4.1 原电池 第1课时（导学案）化学人教版选择性必修1

4.1 原电池 第1课时 原电池的工作原理 1.以原电池为载体，理解单液、双液原电池的工作原理，明确单液原电池电流衰减的原因，掌握盐桥、常见离子交换膜的作用，能准确判断原电池正负极，梳理外电路流向、内电路阴、阳离子的迁移规律。 2.掌握原电池的构成要素，能结合自发的氧化还原反应设计简单原电池装置。 3.熟练掌握电极反应式的直接书写法、间接书写法，能正确书写简单原电池的正负极电极反应式和总反应式。 重点：1.原电池的工作原理； 2.原电池正负极判断；电极反应式的书写。 难点：1.陌生原电池的电极反应式书写； 2.原电池中离子迁移方向的判断。 1.探究含盐桥的锌铜原电池的工作原理 (1)盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，形成_________通道，把置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连在一起，构成闭合回路。 (2)现象：锌片_________，铜片上__________________，电流表指针发生_________。 (3)工作原理(以上述原电池为例) 电极 Zn电极 Cu电极 电极名称 _________ _________ 得失电子 __________电子 __________电子 电子流向 电子流_________ 电子流_________ 电极反应式 _________ _________ 总反应式 __________________ （一）课堂导入 【课堂互动提问】同学们，上课前咱们先来聊个生活化的话题：大家平时出门“刚需”携带的物品都有什么呀？我听见好多同学说手机，还有蓝牙耳机、智能手表对不对？咱们日常用的遥控板、电动牙刷，大街上越来越多的新能源汽车，这些大大小小的设备能正常工作，都离不开一个核心元件——电池。 【引入情境素材】（展示提前准备的民用干电池、新能源汽车动力电池生产线的相关图片，对应课件“电池的生产过程”情境）大家刚才提到的这些电池都属于化学电源，它们的制造全都依托于原电池的工作原理。大家还记得我们初中做过的锌铜单液原电池实验吗？当时我们把锌片、铜片插入硫酸铜溶液，接了电流表之后指针偏转，但是没一会指针示数就越来越小，小灯泡很快就暗了，可咱们平时买的5号干电池却能连续用好几个月，为什么会有这么大的差距？我们要怎么优化原电池装置，才能获得持续稳定的电流？带着这些问题，我们今天就深入探究原电池的工作原理。 （二）原电池工作原理 任务一 单液原电池的工作原理及缺陷？ 【教师提问】现有铜片、锌片、溶液、导线、电流表，请你设计一个原电池装置，画出装置示意图，标注电子、离子的移动方向，并写出正负极反应和总反应的离子方程式。 【学生思考】 1.画出装置图： 2.标注移动方向： 3.书写反应： 【讲解】我们可以把原电池的粒子移动规律总结为： 任务二 单液原电池电流衰减的实验验证与原因分析？ 【教师提问】请大家观察锌铜单液原电池的放电实验，描述锌片、铜片表面的变化，以及电流表指针的变化，并思考出现该现象的原因。 【学生思考】 1.实验现象： 2.初步猜想： 【讲解】 知识总结 一、原电池工作原理 1.单液原电池电流衰减的实验验证与原因 ⑴实验现象 ⑵实验现象分析 现象 原因 任务三 双液原电池的装置改进 【教师提问1】观察这个双液装置的电流表指针，有没有电流产生？为什么会出现这个现象？该如何改进？ 【学生思考1】 【教师提问2】我们在两个烧杯之间接入盐桥（浸泡饱和KCl溶液的琼胶U型管），观察电流表指针的变化；取出盐桥后指针又有什么变化？盐桥的作用是什么？ 【学生思考2】 任务四 双液原电池的工作原理 【教师提问3】双液原电池工作时，电子、离子的移动方向是怎样的？正负极分别发生什么反应？ 【学生思考3】 【讲解】 知识总结 一、原电池工作原理 2.双液原电池及其工作原理 ⑴实验现象： ⑵盐桥 ⑶电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向 ⑷注明原电池的组成 ⑸标明氧化反应和还原反应发生的区域 3.盐桥的作用 4.各部分的作用 Cu片 Zn片 CuSO4溶液 ZnSO4溶液 盐桥 导线 5.原电池的构成要素 任务五 隔膜原电池的优化思路 【教师提问】双液原电池电流弱的原因是什么？可以用什么材料代替盐桥提升电流强度？ 【学生思考】 【讲解】离子交换膜是对离子具有选择透过性的高分子膜，常见类型有： 知识总结 一、原电池工作原理 6.隔膜原电池的工作原理 隔膜类型 透过粒子 【例1】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 （三）电极反应式的书写 任务六 化学方程式中的变化与守恒 【教师提问】书写电极反应式需要遵循哪些守恒？请总结书写的基本步骤。 【学生思考】 【讲解】我们可以把直接法书写电极反应式的步骤总结为四步： 【教师提问】总反应式和正负极反应式之间有什么关系？如何推导难写的电极反应式？ 【学生思考】 【讲解】我们以碱性锌锰电池为例： 已知总反应为Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO+ Zn（OH）2， 知识总结 二、 电极反应式的书写 1．直接法书写电极反应式 ①判物质： ②电子守恒： ③电荷守恒： ④元素守恒： 2.间接法书写电极反应式 【例2】Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为 8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 ①负极材料为____，电极反应为_________________。 ②正极的电极反应为_______________________________。 【例3】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↑ 1．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 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 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 一、原电池工作原理 1.单液原电池电流衰减的实验验证与原因 ⑴实验现象 锌片表面有红色物质生成，铜片上有红色物质析出，电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小。 ⑵实验现象分析 现象 原因 锌片表面附着红色固体 Zn与直接接触的Cu2+发生置换反应生成Cu 电流逐渐衰减 局部微原电池的电子不经过外电路，外电路转移电子减少 2.双液原电池及其工作原理 ⑴实验现象： 实验表明，接通电路时，电流表的指针发生偏转，即电路中有电流通过。从上述装置中取出盐桥，电流表的指针又回到零点，即电路中没有电流通过 ； ⑵盐桥 一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。 ①.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 ②.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 ③.离子只出不进。 ⑶电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向 锌铜原电池工作时，负极一端的Zn 失去电子变成Zn2+ 进入溶液，电子由负极通过导线流向正极，正极一端的 Cu2+获得电子变成Cu 沉积在铜片上。盐桥中的Cl -移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地产生电流。 ⑷注明原电池的组成 ⑸标明氧化反应和还原反应发生的区域 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+ 3.盐桥的作用 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性； ③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 4.各部分的作用 Cu片 电极材料 Zn片 电极反应物 电极材料 CuSO4溶液 电极反应物 离子导体 ZnSO4溶液 离子导体 盐桥 离子导体 导线 电子导体 5.原电池的构成要素 6.隔膜原电池的工作原理 隔膜类型 透过粒子 阳离子交换膜 阳离子 阴离子交换膜 阴离子 质子交换膜 H+ 二、 电极反应式的书写 1．直接法书写电极反应式 ①判物质：根据负极氧化、正极还原的规律，判断电极的反应物和产物； ②电子守恒：根据元素化合价变化，标注得失电子的数目； ③电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，用H+（酸性环境）或OH-（碱性环境）配平反应式两侧的电荷； ④元素守恒：用H2O配平H、O元素，保证两侧原子种类和数目相等。 2.间接法书写电极反应式 ①写出总反应和易写的电极反应； ②总反应减去易写的电极反应，消去对应的反应物和得失电子，得到难写的电极反应。 考点01 原电池工作原理 1．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 2．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 3．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 4．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 5．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 6．（2026·河南平顶山·模拟预测）为探究原电池反应，某学习小组设计了如图甲、乙两种装置。 下列说法错误的是 A．甲装置和乙装置的Zn片均为负极 B．甲装置的电流比乙装置更稳定 C．乙装置中移走盐桥，电流表读数变为0 D．乙装置中Zn片质量减少65g时，理论上Cu片质量增大64g 考点02 电极反应式的书写 7．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＋ 8．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。 9．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：________________________________________________________________。 10．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 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.1 原电池 第1课时 原电池的工作原理 1.以原电池为载体，理解单液、双液原电池的工作原理，明确单液原电池电流衰减的原因，掌握盐桥、常见离子交换膜的作用，能准确判断原电池正负极，梳理外电路流向、内电路阴、阳离子的迁移规律。 2.掌握原电池的构成要素，能结合自发的氧化还原反应设计简单原电池装置。 3.