第一節(jié)原電池第1課時(shí)原電池的工作原理[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.理解原電池的工作原理，能根據(jù)電極反應(yīng)、電流方向或離子的移動(dòng)方向判斷原電池的正極和負(fù)極。2.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池并能理解原電池工作原理的應(yīng)用。一、原電池的工作原理1．實(shí)驗(yàn)探究含鹽橋的鋅銅原電池的工作原理(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：兩種電池均產(chǎn)生電流，鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩種裝置均能構(gòu)成原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。(3)分析上述原電池的工作原理負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電池總反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋電子流向由鋅極通過(guò)導(dǎo)線流向銅極離子移向陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極(4)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)探究回答下列問(wèn)題：①鹽橋(裝有含KCl飽和溶液的瓊脂)中離子移動(dòng)方向：Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液。鹽橋在原電池裝置中的作用是形成閉合回路，平衡電荷，產(chǎn)生穩(wěn)定電流。②對(duì)比圖Ⅰ與圖Ⅱ兩裝置，能更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是圖Ⅱ，其原因是圖Ⅰ裝置中負(fù)極直接與CuSO4溶液接觸，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生的電流強(qiáng)度小。2．原電池(1)定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)構(gòu)成條件(1)理論上，任何的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池()(2)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極()(3)在鋅銅原電池中，因?yàn)橛须娮油ㄟ^(guò)電解質(zhì)溶液形成閉合回路，所以有電流產(chǎn)生()(4)一般來(lái)說(shuō)，帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高()(5)利用圖1能實(shí)現(xiàn)Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑()(6)圖2能驗(yàn)證鋅與硫酸銅反應(yīng)過(guò)程中有電子轉(zhuǎn)移()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√(1)下列反應(yīng)理論上能設(shè)計(jì)成原電池的是__________(填序號(hào))。①HCl＋NaOH=NaCl＋H2OΔH＜0②2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＜0③4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＜0答案②③(2)下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是______(填序號(hào))，能構(gòu)成原電池的指出電極的名稱并寫出電極反應(yīng)式。答案①②⑤①Cu是正極：2H＋＋2e－=H2↑；Fe是負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋。②Zn是負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋；Fe是正極：Cu2＋＋2e－=Cu。⑤Ag是正極：Ag＋＋e－=Ag；Cu是負(fù)極：Cu－2e－=Cu2＋。原電池中正、負(fù)極的判斷判斷依據(jù)負(fù)極正極電子流動(dòng)方向電子流出極電子流入極電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子定向移動(dòng)的方向陰離子移向的電極陽(yáng)離子移向的電極電流方向電流流入極電流流出極兩極發(fā)生的反應(yīng)失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)得電子，發(fā)生還原反應(yīng)電極材料一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬二、原電池工作原理的應(yīng)用1．加快化學(xué)反應(yīng)速率當(dāng)試管a中滴入少量CuSO4溶液后，觀察到其中產(chǎn)生氣泡的速率較試管b中的________，其原因是____________。答案快CuSO4溶液與鋅發(fā)生置換反應(yīng)生成Cu，從而形成微小鋅銅原電池，加快產(chǎn)生H2的速率2．比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱原電池的兩極為兩種不同金屬時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑(注意電解質(zhì)溶液的種類)。3．設(shè)計(jì)原電池的一般思路首先將氧化還原反應(yīng)拆分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)。其次確定正、負(fù)極選擇電極材料，還原劑(一般為比較活潑的金屬)為負(fù)極，比較不活潑的金屬或惰性電極為正極。最后用導(dǎo)線連接兩個(gè)電極并插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路，如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行，中間應(yīng)用鹽橋連接。1．某單液原電池的總反應(yīng)為Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag，下列關(guān)于該反應(yīng)的電池設(shè)計(jì)正確的是()A．正極材料為Cu，電解質(zhì)溶液為CuCl2B．負(fù)極材料為Ag，電解質(zhì)溶液為AgNO3C．正極材料為C，電解質(zhì)溶液為AgNO3D．負(fù)極材料為Cu，電解質(zhì)溶液為CuSO4答案C解析由總反應(yīng)式可知，Cu的化合價(jià)升高，失電子，Cu作負(fù)極，A、B錯(cuò)誤；C與AgNO3不反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中的Ag＋在正極得電子生成Ag，符合電池總反應(yīng)，C正確，D錯(cuò)誤。