 总反应：2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑。 (4)铁(A)⁃铜(B)⁃FeCl3溶液(C) 负极：Fe-2e-===Fe2+； 正极：2Fe3++2e-===2Fe2+； 总反应：Fe+2Fe3+===3Fe2+。 (5)铁(A)⁃铜(B)⁃稀硝酸(C) 负极：Fe-3e-===Fe3+； 正极：N+4H++3e-===NO↑+2H2O； 总反应：Fe+N+4H+===Fe3++NO↑+2H2O。 2.带盐桥的原电池 某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。 (1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式： Al片(　　)　　　　，  Cu片(　　)　　　　。  (2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及对应的电极反应式： Al片(　　)　　　　，  Cu片(　　)　　　　。  答案　(1)负极　2Al-6e-===2Al3+　正极　6H++6e-===3H2↑ (2)正极　2N+2e-+4H+===2NO2↑+2H2O 负极　Cu-2e-===Cu2+ 解析　(1)该原电池中，Al易失电子发生氧化反应而作负极、Cu作正极；负极上Al失电子生成铝离子进入溶液，所以负极反应式为2Al-6e-===2Al3+，正极是氢离子得电子产生氢气，电极反应式为6H++6e-===3H2↑。 (2)Al和浓硝酸发生钝化，Cu和浓硝酸的反应是自发的放热的氧化还原反应，所以能构成原电池，Cu失电子作负极、Al作正极，正极上硝酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为2N+2e-+4H+===2NO2↑+2H2O，负极反应式为Cu-2e-===Cu2+。 课时对点练 [分值：100分] [1~10题，每小题5分] 题组一　原电池的工作原理 1.(2024·安徽蚌埠月考)下列装置中，电流表指针不能发生偏转的是(　　) 答案　A 解析　A项，锌插入CuCl2溶液中，锌置换出铜，电子不经过导线，没有电流产生，则电流表指针不发生偏转；B项，可构成原电池，镁为负极，铝为正极，电流表指针发生偏转；C项，可构成原电池，锌为负极，铜为正极，电流表指针发生偏转；D项，可构成原电池，锌为负极，铜为正极，电流表指针发生偏转。 2.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则下列各项中符合的是(　　) 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为稀AgNO3溶液 D.A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液 答案　D 解析　A极逐渐变粗，说明A极发生还原反应，有金属析出，A极为正极；B极逐渐变细，说明B极失电子发生氧化反应，B极为负极，D符合题意。 3.(2024·福建三明联考)某原电池装置如图所示，盐桥中装有含KNO3饱和溶液的琼脂。 ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag++e-===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同 ⑤盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液 ⑥电子的移动方向：Cu电极→导线→Ag电极→AgNO3溶液→盐桥→Cu(NO3)2溶液 上述①~⑥中正确的有(　　) A.4个 B.3个 C.2个 D.1个 答案　C 解析　金属活动性：Cu>Ag，故在该原电池中Cu为负极，Ag为正极。在外电路中电流由正极流向负极，①错误；正极上得电子发生还原反应，电极反应式为Ag++e-===Ag，②正确；取出盐桥，则不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；负极：Cu-2e-===Cu2+，正极：Ag++e-===Ag，故总反应为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，铜片与AgNO3反应的离子方程式为Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，与原电池总反应相同，④正确；盐桥中的K+向正极区移动，即K+向AgNO3溶液移动，⑤错误；电子不能进入电解质溶液，⑥错误。 4.将镁条、铝条平行插入盛有一定浓度的NaOH溶液的烧杯中，用导线和电流表连接成原电池，装置如图所示。此电池工作时，下列叙述正确的是(　　) A.Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+ B.若铝条表面有氧化膜，也不必处理 C.该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的 D.Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出 答案　B 解析　Mg虽然比Al活泼，但铝能与NaOH溶液发生氧化还原反应，镁与NaOH溶液不反应，所以在题述装置中铝失电子，为原电池的负极，A错误；铝条表面的氧化膜能与NaOH溶液反应，故不必处理，B正确；该装置外电路的电流是由电子的定向移动形成的，而内电路的电流则是由溶液中离子的定向移动形成的，C错误；在该反应中，铝失电子，为原电池的负极，由于电池开始工作时，生成的铝离子的量较少，NaOH过量，此时不会有Al(OH)3白色沉淀析出，D错误。 5.(2024·福建龙岩高二检测)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直接接触就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+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。 题组二　原电池工作原理的应用 6.将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是(　　) 答案　D 解析　向A中滴加CuSO4溶液发生反应Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4，置换出的Cu附着在Zn表面构成原电池，可以加快产生H2的速率，A的斜率要大于B的斜率，B错误；A中部分Zn与CuSO4反应，则与稀硫酸反应的Zn比B中小，产生的H2体积比B中小，A、C错误，D正确。 7.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的金属活动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 答案　D 解析　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，金属活动性：A>B；根据“当A、D、稀硫酸组成原电池时，A为正极”可知，金属活动性：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，金属活动性：B>E，综上可知，金属活动性由强到弱的顺序为D>A>B>E。 8.