熟练掌握电极反应式的直接书写法、间接书写法，能正确书写简单原电池的正负极电极反应式和总反应式。 重点：1.原电池的工作原理； 2.原电池正负极判断；电极反应式的书写。 难点：1.陌生原电池的电极反应式书写； 2.原电池中离子迁移方向的判断。 1.探究含盐桥的锌铜原电池的工作原理 (1)盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，形成_________通道，把置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连在一起，构成闭合回路。 (2)现象：锌片_________，铜片上__________________，电流表指针发生_________。 (3)工作原理(以上述原电池为例) 电极 Zn电极 Cu电极 电极名称 _________ _________ 得失电子 __________电子 __________电子 电子流向 电子流_________ 电子流_________ 电极反应式 _________ _________ 总反应式 __________________ 【答案】(1)离子 (2) 逐渐溶解 有红色物质生成 偏转 (3) 负极 正极 失 得 出 入 Zn-2e-=Zn2＋ Cu2＋＋2e-=Cu CuSO4＋Zn=ZnSO4＋Cu （一）课堂导入 【课堂互动提问】同学们，上课前咱们先来聊个生活化的话题：大家平时出门“刚需”携带的物品都有什么呀？我听见好多同学说手机，还有蓝牙耳机、智能手表对不对？咱们日常用的遥控板、电动牙刷，大街上越来越多的新能源汽车，这些大大小小的设备能正常工作，都离不开一个核心元件——电池。 【引入情境素材】（展示提前准备的民用干电池、新能源汽车动力电池生产线的相关图片，对应课件“电池的生产过程”情境）大家刚才提到的这些电池都属于化学电源，它们的制造全都依托于原电池的工作原理。大家还记得我们初中做过的锌铜单液原电池实验吗？当时我们把锌片、铜片插入硫酸铜溶液，接了电流表之后指针偏转，但是没一会指针示数就越来越小，小灯泡很快就暗了，可咱们平时买的5号干电池却能连续用好几个月，为什么会有这么大的差距？我们要怎么优化原电池装置，才能获得持续稳定的电流？带着这些问题，我们今天就深入探究原电池的工作原理。 （二）原电池工作原理 任务一 单液原电池的工作原理及缺陷？ 【教师提问】现有铜片、锌片、溶液、导线、电流表，请你设计一个原电池装置，画出装置示意图，标注电子、离子的移动方向，并写出正负极反应和总反应的离子方程式。 【学生思考】 1.画出装置图：锌片、铜片插入同一盛有CuSO4溶液的烧杯，用导线连接锌片、电流表、铜片。 2.标注移动方向：外电路电子从锌片经导线流向铜片；内电路Cu2+、H+向铜片移动，SO42-、OH-向锌片移动。 3.书写反应：负极（锌片）：Zn - 2e- = Zn2+（氧化反应） 正极（铜片）：Cu2+ + 2e- = Cu（还原反应） 总反应：Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu 【讲解】我们可以把原电池的粒子移动规律总结为：电子不下水，离子不上岸：电子只能在外电路的导线中移动，不能进入电解质溶液；离子只能在内电路的电解质中移动，不能进入导线。但大家有没有注意到，这个装置中锌片直接和CuSO4溶液接触，会导致电池工作时电流逐渐衰减，无法持续稳定放电。 任务二 单液原电池电流衰减的实验验证与原因分析？ 【教师提问】请大家观察锌铜单液原电池的放电实验，描述锌片、铜片表面的变化，以及电流表指针的变化，并思考出现该现象的原因。 【学生思考】 1.实验现象：锌片表面也有红色固体析出，铜片表面有红色固体析出，电流表指针先偏转，随后示数逐渐减小。 2.初步猜想：锌片直接和溶液中的Cu2+反应，生成的铜附着在锌片表面，导致电子没有全部经过导线。 【讲解】Zn与直接接触的Cu2+发生置换反应，Zn片、附着的Cu和CuSO4溶液局部形成微小原电池，这部分反应转移的电子没有经过外电路的导线，因此外电路的电流逐渐衰减 知识总结 一、原电池工作原理 1.单液原电池电流衰减的实验验证与原因 ⑴实验现象 锌片表面有红色物质生成，铜片上有红色物质析出，电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小。 ⑵实验现象分析 现象 原因 锌片表面附着红色固体 Zn与直接接触的Cu2+发生置换反应生成Cu 电流逐渐衰减 局部微原电池的电子不经过外电路，外电路转移电子减少 任务三 双液原电池的装置改进 【教师提问1】观察这个双液装置的电流表指针，有没有电流产生？为什么会出现这个现象？该如何改进？ 【学生思考1】没有电流产生，因为两个烧杯的电解质溶液之间没有离子导体，无法形成闭合回路，需要在两个烧杯之间增加离子导体。 【教师提问2】我们在两个烧杯之间接入盐桥（浸泡饱和KCl溶液的琼胶U型管），观察电流表指针的变化；取出盐桥后指针又有什么变化？盐桥的作用是什么？ 【学生思考2】接入盐桥后电流表指针偏转，有电流产生；取出盐桥后指针回到零点，电流消失。盐桥可以提供离子导体，形成闭合回路。 任务四 双液原电池的工作原理 【教师提问3】双液原电池工作时，电子、离子的移动方向是怎样的？正负极分别发生什么反应？ 【学生思考3】电子从Zn负极经导线流向Cu正极；盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液（负极区），K+移向CuSO4溶液（正极区）；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电极反应和总反应与单液原电池一致。 【讲解】双液原电池将氧化反应和还原反应分隔在两个区域进行，避免了还原剂和氧化剂的直接接触，因此可以持续稳定放电。