第22讲 原电池的工作原理（教师版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

第22讲原电池的工作原理1.宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，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.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的变化过程，并能理解带有盐桥原电池的实用性。一、原电池的工作原理1．原电池的构成条件(1)定义：能把化学能转化为电能的装置。(2)构成条件：2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)装置示意图注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转能量转换化学能转化为电能微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上电子或离子移动方向电子：负极流向正极盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液工作原理负极：Zn－2e－=Zn2＋(氧化反应)正极：Cu2＋＋2e－=Cu(还原反应)总反应：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu【特别提醒】(1)盐桥作用：离子通道，形成闭合回路。避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减。(2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。【归纳总结】原电池的工作原理二、原电池的应用1．加快化学反应速率在锌与稀H2SO4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Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。2．金属活动性强弱比较一般来说，作负极的金属的活动性强于正极金属。如：有两种金属a和b，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。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。3．设计原电池理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(1)外电路负极——化合价升高的物质正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒(2)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。如：2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2①化合价升高的物质负极：Cu②活泼性较弱的物质正极：C③化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图【方法技巧】设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择(1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则烧杯中的电解质溶液应有与电极材料相同元素的阳离子。(2)电池的电极材料必须能导电。考点01原电池的构成及工作原理【例1】原电池工作时A．正极发生氧化反应 B．负极发生氧化反应C．电子从正极流出 D．负极质量一定减轻【答案】B【解析】原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，正极得到电子，发生还原反应，B正确，A、C不正确；负极电极材料不一定失去电子，例如燃料电池中，电极不参与反应，D不正确，答案选B。【变式1-1】下列装置中，能构成原电池的是A．只有(甲) B．只有(乙) C．只有(丙) D．除(乙)均可以【答案】C【分析】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应，据此判断。【解析】A．没有用导线连接形成闭合回路，所以不能构成原电池，故A错误；B．两电极材料相同，所以不能构成原电池，故B错误；C．有两个活泼性不同的电极，且两电极插入电解质溶液中，两电极间构成闭合回路，能自发的进行氧化还原反应，所以该装置能构成原电池，故C正确；D．乙醇是非电解质，且电极和乙醇不能自发的发生氧化还原反应，所以不能构成原电池，故D错误；故选C。【变式1-2】如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极。②H+向负极移动。③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu。④Cu极上有H2产生。⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol。⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【答案】B【解析】①Zn可与硫酸发生氧化还原反应，而Cu不行，则Zn为负极，Cu为正极，①描述错误。②H+向正极移动，②描述错误。③电子流动方向为由负极流向正极：从Zn经外电路流向Cu，③描述正确。④Cu极上氢离子得电子生成氢气，则有H2产生，④描述正确。⑤若有1mol电子流过导线，则2mol氢离子得电子产生0.5molH2，⑤描述正确。⑥负极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，⑥描述错误。综上所述，答案为B。考点02原电池电极的判断和电极反应式的书写【例2】用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是A．电子通过盐桥从乙池移向甲池B．盐桥中K+向左移动C．开始时，银片上发生的反应是Ag-e-=Ag＋D．电路中每转移2mole-，正极材料增重216g【答案】D【分析】铜比银活泼，则该原电池中铜片为负极、银片为正极，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，正极反应式为：Ag＋+e-=Ag，据此分析解答。【解析】A．电子从铜片经外电路流向银片，不经盐桥，A错误；B．盐桥中阳离子向正极移动，则K+向右移动，B错误；C．银片上发生的反应是：Ag＋+e-=Ag，C错误；D．每转移2mole-，正极生成2molAg，增重为，D正确；故答案选D。【变式2-1】下图为锌铜原电池示意图。下列有关叙述正确的是A．外电路电子由铜片流向锌片B．锌片上发生还原反应C．铜片做正极，电极反应是：D．盐桥中的阳离子移向铜电极【答案】D【分析】铜锌原电池中，因锌的金属性比铜强，则锌片发生失去电子的氧化反应，作负极，电极反应式为Zn-2e-═Zn2+，铜为正极，发生得到电子的还原反应，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，原电池工作时，电子从负极锌沿导线流向正极铜，内电路中阳离子移向正极Cu，阴离子移向负极Zn，据此分析解答。