第1章 第2节 第1课时 原电池的工作原理-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版·不定项）

本讲义聚焦原电池的工作原理这一核心知识点，从铜锌原电池实验切入，系统梳理电极构成、反应类型、电子与离子移动方向等基本要素，进而总结原电池构成条件，延伸至正负极判断及原理应用，构建从实验现象到原理分析再到实际应用的学习支架。 该资料通过对比实验（装置a和b）分析盐桥作用，结合多维度正负极判断方法，突出科学探究与实践。设计原电池证明Fe³⁺氧化性等实例，培养科学思维中的模型建构能力。课中辅助教师实验教学，课后练习题助力学生巩固知识，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 【学习目标】　1.通过原电池实验，认识原电池构成的基本要素，并能设计简单的原电池。 2．能根据电极反应、电流方向或离子移动方向判断原电池的正极和负极。 知识点一　原电池的工作原理 1．铜锌原电池的工作原理 (1)实验装置 (2)实验现象 装置 检流计指针 电极表面变化情况 (a) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加 (b) 发生偏转 锌片质量减少，铜片质量增加 (3)分析上述铜锌原电池的工作原理 电极 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 电池反应 Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+ 电子流向 由锌(负)极通过导线流向铜(正)极 离子移向 阳离子移向铜(正)极，阴离子移向锌(负)极 能量转化 化学能转化为电能 (4)优缺点 ①装置(a)缺点：锌能与电解质溶液中的Cu2+直接发生氧化还原反应，电能利用效率较低，电流不稳定。 ②装置(b)优点：锌与Cu2+彼此隔离，锌发生氧化反应失去的电子通过导线流向Cu片，能充分将化学能转化为电能，电能利用效率高，电流稳定。 (5)盐桥的作用 在原电池装置中形成闭合回路，平衡电荷，产生稳定的电流。 2．原电池 (1)定义：把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 反应 能自发进行的氧化还原反应 电极 一般是活泼性不同的两个电极(金属或能导电的非金属，如石墨) 闭合 回路 ①两电极直接接触或通过导线(电子导体)间接接触； ②两电极插入电解质溶液或熔融电解质(离子导体)中 (3)原理图示 (1)在原电池构成的闭合回路中，电子从原电池的正极通过导线流向负极(　　) (2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属(　　) (3)铜锌原电池中，电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极(　　) (4)在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极(　　) (5)在原电池中，正极发生氧化反应，负极发生还原反应(　　) (6)反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2+能以原电池的形式来实现(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　 (5)×　(6)√ 　 电子只能在导线中移动而不能在溶液中移动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动。原电池的内电路和外电路分别通过离子的定向移动和电子的定向移动形成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 1．在下图所示的8个装置中，属于原电池的是________。 答案：③⑤⑦ 2．(2026·临沂高二统考)某化学兴趣小组为了探究锌电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流表指针偏转方向 Ⅰ Mg、Zn 稀盐酸 偏向Zn Ⅱ Zn、Cu 稀盐酸 偏向Cu Ⅲ Zn、石墨 稀盐酸 偏向石墨 Ⅳ Mg、Zn NaOH溶液 偏向Mg 查阅资料可知：Zn＋2NaOH＋2H2O===Na2[Zn(OH)4]＋H2↑。 根据上表中记录的实验现象，回答下列问题： (1)实验Ⅰ中： ①Zn电极为________(填“负极”或“正极”)。 ②Mg电极上的电极反应式为_______________________________。 ③外电路中电子的移动方向为由______(填“Mg”或“Zn”，下同)电极经导线移向______电极。 (2)实验Ⅳ中： ①Mg电极为______(填“负极”或“正极”)。 ②Zn电极上的电极反应式为___________________________________。 (3)根据以上实验结果，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极，除了与金属本身的还原性有关外，还与__________________有关。 解析：(1)①电极材料为Mg、Zn(金属活动性Mg＞Zn)，电解质为稀盐酸，电流表指针偏向Zn，则Zn电极为正极。②Mg电极为负极，Mg失电子生成Mg2+，电极反应式为Mg－2e－===Mg2+。③外电路中，电子由负极沿导线流向正极，则电子的移动方向为由Mg电极经导线移向Zn电极。 (2)①电极材料为Mg、Zn(金属活动性Mg＞Zn)，电解质为NaOH溶液(Mg与NaOH溶液不反应，只有Zn能与NaOH溶液反应)，电流表指针偏向Mg，则Mg电极为正极。②Zn电极为负极，Zn失电子与NaOH反应生成[Zn(OH)4]2-，电极反应式为Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2-。 (3)实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，相对活泼的金属作负极；实验Ⅳ中，相对活泼的金属作正极，在原电池中相对活泼的金属作正极还是作负极，除了与金属本身的还原性有关外，还与电解质溶液的成分有关。 