盐桥的琼胶可以防止KCl溶液流出，其中的自由移动的K+、Cl-可以定向移动平衡两个电极区的电荷，保持溶液电中性。 知识总结 一、原电池工作原理 2.双液原电池及其工作原理 ⑴实验现象： 实验表明，接通电路时，电流表的指针发生偏转，即电路中有电流通过。从上述装置中取出盐桥，电流表的指针又回到零点，即电路中没有电流通过 ； ⑵盐桥 一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。 ①.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 ②.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 ③.离子只出不进。 ⑶电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向 锌铜原电池工作时，负极一端的Zn 失去电子变成Zn2+ 进入溶液，电子由负极通过导线流向正极，正极一端的 Cu2+获得电子变成Cu 沉积在铜片上。盐桥中的Cl -移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地产生电流。 ⑷注明原电池的组成 ⑸标明氧化反应和还原反应发生的区域 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+ 3.盐桥的作用 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性； ③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 Cu片 电极材料 Zn片 电极反应物 电极材料 CuSO4溶液 电极反应物 离子导体 ZnSO4溶液 离子导体 盐桥 离子导体 导线 电子导体 4.各部分的作用 5.原电池的构成要素 任务五 隔膜原电池的优化思路 【教师提问】双液原电池电流弱的原因是什么？可以用什么材料代替盐桥提升电流强度？ 【学生思考】盐桥中离子运动距离长、通道窄、离子容量小，导致离子迁移速率慢，电流弱；可以用薄的离子交换膜代替盐桥，缩短离子迁移距离。 【讲解】离子交换膜是对离子具有选择透过性的高分子膜，常见类型有： ①阳离子交换膜：只允许阳离子通过； ②阴离子交换膜：只允许阴离子通过； ③质子交换膜：只允许H+通过。使用隔膜的原电池离子迁移速率快，电流强度大，是实际化学电源的主流结构 知识总结 一、原电池工作原理 6.隔膜原电池的工作原理 隔膜类型 透过粒子 阳离子交换膜 阳离子 阴离子交换膜 阴离子 质子交换膜 H+ 【例1】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。 （三）电极反应式的书写 任务六 化学方程式中的变化与守恒 【教师提问】书写电极反应式需要遵循哪些守恒？请总结书写的基本步骤。 【学生思考】需要遵循电子守恒、电荷守恒、元素守恒；书写时先判断反应物和产物，再配平得失电子，然后配平电荷，最后配平原子。 【讲解】我们可以把直接法书写电极反应式的步骤总结为四步： 1.判物质：根据负极氧化、正极还原的规律，判断电极的反应物和产物； 2.电子守恒：根据元素化合价变化，标注得失电子的数目； 3.电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，用H+（酸性环境）或OH-（碱性环境）配平反应式两侧的电荷； 4.元素守恒：用H2O配平H、O元素，保证两侧原子种类和数目相等。 【教师提问】总反应式和正负极反应式之间有什么关系？如何推导难写的电极反应式？ 【学生思考】正负极反应式相加就是总反应式，因此总反应式减去容易写的电极反应式，就可以得到较难写的电极反应式。 【讲解】我们以碱性锌锰电池为例： 已知总反应为Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO+ Zn（OH）2， 负极Zn的反应容易写出：Zn - 2e- + 2OH- = Zn（OH）2， 用总反应减去负极反应，消去Zn， 就得到正极反应：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnO + 2OH-。 知识总结 二、 电极反应式的书写 1．直接法书写电极反应式 ①判物质：根据负极氧化、正极还原的规律，判断电极的反应物和产物； ②电子守恒：根据元素化合价变化，标注得失电子的数目； ③电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，用H+（酸性环境）或OH-（碱性环境）配平反应式两侧的电荷； ④元素守恒：用H2O配平H、O元素，保证两侧原子种类和数目相等。 2.间接法书写电极反应式 ①写出总反应和易写的电极反应； ②总反应减去易写的电极反应，消去对应的反应物和得失电子，得到难写的电极反应。 【例2】Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为 8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 ①负极材料为____，电极反应为_________________。 ②正极的电极反应为_______________________________。 【答案】锂 8Li－8e－===8Li＋ 3SOCl2＋8e－===2SO32-＋ ＋6Cl－ 【例3】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。 1．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。 