1、第二单元 化学能与电能的转化第 1 课时 原电池的工作原理学习目标定位 1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。 2.会正确判断原电池的正极和负极。3.学会原电池电极反应式的书写方法。一 原电池的工作原理1按图所示装置，完成实验并回答下列问题：(1)有关的实验现象有哪些？答案 锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO 4 溶液颜色变浅。电流计的指针发生偏转。(2)该装置中的能量变化是化学能转化为电能。(3)电子流动方向和电流方向外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。内电路：锌失电子，阴离子移向负极；铜离子得电子，阳离子移向正极。(4)电极反应负极反应式是 Zn2e =Zn
2、2 ；正极反应式是 Cu2 2e =Cu；电池反应式是 ZnCu 2 =Zn2 Cu。(5)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高 ，原因是还有 Cu2 直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。2按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，你能观察到的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮； 电流计指针发生偏转；CuSO 4 溶液的颜色变浅。(2)用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高 (或无变化)；由此可说明 CuSO4溶液中的 Cu2 不能移向锌片得电子被还原 。(3)离子移动方向硫酸锌溶液中：Zn 2 向盐桥移动；硫酸铜溶液中：Cu 2 向铜极移
3、动；盐桥中：K 移向正极区(CuSO 4 溶液)，Cl 移向负极区(ZnSO 4 溶液) 。(4)若取出装置中的盐桥，电流计的指针是否还会发生偏转？为什么？答案 不偏转。如果要使电流计指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路，若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，电流计指针不会发生偏转。3实验结论：与题 1 中的原电池装置相比较，题 2 中双液原电池具有的特点是(1)具有盐桥。取下盐桥，无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行 。(2)两个半电池完全隔开，Cu 2 无法移向锌片，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。归纳总结1原电池原理原电池原理是把氧化反
4、应和还原反应分开进行， 还原剂在 负极上失去电子发生氧化反应， 电子通过导线流向正极，氧化剂 在正极上得到电子发生还原 反应。2原电池电极及电极反应特点(1)负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化， 发生氧化反应。(2)正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。3原电池的设计从理论上讲，任何一个自发的氧化 还原反应都可以设计成原 电池。关 键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液：一般能与负极反应，或者溶解在溶液中的物质(如 O2)与负极反应。
5、(2)电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。4原电池的应用(1)比较金属活动性强弱。(2)比较反应速率。1用铜片、银片、Cu(NO 3)2 溶液、AgNO 3 溶液、导线和盐桥( 装有琼脂KNO 3 的 U 形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( )在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为 Ag e =Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入 AgNO3 溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B C D答案 C解析 铜片、银片、Cu(NO 3)2 溶液、AgNO 3 溶液、盐桥构成一个原电池，Cu 作负极，Ag 作正极，其电极反应
6、分别为负极：Cu2e =Cu2 ，正极： 2Ag 2e =2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此 C 正确。2关于如图所示的原电池，下列说法正确的是( )A电子从锌电极通过电流计流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应是 2H 2e =H2D取出盐桥后，电流计仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变答案 A解析 锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A 选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B 选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2 2e