2．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生，c極無(wú)變化d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是____________。答案d＞a＞b＞c解析由第一個(gè)裝置a極質(zhì)量減小可知，a極是負(fù)極，金屬活動(dòng)性：a>b；第二個(gè)裝置依據(jù)氧化性、還原性的規(guī)律推出金屬活動(dòng)性：b>c；第三個(gè)裝置的金屬活動(dòng)性：d>c；由第四個(gè)裝置電流流向：a→d，故金屬活動(dòng)性：d>a。綜上所述，這四種金屬的活動(dòng)性順序是d>a>b>c。3．利用反應(yīng)2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池裝置。(1)在下圖方框中畫出兩種原電池裝置圖，標(biāo)明電極材料和電解質(zhì)溶液。單液原電池裝置圖帶鹽橋的雙液原電池裝置圖(2)寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極：________________________________________________________________________。正極：________________________________________________________________________。答案(1)(說(shuō)明：正極材料除石墨外，還可以用銀、金、鉑等)(2)Cu－2e－=Cu2＋2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋4．某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol·L－1稀硫酸中，乙同學(xué)將電極放入6mol·L－1NaOH溶液中，如圖所示。(1)如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出__________(填寫元素符號(hào)，下同)活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出________活動(dòng)性更強(qiáng)。由此實(shí)驗(yàn)，可得到的結(jié)論是_________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)上述實(shí)驗(yàn)也反過(guò)來(lái)證明了“利用金屬活動(dòng)性順序直接判斷原電池中正、負(fù)極”的做法__________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請(qǐng)你提出另一個(gè)判斷原電池正、負(fù)極可行的實(shí)驗(yàn)方案：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)MgAl利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序時(shí)應(yīng)注意選擇合適的電解質(zhì)(2)不可靠在兩電極之間連上一個(gè)電流表，測(cè)電流方向，判斷原電池的正、負(fù)極(選擇題1～12題，每小題6分，共72分)題組一原電池的工作原理1．下列關(guān)于原電池的敘述錯(cuò)誤的是()A．原電池中的電解質(zhì)不一定處于液態(tài)B．若欲使原電池處于工作狀態(tài)，必須使其與外電路形成閉合回路C．金屬活動(dòng)性順序中，排在前面的金屬總是作負(fù)極，排在后面的金屬總是作正極D．負(fù)極總是發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是發(fā)生還原反應(yīng)答案C解析原電池中的電解質(zhì)不一定處于液態(tài)，也可以是固態(tài)或糊狀物，A正確；金屬活動(dòng)性順序中，排在前面的金屬不一定總是作負(fù)極，排在后面的金屬也不一定總是作正極，例如鐵、銅和濃硝酸構(gòu)成的原電池中鐵是正極，銅是負(fù)極，C錯(cuò)誤；原電池中負(fù)極總是失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，D正確。2．下列裝置能組成原電池的是()答案C解析形成原電池的條件有四個(gè)：①兩個(gè)活潑程度不同的導(dǎo)電電極，②電極浸入電解質(zhì)溶液，③形成閉合回路，④發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。A中兩電極均為Zn，活潑程度相同，B中塑料棒不導(dǎo)電，D中酒精不是電解質(zhì)溶液，故A、B、D均錯(cuò)。3．下列有關(guān)原電池負(fù)極的說(shuō)法正確的是()A．一定是活潑金屬B．工作時(shí)電極本身一定被氧化C．工作時(shí)一定有電子流出D．一定帶負(fù)電荷答案C4.用銅片、銀片、CuSO4溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構(gòu)成一個(gè)原電池。下列有關(guān)該原電池的敘述正確的是()①銅電極的質(zhì)量減少②正極反應(yīng)為Ag＋＋e－=Ag③在外電路中，電流由銅電極流向銀電極④實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作A．①②B．②③C．②④D．③④答案A解析金屬活動(dòng)性：Cu>Ag，Cu為負(fù)極，失去電子，Cu－2e－=Cu2＋，①正確；Ag為正極，得到電子，Ag＋＋e－=Ag，②正確；電子經(jīng)外電路流向銀電極，電流由銀電極流向銅電極，③錯(cuò)誤；取出鹽橋不能形成閉合回路，不能構(gòu)成原電池，④錯(cuò)誤。5.如圖所示，兩電極一為碳棒，一為鐵片，若電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且a極上有大量氣泡生成，則下列敘述正確的是()A．a(chǎn)為負(fù)極，是鐵片，燒杯中的溶液為稀硫酸B．b為負(fù)極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液C．a(chǎn)為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為稀硫酸D．b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液答案C解析在鐵片、碳棒形成的原電池中，a極上有大量氣泡生成，可判斷a為原電池的正極(碳棒)，b為原電池的負(fù)極(鐵片)，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，不可能是硫酸銅溶液，C符合題意。題組二原電池工作原理的應(yīng)用6．下列方法可以加快鐵和稀硫酸的反應(yīng)速率的是()A．加入少量ZnSO4固體B．加入少量水C．加入少量CuSO4固體D．