【解析】A．在原电池工作时，外电路中电子由负极(锌片)沿导线经过电流计流向正极(铜片)，故A错误；B．锌片为负极，锌失电子生成锌离子，发生氧化反应，故B错误；C．铜片做正极，溶液中的Cu2+在铜片上得电子生成铜，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，故C错误；D．原电池工作时，阳离子向正极移动，盐桥中的阳离子移向铜电极，故D正确；故选：D。【变式2-2】锌铜原电池装置如图，下列说法中不正确的是A．原电池工作时，电子从电极流出，极上的电极反应为B．该装置中和不直接接触，使电流更持续更稳定C．溶液的作用是离子导体，可用溶液代替D．盐桥中的移向溶液【答案】D【分析】比活泼，为负极，为正极。【解析】A．原电池工作时，电子从电极流出，极上的电极反应为，A正确；B．该装置中和没有直接接触，使电流更持续更稳定，B正确；C．溶液的作用是离子导体，没有参与反应，可用溶液代替，C正确；D．盐桥中的移向负极区溶液，D错误；故选D。考点03原电池的设计【例3】某原电池的总反应离子方程式为：，不能实现该反应的原电池为A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液B．正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液C．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液【答案】B【解析】自发的氧化还原反应可以设计成原电池；根据2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋可以判断，铁作负极发生氧化反应生成亚铁离子，比Fe活泼性弱的Cu、Ag或C棒作正极，电解质溶液中含有Fe3＋在正极放电发生还原反应生成亚铁离子；锌做负极，锌会发生氧化反应生成锌离子，故B不符合题意；故选B。【变式3-1】原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al-3e－=Al3+B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al-3e－+4OH－=AlO+2H2OC．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu-2e－=Cu2+D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu-2e－=Cu2+【答案】C【解析】A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池中，Al能与稀硫酸反应，所以Al被氧化做负极，电极反应为Al-3e－=Al3+，A正确；B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池中，Al能与NaOH溶液反应，所以Al被氧化做负极，生成偏铝酸根，电极反应为Al-3e－+4OH－=AlO+2H2O，B正确；C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池中，Fe比Cu的还原性强，所以Fe被氧化做负极，电极反应为Fe-2e－=Fe2+，C错误；D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池中，Al发生钝化，所以Cu被氧化做负极，电极反应式为Cu-2e－=Cu2+，D正确；综上所述答案为C。【变式3-2】理论上不能设计为原电池的化学反应是A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) D．2FeCl3(aq)+Fe(s)=3FeCl2(aq)【答案】B【分析】设计成原电池，反应必须为自发的氧化还原反应。【解析】A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)为氧化还原反应，可以设计成原电池；B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)不是氧化还原反应，不能设计成原电池；C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)是氧化还原反应，可以设计成原电池；D．2FeCl3(aq)+Fe(s)=3FeCl2(aq)是氧化还原反应，可以设计成原电池；所以符合题意的为B；答案选B。考点04原电池的应用【例4】a、b、c都是金属，a中混有c时。a先腐蚀；a与b组成原电池时，a为电池的正极。a、b、c三种金属的活动性顺序为A．a>b>c B．a>c>b C．b>c>a D．b>a>c【答案】D【解析】a、b、c都是金属，a中混有c时，a先腐蚀，活泼性a>c；原电池中，一般负极金属的活泼性大于正极金属的活泼性，因此a与b组成原电池时，a为电池的正极，活泼性b>a；结合以上分析可知，a、b、c三种金属的活动性顺序为b>a>c；故选D。【变式4-1】X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X【答案】C【解析】X浸入Z的硝酸盐溶液中，有Z析出，说明X能置换出Z，故活泼性X＞Z；根据原电池原理，金属活泼性强的容易失电子，在原电池中作负极，所以活泼性Y＞X；故答案选C。【变式4-2】有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2++2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为A．A﹥B﹥E﹥D B．A﹥B﹥D﹥EC．D﹥E﹥A﹥B D．D﹥A﹥B﹥E【答案】D【解析】当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A＞B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D＞A；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B＞E，综上所述，金属活泼性为D＞A＞B＞E，故答案为：D。1．下列装置能构成原电池的是A． B．C． D．【答案】B【解析】A．没有构成闭合的回路，故不能构成原电池，A错误；B．Cu、Fe为活泼性不同的两个电极，Fe为负极、Cu为正极，CuCl2为电解质溶液，B正确；C．四氯化碳为有机物，非电解质，无法电离离子，C错误；D．在两个烧杯中，没有构成闭合的回路，D错误；故答案为：B。2．对于原电池的电极名称，下列叙述有错误的是（）A．发生氧化反应的为负极 B．正极为电子流入的一极C．比较不活泼的金属为负极 D．电流的方向由正极到负极【答案】C【解析】A．原电池中，失电子发生氧化反应的为负极，故A正确；B．原电池中电子由负极经外电路流向正极，则正极为电子流入的一极，故B正确；C．一般情况下，比较不活泼的金属为正极，活泼金属为负极，故C错误；D．原电池中电子由负极经外电路流向正极，电子与电流流向相反，电流的方向由正极到负极，故D正确；答案选C。3．根据Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu的反应原理设计一个原电池，当铁为负极时，正极不可以选用的材料是A．铂B．石墨C．铜D．锌【答案】D【解析】当铁做负极时，正极的金属材料的金属活动性应该弱于铁的金属活动性，所以锌不可选，D项符合题意。4．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是