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。 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。 一、原电池工作原理 1.单液原电池电流衰减的实验验证与原因 ⑴实验现象 锌片表面有红色物质生成，铜片上有红色物质析出，电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小。 ⑵实验现象分析 现象 原因 锌片表面附着红色固体 Zn与直接接触的Cu2+发生置换反应生成Cu 电流逐渐衰减 局部微原电池的电子不经过外电路，外电路转移电子减少 2.双液原电池及其工作原理 ⑴实验现象： 实验表明，接通电路时，电流表的指针发生偏转，即电路中有电流通过。从上述装置中取出盐桥，电流表的指针又回到零点，即电路中没有电流通过 ； ⑵盐桥 一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。 ①.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 ②.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 ③.离子只出不进。 ⑶电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向 锌铜原电池工作时，负极一端的Zn 失去电子变成Zn2+ 进入溶液，电子由负极通过导线流向正极，正极一端的 Cu2+获得电子变成Cu 沉积在铜片上。盐桥中的Cl -移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地产生电流。 ⑷注明原电池的组成 ⑸标明氧化反应和还原反应发生的区域 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+ 3.盐桥的作用 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性； ③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 4.各部分的作用 Cu片 电极材料 Zn片 电极反应物 电极材料 CuSO4溶液 电极反应物 离子导体 ZnSO4溶液 离子导体 盐桥 离子导体 导线 电子导体 5.原电池的构成要素 6.隔膜原电池的工作原理 隔膜类型 透过粒子 阳离子交换膜 阳离子 阴离子交换膜 阴离子 质子交换膜 H+ 二、 电极反应式的书写 1．直接法书写电极反应式 ①判物质：根据负极氧化、正极还原的规律，判断电极的反应物和产物； ②电子守恒：根据元素化合价变化，标注得失电子的数目； ③电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，用H+（酸性环境）或OH-（碱性环境）配平反应式两侧的电荷； ④元素守恒：用H2O配平H、O元素，保证两侧原子种类和数目相等。 2.间接法书写电极反应式 ①写出总反应和易写的电极反应； ②总反应减去易写的电极反应，消去对应的反应物和得失电子，得到难写的电极反应。 考点01 原电池工作原理 1．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。 2．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。 3．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。 4．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。 5．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。 6．（2026·河南平顶山·模拟预测）为探究原电池反应，某学习小组设计了如图甲、乙两种装置。 下列说法错误的是 A．甲装置和乙装置的Zn片均为负极 B．甲装置的电流比乙装置更稳定 C．乙装置中移走盐桥，电流表读数变为0 D．乙装置中Zn片质量减少65g时，理论上Cu片质量增大64g 【答案】B 【分析】甲乙两个装置均为铜锌原电池，比活泼，因此两个装置中为负极，电极反应为；为正极，电极反应为，由此解答； 【详解】A．由分析可知，甲装置和乙装置的均为负极，A正确； B．甲装置中直接和溶液接触，两者会发生置换反应，电极表面的反应容易受到干扰，电流不稳定；而乙装置是带盐桥的双液原电池，能避免直接和溶液接触，电子移动更持续平稳，因此乙装置的电流比甲装置稳定，B错误； C．乙装置中的盐桥起到连通内电路、维持电荷平衡的作用，移走盐桥后原电池的内电路断开，无法形成持续的定向电子移动，电流表读数会变成0，C正确； D．由分析可知，为负极，电极反应为，当的质量减少（）时，转移电子的物质的量为，根据得失电子守恒可知，为正极，电极反应为，增大的质量为（），D正确； 故选B。 考点02 电极反应式的书写 7．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＋。 8．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)。 9．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。 10．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。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $