专题1第二单元第1课时原电池的工作原理.pdf

百度文库-让每个人平等地提升自我 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，CuSO4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=Zn2；正极反应式是 Cu22e=Cu；电池反应式是 ZnCu2=Zn2Cu。(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；CuSO4溶液的颜色变浅。百度文库-让每个人平等地提升自我 2(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：Zn2向盐桥移动；硫酸铜溶液中：Cu2向铜极移动；盐桥中：K移向正极区(CuSO4溶液)，Cl移向负极区(ZnSO4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，Cu2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。(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。百度文库-让每个人平等地提升自我 3(2)比较反应速率。1用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3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 Age=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(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu 作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=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 2H2e=H2 D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 Cu22e=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 百度文库-让每个人平等地提升自我 4 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)2H2e=H2 Fe2e=Fe2 FeH2SO4=FeSO4H2(2)2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2 Cu2AgNO3=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 ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。(1)Zn 发生氧化反应，是负极，电极反应式是 Zn2e2OH=Zn(OH)2。(2)Ag2O 发生还原反应，是正极，电极反应式是 Ag2O2eH2O=2Ag2OH。归纳总结 1一般电极反应式的书写方法(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。百度文库-让每个人平等地提升自我 5(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 简单的电极反应式。3某电池的总反应为 Fe2Fe3=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 Fe2Fe3=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)Cu2(aq)设计的原电池图所示。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_。百度文库-让每个人平等地提升自我 6(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。答案(1)Cu AgNO3溶液(2)正 2Ag2e=2Ag(或 Age=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)Cu2(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()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)：2H2e=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=Zn2H2，甲、乙两烧杯中 H2SO4均被消耗，溶液的 pH 均增大。百度文库-让每个人平等地提升自我 7 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 Cu22e=Cu C无论 a 和 b 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、Cu22e=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：2H2e=H2 D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()百度文库-让每个人平等地提升自我 8 A中 Mg 作负极，中 Fe 作负极 B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e=6OH3H2 C中 Fe 作电池负极 D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2e=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 2H2OO24e=4OH。5由 A、B、C、D 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)Cu22e=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百度文库-让每个人平等地提升自我 9 上有气泡即 H2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=Fe2H2，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 3Fe8H2NO3=2NO3Fe24H2O。3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 P A 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 百度文库-让每个人平等地提升自我 10 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 是正极 B负极反应式为 Fe3e=Fe3 C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)：2Fe32e=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 ZnCu2=Zn2Cu，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 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)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)百度文库-让每个人平等地提升自我 11 D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(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 Bbcda Cdabc Dabdc 答案 C 解析 由第一个装置 a 极溶解，故 a 为负极，可知金属活动性 ab，第二个装置依据金属活动顺序可知金属活动性 bc；同理第三个装置 d 极溶解可知，d 极为负极，金属活动性 dc；由第四个装置电流从 a 极流向 d 极，则电子从 d 极流向 a 极，故金属活动性 da，则选项 C符合题意。