答案：(1)①正极　②Mg－2e－===Mg2+　③Mg　Zn (2)①正极　②Zn－2e－＋4OH－===[Zn(OH)4]2- (3)电解质溶液的成分 　 原电池正、负极的判断 知识点二　原电池原理的应用 1．加快化学反应速率 原理：在形成的原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，溶液中的离子运动时相互干扰减小，电解质溶液中离子的运动更快，使化学反应速率加快。 应用：例如，在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小铜锌原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 原理：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。 应用：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极为负极，b极为正极，金属活动性：a>b。 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，一般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)只有放热的氧化还原反应，才能设计成原电池(　　) (2)两种金属分别作为原电池的两极时，一般作为负极的金属比作为正极的金属活泼(　　) (3)一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触时的反应速率大(　　) (4)将Mg和Al用导线连接后插入NaOH溶液中，Al不断溶解，说明金属活动性：Mg＜Al(　　) (5)足量的Zn与稀硫酸反应时，滴入CuSO4溶液可以增大反应速率，是因为c(SO)增大(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)× 1．3.25 g锌与100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸反应，为了加快反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是(　　) A．滴加几滴浓盐酸　　 B．滴加几滴浓硝酸 C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒 解析：选A。3.25 g Zn的物质的量n(Zn)＝＝0.05 mol，100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸中溶质的物质的量n(H2SO4)＝1 mol·L-1×0.1 L＝0.1 mol，根据化学方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知，二者反应的物质的量之比是1∶1，故稀硫酸过量，反应放出H2的量要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增大了溶液中H＋的浓度，反应速率加快，且H2的产量不变，A符合题意；硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B不符合题意；Zn与CuSO4发生置换反应生成Cu和 ZnSO4，Zn、Cu及稀硫酸构成原电池，使反应速率加快，但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C不符合题意；加入少量锌粒，由于Zn是固体，溶液浓度不变，因此反应速率不变，但产生H2的量增多，D不符合题意。 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。由此可判断这四种金属的活动性顺序是___________________ _________________________________。 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 答案：d>a>b>c 3．设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+的强。 (1)写出能说明氧化性Fe3+比Cu2+强的离子方程式：____________________________________________________。 (2)若要将上述反应设计成原电池，分别写出两极的电极反应式： ①负极____________________________________________________。 ②正极____________________________________________________。 (3)画出装置图，指出电极材料和电解质溶液： ①不含盐桥 ②含盐桥 答案：(1)2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+ (2)①Cu－2e－===Cu2+　 ②2Fe3+＋2e－===2Fe2+ (3) (答案合理即可) 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，则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为负极，排在后面的金属总是作为正极 D．负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应 解析：选C。金属活动性顺序中，排在前面的金属不一定总是作为负极，排在后面的金属也不一定总是作为正极，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．(2026·日照一中高二月考)如右图所示是Zn和Cu组成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上的记录如下，描述合理的是(　　) ①Cu为负极，Zn为正极 ②Cu极上有气泡产生，发生还原反应 ③SO向Cu极移动 ④若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体 ⑤正极反应式：Cu＋2e－===Cu2+，发生氧化反应 ⑥电子的流向：Cu→Zn A．①②③ B．②④⑥ C．③④⑤ D．②④ 解析：选D。