(2024·石家庄第一中学月考)在如图装置中，观察到图1装置中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2H++2e-===H2↑ B.图2装置中Cu电极上发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+ C.图2装置中Cr电极上电极反应式为N+e-+2H+===NO2↑+H2O 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　图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，说明铬为负极，铜为正极，正极上析出H2，电极反应式是2H++2e-===H2↑，A项正确；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泡，说明铜被氧化，应为负极，电极反应式为Cu-2e-===Cu2+，B项正确；图2装置中铬电极上产生大量有色气泡，说明正极为硝酸被还原生成NO2，电极反应式为N+e-+2H+===NO2↑+H2O，C项正确；图1中电子由Cr电极经导线流向Cu电极，图2中电子由Cu电极经导线流向Cr电极，D项错误。 题组三　原电池电极反应式的书写 9.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-===Mn D.Li是负极，电极反应式为Li-2e-===L 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-===Mn，C错误。 10.常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，已知O~t1，原电池的负极是Al片，反应过程中有红棕色气体产生，下列说法不正确的是(　　) A.O~t1 s，正极的电极反应式为2H++N+e-===NO2↑+H2O B.O~t1 s，溶液中的H+向Cu电极移动 C.t1 s时，负极的电极反应式为Cu+2e-===Cu2+ D.t1 s时，原电池中电子的流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍Al进一步反应 答案　C 解析　O~t1 s，Al在浓硝酸中发生钝化，铝氧化得到氧化铝，Cu为正极，N放电生成NO2，正极电极反应式为2H++N+e-===NO2↑+H2O，A正确；O~t1 s，Cu为正极，溶液中的H+向Cu电极移动，B正确；t1 s时，铜为负极，电极反应式为Cu-2e-===Cu2+，C错误。 [11~12题，每小题8分] 11.已知氧化性：Au3+>Ag+>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。现有如图所示的电化学装置，下列叙述中正确的是(　　) A.若X为Ti，则Y极的电极反应式可能是Zn-2e-===Zn2+ B.若X为Cr，则Y可以选Zn或Ti C.若Y为Cu，则X极的电极反应式可能是Cr-3e-===Cr3+ D.若X为Zn、Y为Pb，形成原电池，则盐桥中阴离子移向右侧烧杯 答案　C 解析　根据装置图可知，X电极是负极，失去电子发生氧化反应，Y电极是正极，得到电子发生还原反应。若X为Ti，由于Y电极是正极，应得到电子发生还原反应，A不正确；若X为Cr，则Y的金属活动性要弱于Cr，Zn和Ti的金属活动性均强于Cr，则Y不能选Zn或Ti，可以选择Cu或Pb等，B不正确；若Y为Cu，由于X是负极，则X的金属活动性要强于Cu，所以可以选择Cr，负极反应式可能是Cr-3e-===Cr3+，C正确；X电极是负极，盐桥中阴离子移向负极，故盐桥中阴离子移向左侧烧杯，D不正确。 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H+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，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。 13.(22分)(1)有如图所示的四个装置，回答相关问题： (1)图①中，Mg作　　　　　极。  (2)图②中，Mg作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　　　　　　　，正极反应式：　　　　　，总反应的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)图③中，Fe作　　　　　极，写出负极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　，正极反应式：  　　　　。  (4)图④装置能否构成原电池？　　　　(填“能”或“否”)，若能构成原电池，正极为　　　　　，其电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　(若不能构成原电池，后两问不用回答)。  答案　(1)负　(2)正　Al+4OH--3e-===[Al(OH)4]-　2H2O+2e-===2OH-+H2↑　2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑　(3)正　Cu-2e===Cu2+　N+2H++e-===NO2↑+H2O　(4)能　Cu　O2+4e-+2H2O===4OH- 14.(12分)人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空： (1)如图1所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中央滴入浓CuSO4溶液(实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)，一段时间后，当杠杆为绝缘体时，　　　　(填“A”或“B”，下同)端高；当杠杆为导体时，　　　端高。  图1　　　　　　　　　　图2　　 (2)某原电池装置如图2所示，电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl，当电路中转移a mol电子时，交换膜左侧溶液中约减少　　　　　　 mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)　　　(填“>”“<”或“=”)1 mol·L-1(忽略溶液体积变化)。  答案　(1)A　B　(2)2a　> 解析　(1)当杠杆为绝缘体时，加入硫酸铜溶液后，铁和硫酸铜发生置换反应生成铜附着在铁表面，质量增加，因此是A端比B端高；当杠杆为导体时，加入硫酸铜溶液后，铁和铜构成原电池，铁的金属活动性强于铜，因此铁是负极失去电子，被氧化，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子，发生还原反应析出铜，因此是A端比B端低。(2)负极电极反应式为Ag-e-+Cl-===AgCl，原电池工作时，电路中转移a mol电子，则负极消耗a mol Cl-，形成闭合回路移向正极的n(H+)为a mol，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2a mol离子；正极区电极反应为Cl2+2e-===2Cl-，生成n(HCl)=a mol，所以交换膜右侧溶液c(HCl)增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)>1 mol·L-1。 学科网（北京）股份有限公司 $