第一節原電池學習目標定位1.通過銅鋅原電池的分析，了解原電池的工作原理。2.會正確判斷原電池的正極和負極。3.學會書寫電極反應式，掌握書寫電極反應式的技巧與方法。一、原電池的工作原理1.原電池的構造與工作原理銅鋅原電池如圖所示，請回答下列問題：(1)有關的實驗現象：鋅片溶解，銅片加厚變亮，硫酸銅溶液顏色變淺；電流表的指針發生偏轉，裝置中的能量變化是化學能轉化為電能。(2)電極名稱和電極反應：鋅電極為負極，發生氧化反應，電極反應式是zn2e=zn2；銅電極為正極，發生還原反應，電極反應式是cu22e=cu；電池總反應的離子方程式是zncu2=zn2cu。(3)電子流動方向和電流方向外電路：電子由鋅電極經過導線流向銅電極，電流由銅電極流向鋅電極；內電路：陽離子移向銅電極(正極)，陰離子移向鋅電極(負極)。(4)原電池構成的條件：具有活動性不同的兩個電極，二者直接或間接地連在一起，插入電解質溶液或熔融電解質中，且能自發地發生氧化還原反應。下列圖示裝置能形成原電池的是ad。原電池原理示意圖(1)原電池原理是將氧化反應和還原反應分開進行，還原劑在負極上失去電子發生氧化反應，電子通過導線流向正極，氧化劑在正極上得到電子發生還原反應。(2)負極為電子流出極，相對活潑，通常是活動性較強的金屬或某些還原劑，電極被氧化，發生氧化反應。(3)正極為電子流入極，相對不活潑，通常是活動性較差的金屬或非金屬導體，一般是電解質溶液中的氧化性強的離子被還原或電極上附著物本身被還原，發生還原反應。2.鹽橋原電池(或雙液原電池)按下圖所示裝置完成實驗，并回答下列問題：(1)實驗過程中，能觀察到的實驗現象：鋅片溶解，銅片加厚變亮；電流表指針發生偏轉；硫酸銅溶液的顏色變淺。(2)離子移動方向硫酸鋅溶液中：zn2向鹽橋移動；硫酸銅溶液中：cu2向銅極移動；鹽橋中：k移向正極區(cuso4溶液)，cl移向負極區(znso4溶液)。(3)若取出裝置中的鹽橋，電流表的指針是否還會發生偏轉？不偏轉，原因是取出鹽橋，該裝置不能構成閉合回路，不能形成原電池。原電池中鹽橋的作用(1)構成閉合回路，形成原電池。(2)避免電極與電解質溶液直接反應，有利于最大程度地將化學能轉化為電能。(3)鹽橋中的陰、陽離子定向遷移，使溶液保持電中性，反應持續進行，能長時間穩定放電。3.由原電池相關知識判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)原電池中電子流出的一極是正極，發生氧化反應()(2)原電池中電流的方向是負極導線正極()(3)雙液原電池中的鹽橋是為了連通電路，所以也可以用金屬導線代替()(4)在原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負極()(5)銅、鋅與硫酸組成的原電池中，鋅為負極，質量減少，銅為正極，質量不變()原電池正極和負極的判斷依據判斷依據正極負極電極材料不活潑金屬或非金屬活潑金屬電子流向電子流入電子流出電極反應還原反應氧化反應電極常見現象電極增重或產生氣體電極減輕離子移向陽離子移向陰離子移向例1關于下圖所示的原電池，下列說法正確的是()a.電子從鋅電極通過電流表流向銅電極b.鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移c.銅電極發生還原反應，其電極反應是2h2e=h2d.取出鹽橋后，電流表仍會偏轉，銅電極在反應前后質量不變答案a解析鋅片作負極，銅片作正極，電子從負極流向正極，a選項正確；鹽橋中的陰離子向負極移動，b選項錯誤；負極發生氧化反應，正極發生還原反應，銅電極發生的反應為cu22e=cu，c選項錯誤；取出鹽橋后不能形成原電池，電流表不偏轉，銅電極在反應后質量增加，d選項錯誤。考點原電池的工作原理題點鹽橋原電池例2根據原電池的工作原理，寫出下列電池的電極反應式。(1)將鐵片、銅片用導線連接后，置于稀硫酸中，形成原電池：正極反應式是_；負極反應式是_；原電池總反應的離子方程式是_。(2)有人用原電池原理除去銀器皿表面的黑色硫化銀，其處理方法：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，有臭雞蛋氣味的氣體放出，銀表面的黑色會褪去而銀不會損失。在此形成的原電池中：負極反應式是_；正極反應式是_；總反應方程式是_。答案(1)2h2e=h2fe2e=fe2fe2h=fe2h2(2)2al6e=2al33ag2s6e=6ag3s23ag2s2al6h2o=6ag2al(oh)33h2s解析(2)要善于抓住題示信息。