锌和铜组成原电池，锌为负极，铜为正极，故①错误；铜为正极，溶液中的氢离子得到电子生成氢气，发生还原反应，故②正确；硫酸根离子向锌极移动，故③错误；当有2 mol电子转移时，生成1 mol氢气，所以当有0.5 mol电子转移时，生成0.25 mol氢气，故④正确；铜为正极，H＋在正极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故⑤错误；电子从锌电极经导线流向铜电极，故⑥错误。 3．有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时(离子导体为稀硫酸，下同)，电子流动方向为A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；当B与E组成原电池时，电极反应式为E2+＋2e－===E，B－2e－===B2+。A、B、D、E 四种金属的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 解析：选D。两种金属与稀硫酸组成原电池，较活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼金属为正极，外电路中，电子流动方向为负极→正极，电流方向为正极→负极。当A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B，A为负极，B为正极，金属活动性：A>B；当A、D组成原电池时，A为正极，金属活动性：D>A；当B与E组成原电池时，电极反应式为E2+＋2e－===E，B－2e－===B2+，B失去电子，为负极，金属活动性：B>E。综上所述，A、B、D、E四种金属的活动性由强到弱的顺序为D>A>B>E。 4．(2026·深圳高二月考)某原电池反应为Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag。下列该原电池的组成物质中正确的是(　　) 选项 A B C D 正极 Cu Cu Ag Ag 负极 Ag Ag Cu Cu 电解质溶液 AgNO3溶液 AgCl溶液 AgNO3溶液 AgCl溶液 解析：选C。由原电池反应Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag可知，该原电池的负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，正极上溶液中的Ag＋得到电子被还原为Ag单质，电解质溶液是可溶性银盐(如AgNO3)溶液，正极的电极材料可以是活动性比Cu弱的金属Ag或石墨等惰性电极。 5．已知反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。请回答下列问题： (1)若要使该反应的反应速率增大，则下列措施可行的是________(填字母)。 A．将铁粉改为铁片 B．加入少量醋酸钠固体 C．滴加少量CuSO4溶液 D．将稀硫酸改为98%的浓硫酸 (2)若将上述反应设计成原电池，石墨棒为原电池某一极材料，则石墨棒为________(填“正”或“负”)极，产生的现象为__________________ _______________________________，发生的电极反应为___________ ___________________________________________________________________________________________。 原电池工作时溶液中的SO移向________(填“正”或“负”)极。若反应产生3.36 L气体(标准状况下)，则理论上消耗铁的质量是___________g。 (3)实验后同学们经过充分讨论，认为符合某些要求的化学反应都可以设计成原电池。下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是__________。 A．AgNO3＋HCl===AgCl↓＋HNO3 B．Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 将所选反应设计成原电池，该电池负极反应为____________________________________________________________。 解析：(1)将铁粉改为铁片，减小了铁与稀硫酸的接触面积，反应速率减小，A不可行；加入少量醋酸钠固体，发生反应CH3COO－＋H＋===CH3COOH，溶液中H＋浓度减小，反应速率减小，B不可行；滴加少量CuSO4溶液，发生反应Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，置换出的铜附着在铁上可构成无数微小的Fe-Cu原电池，增大了反应速率，C可行；常温下浓硫酸将铁钝化，在铁表面形成一层致密的氧化物保护膜，阻止反应继续进行，反应速率减小，D不可行。 (2)若将题述反应设计成原电池，则铁电极上发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2+，发生氧化反应，为负极，石墨棒为正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产生的现象为有气泡产生。原电池工作时阳离子移向正极，阴离子移向负极，故溶液中的SO移向负极。根据总反应的化学方程式可知，若反应产生3.36 L气体(标准状况下)，则理论上消耗铁的质量是×56 g·mol-1＝8.4 g。 (3)理论上任何一个自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池。A项反应中各元素的化合价没有发生变化，是非氧化还原反应，A项不符合题意；B项反应中Pb元素化合价发生了变化，且能够自发进行，可以设计成原电池，B项符合题意。Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O反应中Pb转化为 PbSO4，Pb元素化合价升高，发生氧化反应，为负极，故该电池负极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4。 答案：(1)C　(2)正　有气泡产生　2H＋＋2e－===H2↑　负　8.4　(3)B　Pb－2e－＋SO===PbSO4 学科网（北京）股份有限公司 $