7、=Cu，C 选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。二 原电池的电极判断及电极反应式的书写1原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：判断依据 正极 负极电极材料 不活泼金属或非金属导体 活泼金属电子流向 电子流入 电子流出电极反应 还原反应 氧化反应电极现象 电极增重或产生气体 电极减轻2.写出下表中原电池装置的电极反应和总的化学反应方程式：负极材料 正极材料 电解质溶液(1) 铁 铜 稀硫酸(2) 铜 银 硝酸银(1)正极反应_；负极反应_；总反应方程式_。(2)正极反应_；负极反应_；总反应方程式_。答案 (1)2H 2e =H2 Fe2e =
8、Fe2FeH 2SO4=FeSO4H 2(2)2Ag 2e =2Ag Cu2e =Cu2Cu2AgNO 3=Cu(NO3)22Ag解析 负极失去电子，发生氧化反 应；正极得到电子， 发生 还原反应。根据活泼性，(1)中铁作负极，(2)中铜作负极。3有一纽扣电池，其电极分别为 Zn 和 Ag2O，以 KOH 溶液为电解质溶液，电池的反应方程式为 ZnAg 2OH 2O=2AgZn(OH) 2。(1)Zn 发生 氧化反应，是负极，电极反应式是 Zn2e 2OH =Zn(OH)2。(2)Ag2O 发生还原反应，是正极，电极反应式是 Ag2O2e H 2O=2Ag2OH 。归纳总结1一般电极反应式的书
9、写方法(1)定电极，标得失。按照 负极发生氧化反应，正极 发生还原反应，判断出 电极反应产物，找出得失电子的数量。(2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液的环境中， 应能稳定存在，如碱性介质中生成的H 应让其结合 OH 生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失 电子守恒等加以配平。(3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与 总反应方程式对照验证。2已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4) 复 杂 电 极 反 应 式 总 反 应 式 简 单 的 电 极 反
10、 应 式 。3某电池的总反应为 Fe2Fe 3 =3Fe2 ，能实现该反应的原电池是 ( )正极 负极 电解质溶液A Cu Fe FeCl3 溶液B C Fe Fe(NO3)2 溶液C Fe Zn Fe2(SO4)3 溶液D Ag Fe CuSO4 溶液答案 A解析 能实现反应 Fe2Fe 3 =3Fe2 的原电池应符合以下条件：负极为 Fe，正极材料的活泼性比 Fe 差；电解质溶液应为含 Fe3 的溶液， B、D 两 项电解质溶液选错；C 项负极材料选错。4依据氧化还原反应：2Ag (aq)Cu(s)= =2Ag(s)Cu 2 (aq)设计的原电池图所示。请回答下列问题：(1)电极 X 的材
11、料是 _；电解质溶液 Y 是_。(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应式为_；X 电极上发生的电极反应式为_。(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。答案 (1)Cu AgNO 3 溶液(2)正 2Ag 2e =2Ag(或 Ag e =Ag)Cu2e =Cu2 (3)Cu( 负) Ag(正)解析 该原电池的电池总反应式为 2Ag (aq)Cu(s)= =2Ag(s)Cu 2 (aq)，由此可知 X 极是铜，作负极，银作正极，Y 应是 AgNO3 溶液。 电子从原电池的 负极经导线流向正极，即从 铜电极流向银电极。1将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是(
12、 )A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的 pH 均增大D产生气泡的速率甲比乙慢答案 C解析 图甲是一个原电池装置，负极(Zn)：Zn2e =Zn2 ，正极(Cu)：2H 2e =H2，形成原电池能加快产生氢气的速率；图乙中， Zn 直接与稀 H2SO4 反应生成H2：Zn2H =Zn2 H 2，甲、乙两烧杯中 H2SO4 均被消耗，溶液的 pH 均增大。2某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是( )Aa 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应为 Cu2 2e =CuC无论 a 和 b
13、是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色Da 和 b 用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极答案 D解析 a 和 b 不 连接时，Fe 和 Cu2 直接发生氧化还原反应 ，铁片上会有金属铜析出，A 项正确；若 a 和 b 用导线连接，则构成原电池，此 时铁为负极，铜为正极，电极反应式分别为Fe2e =Fe2 、Cu2 2e =Cu，B 项正确；分析选项 A、B 可知，选项 C 是正确的；在原电池中，电流应由正极流出，经导线流向负极，故 D 项错。3某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是( )AFe 作正极，发生氧化反应B工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH 均不变C负极反应：