“黑色褪去而銀不會損失”，必然發生變化：ag2sag，顯然這是原電池的正極反應：3ag2s6e=6ag3s2，負極反應應為活潑金屬發生氧化反應：2al6e=2al3，正極生成的s2和負極生成的al3在溶液中都能水解且相互促進：2al33s26h2o=2al(oh)33h2s，有臭雞蛋氣味的硫化氫氣體產生。原電池的總反應為上述三個反應式的加合：3ag2s2al6h2o=6ag2al(oh)33h2s。考點原電池的工作原理題點電極反應式的書寫及正誤判斷方法點撥一般電極反應式的書寫方法(1)判斷原電池的正、負極，即找出氧化劑和還原劑。(2)結合介質的酸堿性確定還原產物和氧化產物。(3)寫出電極反應式，將兩式相加得總反應式。例3根據下列原電池的總反應式，寫出其電極反應式。(1)利用反應2cuo22h2so4=2cuso42h2o可制備硫酸銅，若將該反應設計為原電池，其負極反應式是_，正極反應式是_。(2)某原電池總反應為2feo3h2=fe2o34ohh2o，在該原電池中：負極反應式是_；正極反應式是_。答案(1)2cu4e=2cu2o24e4h=2h2o(2)3h26e6oh=6h2o2feo5h2o6e=fe2o310oh解析(1)將總方程式拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，還原劑在負極上發生氧化反應：2cu4e=2cu2；氧化劑在正極上發生還原反應：o24e4h=2h2o。(2)將總方程式拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，還原劑在負極上發生氧化反應：3h26e6oh=6h2o；氧化劑在正極上發生還原反應：2feo5h2o6e=fe2o310oh。考點原電池的工作原理題點電極反應式的書寫及正誤判斷方法點撥已知總反應式，書寫電極反應式的方法(1)分析原電池總反應式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應的還原產物，氧化劑發生的反應即為正極反應；找出還原劑及其對應的氧化產物，還原劑發生的反應即為負極反應。(2)當氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物由多種元素組成時，還應注意電解質參與的反應。(3)若有一電極反應式較難書寫，可先寫較易寫出的電極反應式，然后利用總反應式減去該電極反應式即可得到另一電極反應式。二、原電池原理的應用1.比較金屬活動性強弱對于酸性電解質，一般是負極金屬的活動性較強，正極金屬的活動性較弱。例如：a和b兩種金屬，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生，則a為負極，b為正極，金屬活動性ab。2.加快氧化還原反應的速率構成原電池的反應速率比直接接觸反應的速率快。例如：實驗室制取氫氣時，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應速率快；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產生氫氣的速率加快。3.設計化學電池(1)理論上，任何自發的氧化還原反應都可以設計成原電池。(2)外電路：還原性較強的物質在負極失去電子，氧化性較強的物質在正極上得到電子。(3)內電路：將兩電極浸入電解質溶液中，陰、陽離子作定向移動。例4依據氧化還原反應：cu2ag=cu22ag設計的原電池如圖所示。請回答下列問題：(1)電極x的材料是_，電解質溶液y是_。(2)銀電極的電極反應式是_；x電極的電極反應式是_。(3)外電路中的電子是從_極流向_極。(4)該原電池的正極是_，還可以選用_等材料。(5)如果將裝置圖中的兩個燒杯換成一個燒杯，是否還需要硫酸銅溶液？_。答案(1)銅硝酸銀溶液(2)2ag2e=2agcu2e=cu2(3)負(或銅)正(或銀)(4)銀鉑、石墨(5)不需要解析原電池中負極上發生氧化反應，正極上發生還原反應，鹽橋起到形成閉合回路、平衡電荷的作用。由總反應方程式可知電極x的材料是cu，發生氧化反應，電解質溶液y是可溶性銀鹽溶液，常用agno3溶液。電極反應式如下，負極：cu2e=cu2，正極：2ag2e=2ag，電子由負極(cu)流出，經外電路流向正極(ag)。考點原電池工作原理的應用題點設計原電池方法點撥原電池的設計方法“兩極一液一連線”(1)根據電池總反應式寫出正極和負極的電極反應式。(2)電極材料的選擇：電池的電極必須導電。一般電池中的負極必須能夠與電解質溶液反應，容易失去電子，因此負極一般是活潑的金屬材料，所以正極和負極不能用同一種材料，兩個電極可以是活潑性不同的兩種金屬或一種金屬和一種非金屬。