8下列叙述正确的是()A反应 AlCl34NaOH=NaAlO23NaCl2H2O 可以设计成原电池 BZn 和稀硫酸反应时，加入少量 CuSO4溶液能加快产生 H2的速率 C把 Fe 片和 Cu 片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，观察到 Cu 片上产生大量气泡，说明 Cu 与 H2SO4能发生反应而 Fe 被钝化 DZnCu 原电池工作过程中，溶液中 H向负极作定向移动 答案 B 百度文库-让每个人平等地提升自我 12 解析 A 项，属非氧化还原反应，不能用于设计原电池；B 项，锌与置换出来的铜在电解质溶液中形成原电池，加快产生 H2的速率；C 项，构成原电池，负极 Fe2e=Fe2，正极2H2e=H2；D 项，H向原电池的正极作定向移动。9MgAgCl 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池方程式为 2AgClMg=Mg22Ag2Cl。有关该电池的说法正确的是()A可用于海上照明供电 B负极反应为 AgCle=AgCl CMg 为电池的正极 DAgCl 为正极，发生了氧化反应 答案 A 解析 MgAgCl 电池工作时将化学能转化为电能，可用于海上照明供电，A 项正确；该电池中 Mg 发生氧化反应作电池的负极，反应式为 Mg2e=Mg2，B、C 项不正确；AgCl发生还原反应，为电池正极，D 项不正确。10锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为 LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()ALi 是正极，电极反应式为 Lie=Li BLi 是负极，电极反应式为 Lie=Li CMnO2是负极，电极反应式为 MnO2e=MnO2 DLi 是负极，电极反应式为 Li2e=Li2 答案 B 解析 由总反应方程式L0iM4nO2=Li1M3nO2可知，Li 元素在反应后化合价升高(01)，Mn 元素在反应后化合价降低(43)。Li 被氧化，在电池中作负极，电极反应为 Lie=Li，MnO2在正极上反应，电极反应为 MnO2e=MnO2。能力提升题 11 某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果：实验序号 A B 烧杯中 的液体 灵敏 电流 百度文库-让每个人平等地提升自我 13 计指针 是否偏转 1 Zn Zn 乙醇 无 2 Zn Cu 稀硫酸 有 3 Zn Zn 稀硫酸 无 4 Zn Cu 苯 无 5 Cu C 氯化钠溶液 有 6 Mg Al 氢氧化钠溶液 有 分析上述实验，回答下列问题：(1)实验 2 中电流由_极流向_极(填“A”或“B”)。(2)实验 6 中电子由 B 极经导线流向 A 极，表明负极是_(填“镁”或“铝”)电极。(3)实验 5 表明_(填字母，下同)。A铜在潮湿空气中不会被腐蚀 B铜的腐蚀是自发进行的(4)分析上表有关信息，下列说法不正确的是_。A相对活泼的金属一定作负极 B失去电子的电极是负极 C烧杯中的液体必须是电解质溶液 D原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种是非金属导体)答案(1)B A(2)铝(3)B(4)A 解析(1)电流是由正极流向负极，实验 2 中，Cu 为正极，Zn 为负极。(2)电子由负极流向正极，实验 6 中电子由 B 极流向 A 极，表明负极是 B(Al)。(3)实验 5 是铜的吸氧腐蚀，说明铜的腐蚀是自发进行的。(4)判断原电池负极时，不能简单地比较金属的活动性，要看反应的具体情况，如 Al 在强碱性溶液中比 Mg 更易失电子，Al 作负极，Mg 作正极；在原电池中负极失去电子，发生氧化反应；必须有电解质溶液形成闭合回路；活泼性不同的两种金属，或一种金属和一种能导电的非金属都可以作电极。12由锌片、铜片和 200 mL 稀 H2SO4组成的原电池如图所示。百度文库-让每个人平等地提升自我 14 (1)原电池的负极反应式是_，正极反应式是_。(2)电流的方向是_。(3)一段时间后，当在铜片上放出 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗_ g 锌，有_个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是_(设溶液体积不变)。答案(1)Zn2e=Zn2 2H2e=H2(2)由 Cu 极流向 Zn 极(3)1022 molL1 解析(3)产生 mol H2，通过 mol2 mol 电子，消耗 mol Zn 和 mol H2SO4，所以 m(Zn)mol65 gmol1 g，N(e)mol1023 mol11022，c(H2SO4)错误!molL1。13(1)利用反应 Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2设计成如图所示原电池，回答下列问题：写出电极反应式：正极_；负极_。图中 X 溶液是_，Y 溶液是_。原电池工作时，盐桥中的_(填“阳”或“阴”)离子向 X 溶液方向移动。(2)控制适合的条件，将反应 2Fe32I2Fe2I2，设计成如图所示的原电池。百度文库-让每个人平等地提升自我 15 请回答下列问题：反应开始时，乙中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。甲中石墨电极上发生_反应，电极反应式为_。电流计读数为 0 时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入 FeCl2固体，则乙中的石墨作_(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为_。(3)利用反应 2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O 可制备 CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_。答案(1)2Fe32e=2Fe2 Cu2e=Cu2 FeCl3 CuCl2 阳(2)氧化 2I2e=I2 还原 2Fe32e=2Fe2 正 I22e=2I(3)O24e4H=2H2O 解析(1)该原电池中 Cu 作负极，电极反应式为 Cu2e=Cu2；C 作正极，电极反应式为 2Fe32e=2Fe2。X 应为 FeCl3溶液，Y 应为 CuCl2溶液。原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极(C)移动。(2)根据反应 2Fe32I=2Fe2I2，原电池的电极反应：负极 2I2e=I2，发生氧化反应。正极 2Fe32e=2Fe2，发生还原反应。反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；当电流表读数为 0 时反应已平衡，此时，在甲中加入 FeCl2固体，反应 2Fe32I2Fe2I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为 I22e=2I；左侧石墨作原电池负极；电极反应式为 2Fe22e=2Fe3。(3)Cu 作负极，O2在正极上得电子：O24e4H=2H2O。14某研究性学习小组根据反应 2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O 设计如图所示的原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为 1 molL1，溶液的体积均为 200 mL，盐桥中装有含 K2SO4饱和溶液的琼脂。百度文库-让每个人平等地提升自我 16 回答下列问题：(1)此原电池的正极是石墨_(填“a”或“b”)，发生_反应。(2)电池工作时，盐桥中的 SO24移向_(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)两烧杯中的电极反应式分别为 甲_，乙_。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为 molL1，则反应中转移的电子为_mol。答案(1)a 还原(2)乙(3)MnO45e8H=Mn24H2O 5Fe25e=5Fe3(4)解析(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨 a是正极。(2)电池工作时，SO24向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO45e8H=Mn24H2O；乙烧杯中的电极反应式为 5Fe25e=5Fe3。(4)溶液中的 MnSO4浓度由 1 molL1变为 molL1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的 MnSO4的物质的量为 molL1 L mol，转移的电子为 mol5 mol。