14、2H 2e =H2D工作一段时间后，NaCl 溶液中 c(Cl )增大答案 D解析 该装置是原电池。A 项 ，在 该原电池中 Fe 作负极，发生氧化反应；B 项，工作一段时间后，左边的烧杯中会含有大量的 Fe2 ，溶液的 pH 减小，右边烧杯中的 H 不断放电产生氢气，因此烧杯中溶液 pH 会逐渐增大；C 项， 负极反应是 Fe2e =Fe2 ；D 项，工作一段时间后，左侧烧杯中由于 Fe2 不断 进入溶液，根据溶液呈 电 中性原则，盐桥中的 Cl 会进入该烧杯溶液中，则该烧杯溶液中 c(Cl )增大。4分析图所示的四个原电池装置，结论正确的是( )A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极B中 M
15、g 作正极，电极反应式为 6H2O6e =6OH 3H 2C中 Fe 作电池负极D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H 2e =H2答案 B解析 电解质溶液不同，导致两极反应发生改变。本题考查原电池的正、负极的判断和电极反应式的书写以及学生知识的变迁能力和灵活应变能力。中稀硫酸是电解质溶液， Mg 作负极(活动性 MgAl)；中 NaOH 溶液是电解质溶液，Al 作负极(Mg 不与 NaOH 溶液反应) ；中 Cu 作负极，电极反应式为 Cu2e =Cu2 ，Fe 作正极，因为常温下， Fe 遇浓硝酸发生钝化；中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2OO 24e =4OH 。5由 A、B、C、D
16、 四种金属按下表中装置图进行实验。装置现象 二价金属 A不断溶解 C 极质量增加 A 上有气泡产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_ 。(2)装置乙中正极的电极反应式是_ 。(3)装置丙中溶液的 pH_(填“变大” 、 “变小”或“ 不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_ 。答案 (1)A2e =A2 (2)Cu 2 2e =Cu(3)变大 (4)DABC解析 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原 电池原理，甲中 A 不断溶解， 则 A 为负极、 B 为正极，活动性 AB；乙中 C 极增重，即析出 Cu，则 B 为负极，活动性 BC ；丙中 A 上有气泡即 H2
17、产生，则 A 为正极，活动性 DA ，随着 H 的消耗，pH 变大。40 分钟课时作业经典基础题题组 1 原电池的工作原理1下列说法正确的是( )A原电池中，负极上发生的反应是还原反应B原电池中，电流的方向是负极导线正极C双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替D在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极答案 D解析 A 项，负极上发生氧化反 应；B 项，电流的方向应是正极导线负极；C 项，盐桥不能用导线代替。2某原电池反应的离子方程式为 Fe2H =Fe2 H 2，则下列说法中正确的是( )A用 HNO3 作电解质溶液B用锌作原电池正极C用铁作负极，铁的质量不变D用铜作原电
18、池正极答案 D解析 根据原电池反应式可以确定原 电池负极为 Fe，电解质溶液为稀盐酸，但不能为HNO3，若为稀 HNO3，则原电池反应为 3Fe8H 2NO =2NO3Fe 2 4H 2O。 33如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M 棒变粗，N 棒变细，由此判断下表中所列 M、N、P 物质，其中可以成立的是( )选项 M N PA Zn Cu 稀硫酸B Cu Fe 稀盐酸C Ag Zn 硝酸银溶液D Zn Fe 硝酸铁溶液答案 C解析 根据电极现象可以推断 M 为正极， N 为负极， 电解 质溶液应为不活泼金属的盐溶液。4如图所示的装置中有电流产生以下说法不正确的是( )AFe 是负极，C
19、 是正极B负极反应式为 Fe3e =Fe3C内电路中阴离子移向 FeCl2 溶液D电流由石墨电极流向 Fe 电极答案 B解析 图示装置为原电池，负极(Fe)：Fe2e =Fe2 ，正极(C)：2Fe 3 2e =2Fe2 ，A 项正确，B 项不正确；内电路中，Fe 电极失电子，呈正电，吸引阴离子，C 项正确；外电路中，电流由正极(C)流向负极(Fe) ，D 项正确。5一个电池反应的离子方程式是 ZnCu 2 =Zn2 Cu，该反应的原电池正确组合是( )选项 A B C D正极 Zn Cu Cu Fe负极 Cu Zn Zn Zn电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl答案 C解析
20、 该原电池负极为 Zn，正极为比 Zn 不活泼的金属或石墨等，电解质溶液中含有 Cu2 ，故只有 C 选项正确。题组 2 原电池的应用6根据图示，可判断出下列离子方程式中错误的是( )A2Ag(s) Cd 2 (aq)=2Ag (aq)Cd(s)BCo 2 (aq)Cd(s) =Co(s)Cd 2 (aq)C2Ag (aq) Cd(s)=2Ag(s)Cd 2 (aq)D2Ag (aq)Co(s)= =2Ag(s)Co 2 (aq)答案 A解析 根据原电池知识，金属活动性：负极正极，可得三种金属的活动性顺序应为CdCoAg， 则选项中符合此关系的置换反应成立。7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 极有气泡产生c 极无变化实验装置部分实验现象d 极溶解c 极有气泡产生电流从 a 极流向 d 极由此判断这四种金属的活动性顺序是( )Aabcd BbcdaCdabc Dabdc答案 C