(3)電解質溶液的選擇：電解質溶液是為正極提供放電的物質，一般能夠與負極發生反應。(4)形成閉合回路。例5四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時，外電路電流從流向；相連時，為正極；相連時，上有氣泡逸出；相連時，的質量減少。據此判斷這四種金屬活動性由大到小的順序是()a. b.c. d.答案b解析利用原電池的形成和工作原理解決問題。在外電路中，電流從正極流向負極，則作原電池的負極，作正極，故活動性；活動性相對較弱的金屬作原電池的正極，故金屬的活動性；有氣泡產生的電極發生的反應為2h2e=h2，為原電池的正極，故活動性；質量減少的電極發生氧化反應生成金屬離子而溶解，為負極，故活動性，由此可得金屬活動性：。考點原電池工作原理的應用題點比較金屬活潑性強弱1.在如圖所示的水果(檸檬)電池中，外電路上的電流從x電極流向y電極。若x為鐵，則y可能是()a.鋅 b.石墨c.銀 d.銅答案a解析電流的方向與電子的移動方向相反，由已知條件知電子由y電極流向x電極，因此y電極的金屬活動性強于鐵，故y電極只能為選項中的鋅。考點原電池的工作原理題點原電池的構成與工作原理2.(2017福建四地六校高二月考)某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是()a.電池工作中，鹽橋中的cl向負極移動b.負極反應式：2h2e=h2c.工作一段時間后，兩燒杯中溶液ph均不變d.fe作正極，發生氧化反應答案a解析根據原電池工作原理，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，鹽橋的作用是構成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷，所以cl向負極移動，故a正確；鐵作負極：fe2e=fe2，正極反應式為2h2e=h2，故b錯誤；左燒杯中ph基本不變，右燒杯中消耗h，c(h)減小，ph增大，故c錯誤；總電極反應式為fe2h=fe2h2，鐵作負極，發生氧化反應，故d錯誤。考點原電池的工作原理題點鹽橋原電池3.下列有關圖甲和圖乙的敘述不正確的是()a.均發生了化學能轉化為電能的過程b.zn和cu既是電極材料又是反應物c.工作過程中，電子均由zn經導線流向cud.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高答案b解析兩個裝置都為原電池裝置，均發生化學能轉化成電能的過程，故a正確；根據原電池的工作原理，鋅比銅活潑，鋅作負極、銅作正極，銅本身不是反應物，故b錯誤；鋅作負極，電子從負極經外電路流向正極，故c正確；圖乙中裝置產生的電流在一段時間內變化不大，但圖甲裝置產生的電流在較短時間內就會衰減，故d正確。考點原電池的工作原理題點原電池的構成與工作原理4.有a、b、c、d四種金屬，將a與b用導線接起來，浸入電解質溶液中，a不易腐蝕；將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應劇烈；將銅浸入a的鹽溶液里，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。據此判斷它們的金屬活動性由強到弱的順序為()a.acdb b.dabcc.dbac d.badc答案c解析兩種活潑性不同的金屬和電解質溶液構成原電池，一般情況下，較活潑的金屬作負極，負極上金屬失電子發生氧化反應被腐蝕，較不活潑的金屬作正極，將a與b用導線連接起來，浸入電解質溶液中，a不易腐蝕，所以金屬活動性：ba。金屬和相同的酸反應時，活動性強的金屬反應劇烈，將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應劇烈，所以活動性：db。金屬與鹽的置換反應中，較活潑的金屬能置換出較不活潑的金屬，將銅浸入a的鹽溶液中，無明顯變化，說明金屬活動性：acu；如果把銅浸入c的鹽溶液中，有金屬c析出，說明金屬活動性：cuc。所以金屬活動性由強到弱的順序為dbac。考點原電池工作原理的應用題點比較金屬活潑性強弱5.由a、b、c、d四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。裝置現象金屬a不斷溶解形成二價金屬離子c極質量增加a上有氣泡產生根據實驗現象回答下列問題：(1)裝置甲中負極的電極反應式是_。(2)裝置乙中正極的電極反應式是_。(3)裝置丙中溶液的ph_(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)四種金屬活動性由強到弱的順序是_。答案(1)a2e=a2(2)cu22e=cu(3)變大(4)dabc解析甲、乙、丙均為原電池裝置。依據原電池原理，甲中a不斷溶解，則a為負極、b為正極，活動性ab；乙中c極增重，即析出cu，則b為負極，活動性bc；丙中a上有氣泡即h2產生，則a為正極，活動性da，隨著h的消耗，ph變大。考點原電池的相關綜合題點原電池的綜合應用對點訓練題組一原電池的構成及工作原理1.下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產生氣泡的是()答案a解析裝置b、c中無化學反應發生；d不能形成閉合回路；只有a能形成原電池，銅電極上有氫氣產生。考點原電池的工作原理題點原電池的構成與工作原理2.如圖，下列說法不正確的是()a.在裝置中鋅棒逐漸變細，銅棒無變化b.在裝置中鋅棒逐漸變細，銅棒逐漸變粗c.在裝置中部分化學能轉化成了電能d.在裝置中鋅棒均被氧化答案b解析a項，在裝置中鋅與氫離子反應生成鋅離子和氫氣，鋅棒變細，銅不與氫離子反應，銅棒沒有變化；b項，在裝置中鋅棒與銅棒通過導線連接形成了閉合回路，構成了原電池，鋅失去電子轉化為鋅離子，鋅棒變細，氫離子在銅棒上得電子生成氫氣，銅棒不會變粗；c項，裝置實現了化學能到電能的轉化；d項，在裝置中，鋅均失去電子發生氧化反應。考點原電池的工作原理題點原電池的構成與工作原理3.如圖，在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導線連接的電極x、y，外電路中電子流向如圖所示。關于該裝置的下列說法正確的是()a.外電路的電流方向x外電路yb.若兩電極分別為鐵和碳棒，則x為碳棒，y為鐵c.x極上發生的是還原反應，y極上發生的是氧化反應d.若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序為xy答案d解析由圖可知，原電池外電路中電子由x極流向y極，則x極為負極，y極為正極。考點原電池的工作原理題點原電池的構成與工作原理4.下列關于原電池的敘述正確的是()a.在外電路中，電流由銅電極流向銀電極b.正極反應為cu22e=cuc.實驗過程中取出鹽橋，原電池仍繼續工作d.將銅片直接浸入硝酸銀溶液中發生的化學反應與該原電池反應相同答案d解析該原電池中cu作負極，ag作正極，電極反應為cu2e=cu2(負極)，2ag2e=2ag(正極)，鹽橋起到了傳導離子、形成閉合回路的作用，電子是由負極流向正極，電流的方向和電子的流向相反。d選項正確。考點原電池的工作原理題點鹽橋原電池5.如圖是某同學設計的原電池裝置，下列敘述中正確的是()a.電極上發生還原反應，作原電池的負極b.電極的電極反應式為cu22e=cuc.該原電池的總反應：2fe3cu=cu22fe2d.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂，其作用是傳遞電子答案c解析該原電池所發生的反應實質是fe3與cu的反應，c正確；電極上發生還原反應，作正極，a錯；電極為負極，電極反應式為cu2e=cu2，b錯；電子在負極上產生后經導線聚集在正極后被吸收掉，不可能通過溶液和鹽橋，d錯。考點原電池的工作原理題點鹽橋原電池題組二原電池電極的判斷和電極反應式書寫6.對于原電池的電極名稱，敘述錯誤的是()a.發生氧化反應的一極為負極b.正極為電子流入的一極c.比較不活潑的金屬為負極d.電流流出的一極為正極答案c解析原電池中相對活潑的金屬為負極，發生氧化反應；相對不活潑的金屬(或非金屬導體)為正極，發生還原反應。考點原電池的工作原理題點原電池正極和負極的判斷7.鋰電池是一代新型高能電池，它以質量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應方程式為limno2=limno2，下列說法正確的是()a.li是正極，電極反應式為lie=lib.li是負極，電極反應式為lie=lic.mno2是負極，電極反應式為mno2e=mnod.li是負極，電極反應式為li2e=li2答案b解析由總反應方程式limno2=limno2可知，li元素在反應后化合價升高(01)，mn元素在反應后化合價降低(43)。li被氧化，在電池中作負極，電極反應為lie=li，mno2在正極上反應，電極反應為mno2e=mno。考點原電池的工作原理題點電極反應式的書寫及正誤判斷8.原電池的電極反應式不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法錯誤的是()a.由fe、cu、fecl3溶液組成的原電池，負極反應式為cu2e=cu2b.