A．该装置将电能转化为化学能B．锌片为正极C．石墨电极上发生还原反应D．电流出锌片通过导线流向石墨【答案】C【解析】A.该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；B.锌是活泼的金属，石墨是非金属，锌片为负极，石墨为正极，B错误；C.石墨电极为正极，氢离子发生得到电子的还原反应，C正确；D.锌片为负极，石墨为正极，电流出石墨通过导线流向锌片，D错误；答案选C。5．下列反应不可用于设计成原电池的是()A．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2O B．2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2OC．Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑ D．4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3【答案】A【解析】A、碳酸钙和盐酸的反应不是氧化还原反应，因为没有元素化合价升降，所以不能设计成原电池；B、甲醇的燃烧属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；C、锌和盐酸的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；D、铝和氧气的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；综上所述，本题选A。6．如图所示的水果电池中，电子的流向正确的是()A．锌片→LED灯→铜片B．铜片→LED灯→锌片C．锌片→柳橙→铜片D．铜片→柳橙→锌片【答案】A【解析】柳橙提供电解质溶液，锌的活泼性比铜强，锌为负极失电子，电子从锌片出来，沿导线经LED灯流向正极铜，故选A。7．下图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是()A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色C．电子由铜片通过导线流向锌片D．锌为正极，铜为负极【答案】A【分析】原电池中较活泼的金属作负极，发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，据此解答。【解析】A．锌的金属性强于铜，锌是负极，锌片逐渐溶解，A正确；B．铜是正极，溶液中的氢离子放电，则烧杯中溶液不会呈蓝色，B错误；C．锌是负极，铜是正极，电子由锌片通过导线流向铜片，C错误；D．锌为负极，铜为正极，D错误；答案选A。8．下列关于原电池的叙述中，正确的是A．电极只能由两种不同的金属构成B．负极发生的电极反应是还原反应C．工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极D．能将化学能转变为电能【答案】D【解析】A．构成原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属和一种非金属，错误；B．据原电池原理知，原电池负极失去电子，发生氧化反应，错误；C．电子经外电路由负极流向正极，错误；D．原电池是将化学能转化为电能的装置，正确；答案选D。9．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也可以用金属导线代替D．原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极【答案】D【解析】A．原电池中，负极上发生氧化反应，故A错误；B．原电池中，电流的方向是电子移动方向的反方向，应是正极−导线−负极，故B错误；C．盐桥的作用是通过离子的定向移动，构成闭合回路，不能用金属导线代替，故C错误；D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，故D正确；故选D。10．下图中能组成原电池产生电流的是()A． B． C． D．【答案】B【解析】分析：构成原电池的条件是活泼性不同的电极，插入电解质溶液并形成闭合回路。详解：A选项中两个电极的活动性相同，不能构成原电池，A选项错误；B选项中具备构成原电池的条件，可以形成原电池，能够产生电流，B选项正确；C选项中酒精是非电解质，没有电解质溶液，同时两个电极的活动性相同，不能构成原电池，C选项错误；D选项中，Zn与ZnSO4不能够发生氧化还原反应，所以该装置不能自发进行氧化还原反应，所以不能形成原电池，D选项错误；正确选项B。11．某原电池装置如图所示，当该电池形成闭合回路时，盐桥中的K+向右做定向移动，下列说法错误的是A．反应能够自发进行B．电极的电极反应式为C．反应过程中Ni电极的质量会减小D．Cr、Ni两种金属的还原性强弱顺序为Cr>Ni【答案】C【分析】盐桥中的K+向右做定向移动，所以Ni电极为正极，Cr电极为负极。【解析】A．原电池反应为自发的放热反应，又原电池的反应为，所以反应能够自发进行，故A正确；B．Cr电极为负极，发生失电子的氧化反应，反应式为，故B正确；C．Ni电极为正极，发生还原反应，反应式为Ni2++2e-=Ni，则反应过程中Ni电极的质量会增加，故C错误；D．原电池的反应为，则Ni、Cr两种金属的还原性强弱顺序为Cr>Ni，故D正确；故答案为：C。12．如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是A．电子流动方向为：X→外电路→Y→溶液→XB．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为ZnC．移向X电极，Y电极上有氢气产生D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应【答案】C【解析】A．根据电子流动的方向，X为负极，Y为正极，电子从负极流出，经导线流向正极，电子不能经过电解质溶液，选项A错误；B．X为负极，Zn为活泼金属，作负极，石墨作正极，选项B错误；C．原电池中，阴离子向负极移动，移向X电极，稀硫酸作为电解质，正极上产生，选项C正确；D．X为负极，失去电子，发生氧化反应，Y极为正极，得电子发生的是还原反应，选项D错误；答案选C。13．铜锌原电池工作时，下列叙述不正确的是A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电子从铜电极流向锌电极D．盐桥中的K＋移向CuSO4溶液【答案】C【解析】在原电池中，负极为较活泼金属，失电子发生氧化反应，在外电路中，电子从负极移向正极，在溶