由金屬al、cu和稀硫酸組成的原電池，負極反應式為al3e=al3c.由al、mg、naoh溶液組成的原電池，負極反應式為al4oh3e=alo2h2od.由金屬al、cu和濃硝酸組成的原電池，負極反應式為cu2e=cu2答案a解析鐵比銅活潑，鐵作負極，負極反應式為fe2e=fe2，故a錯誤；鋁比銅活潑，鋁作負極，負極反應式為al3e=al3，故b正確；雖然鎂比鋁活潑，但鎂不與氫氧化鈉溶液反應，因此鋁作負極，負極反應式為al4oh3e=alo2h2o，故c正確；al與濃硫酸發生鈍化反應，則銅作負極，負極反應式為cu2e=cu2，故d正確。考點原電池的工作原理題點電極反應式的書寫及正誤判斷題組三原電池工作原理的應用9.m、n、p、e四種金屬：mn2=nm2m、p用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，m表面有大量氣泡n、e用導線連接放入e的硫酸鹽溶液中，電極反應為e22e=e，n2e=n2。四種金屬的還原性由強到弱的順序是()a.p、m、n、e b.e、n、m、pc.p、n、m、e d.e、p、m、n答案a解析由知，金屬活動性mn；m、p用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，m表面產生氣泡，m作原電池正極，活動性pm；n、e構成的原電池n作負極，活動性ne。考點原電池工作原理的應用題點比較金屬活潑性強弱10.a、b兩個燒杯中均盛有100 ml等濃度的稀h2so4，將足量的兩份鋅粉分別加入兩個燒杯中，同時向a中加入少量cuso4溶液，下列產生氫氣的體積(v)與時間(t)的關系正確的是()答案b解析h2so4的物質的量相等、zn粉過量，h2的量由h2so4的物質的量決定。a中部分zn與cuso4發生反應置換出cu并形成“zn|h2so4|cu”原電池，反應速率加快了，但產生h2的體積相等。考點原電池工作原理的應用題點判斷化學反應速率的大小11.某原電池的電池反應為fe2fe3=3fe2，與此電池反應不符的原電池是()a.銅片、鐵片、fecl3溶液組成的原電池b.石墨、鐵片、fe(no3)3溶液組成的原電池c.鐵片、鋅片、fe2(so4)3溶液組成的原電池d.銅片、鐵片、fe(no3)3溶液組成的原電池答案c解析由電池反應可知，鐵作負極，鐵失去電子發生氧化反應。c項中，由于鋅的活潑性大于鐵，故鋅作負極，發生氧化反應，與電池反應不符。考點原電池工作原理的應用題點設計原電池12.某化學興趣小組利用反應zn2fecl3=zncl22fecl2，設計了如圖所示的原電池裝置，下列說法正確的是()a.zn為負極，發生還原反應b.b電極反應式為2fe32e=2fe2c.電子流動方向是a電極fecl3溶液b電極d.電池的正極材料可以選用石墨、鉑電極，也可以用銅電極答案d解析根據cl的移動方向可知，b電極為負極，a電極為正極，根據電池反應式可知，zn發生失電子的氧化反應，即b電極反應式為zn2e=zn2，a、b項錯誤；電子流動方向是b電極導線a電極，c錯誤；正極材料的活潑性應比負極材料弱，d正確。考點原電池工作原理的應用題點設計原電池綜合強化13.能源是現代社會發展的三大支柱之一，化學在提高能源的利用率和開發新能源中起到了重要的作用。電能是現代社會中應用最廣泛的二次能源，(1)下列裝置中能夠實現化學能轉化為電能的是_(填字母)。(2)寫出該裝置正極反應的電極反應式_。(3)該裝置中溶液里的陰離子移向_(填電極的化學式)極。(4)若裝置中轉移了0.2 mol電子，則理論上溶液增加的質量是_。答案(1)c(2)2h2e=h2(3)zn(4)6.3 g解析(1)原電池的構成條件：有兩個活潑性不同的電極，將電極插入電解質溶液中，兩電極間構成閉合回路，能自發地進行氧化還原反應，c裝置符合構成原電池的條件，故c正確。(2)c裝置中ag作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣，其電極反應式為2h2e=h2，負極為鋅失電子生成鋅離子，反應式為zn2e=zn2；總反應為2hzn=zn2h2。(3)陰離子移向負極鋅；裝置中轉移了0.2 mol電子，根據總反應：2hzn=zn2h2，則理論上整體質量增重0.165 g0.12 g6.3 g。考點原電池的相關綜合題點原電池的綜合應用14.利用反應cu2ag=2agcu2設計了如圖所示的原電池。回答下列問題：(1)該原電池的負極材料是_，發生_(填“氧化”或“還原”)反應；(2)x是_，y是_；(3)正極上出現的現象是_；(4)在外電路中，電子從_(填寫電極材料)極流向_極。答案(1)銅氧化(2)cuso4溶液cucl2、cu(no3)2等可