用98%的濃硫酸代替稀硫酸答案C解析加入少量ZnSO4固體，不會(huì)改變反應(yīng)物的濃度，不會(huì)改變反應(yīng)速率，故A不選；加水，溶液的體積增大，反應(yīng)物的濃度減小，反應(yīng)速率減小，故B不選；加入少量CuSO4固體，會(huì)發(fā)生反應(yīng)置換出銅，形成原電池，使反應(yīng)速率加快，故C選；濃硫酸在常溫下使鐵鈍化，D不選。7．(2023·湖南邵東高二期中)一個(gè)原電池的總反應(yīng)的離子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，該原電池的正確組成是()ABCD正極ZnCuZnC負(fù)性CuZnAgZn電解質(zhì)溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4溶液CuCl2溶液答案D解析根據(jù)總反應(yīng)可知Zn為負(fù)極，正極為活動(dòng)性比Zn弱的金屬或可導(dǎo)電非金屬，電解質(zhì)溶液中含Cu2＋，只有D項(xiàng)符合題意。8．(2023·石家莊實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)用A、B、C、D四種金屬按表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是()實(shí)驗(yàn)裝置甲乙丙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象A不斷溶解C的表面有紅色固體析出A上有氣泡產(chǎn)生A.裝置甲中的B金屬是原電池的負(fù)極B．裝置乙中，外電路中電流的流向?yàn)锽→CC．裝置丙中溶液里的SOeq\o\al(2－,4)移向AD．四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是D>A>B>C答案D解析裝置甲中A不斷溶解，則A為負(fù)極，B為正極，A錯(cuò)誤；裝置乙中C的表面有紅色固體析出，則C為正極，B為負(fù)極，外電路中電流方向：C→B，B錯(cuò)誤；裝置丙中A上有氣泡產(chǎn)生，則A為正極，D為負(fù)極，溶液中SOeq\o\al(2－,4)向D移動(dòng)，C錯(cuò)誤。9.鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)。下列有關(guān)敘述正確的是()A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))減小C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡答案C解析鋅電極是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，銅電極是原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；陽(yáng)離子交換膜不允許陰離子通過(guò)，所以電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SOeq\o\al(2－,4))不變，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；乙池中發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，溶液中Cu2＋逐漸減少，為維持溶液中的電荷平衡，Zn2＋會(huì)不斷移向乙池，使溶液質(zhì)量增加，C項(xiàng)正確。10．實(shí)驗(yàn)探究是提高學(xué)習(xí)效果的有力手段。某同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．若將圖1裝置的Zn、Cu下端接觸，Zn片逐漸溶解，Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B．圖2中H＋向Cu片移動(dòng)C．若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D．圖2與圖3中，Zn片減輕的質(zhì)量相等時(shí)，正極產(chǎn)物的質(zhì)量比為32∶1答案D解析Zn、Cu直接接觸能構(gòu)成閉合回路而形成原電池，稀硫酸作電解質(zhì)溶液，所以Cu片上可看到有氣泡產(chǎn)生，A正確；H＋帶正電荷，向正極移動(dòng)，即向Cu片移動(dòng)，B正確；由于Mg失電子能力強(qiáng)于Zn，所以將Zn片改為Mg片時(shí)，電子轉(zhuǎn)移速率加快，生成H2的速率也加快，C正確；若兩裝置負(fù)極消耗Zn的質(zhì)量均為65g，圖2正極產(chǎn)生2gH2，圖3正極上析出64gCu，正極產(chǎn)物的質(zhì)量比為1∶32，D錯(cuò)誤。11．鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而被重視，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)方程式為L(zhǎng)i＋MnO2=LiMnO2，下列說(shuō)法正確的是()A．Li是正極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋B．Li是負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋C．MnO2是負(fù)極，電極反應(yīng)式為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)D．Li是負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－2e－=Li2＋答案B解析根據(jù)鋰電池的總反應(yīng)式Li＋MnO2=LiMnO2，失電子的金屬Li為負(fù)極，電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i－e－=Li＋，A、D錯(cuò)誤，B正確；MnO2是正極，電極反應(yīng)式為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)，C錯(cuò)誤。12．硝酸汞和碘化鉀溶液混合后會(huì)生成紅色的碘化汞沉淀，為了探究硝酸汞和碘化鉀溶液之間能否發(fā)生氧化還原反應(yīng)，研究人員設(shè)計(jì)了如圖的實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)果電流表指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，下列分析正確的是()A．如圖裝置的電流方向是從C1到C2B．C1是負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)是2I－－2e－=I2C．鹽橋中的K＋向C1電極移動(dòng)D．裝置發(fā)生的總反應(yīng)是Hg2＋＋2I－=HgI2↓答案B解析電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明有電流形成，此裝置為原電池，I－具有還原性，C1作負(fù)極，電極反應(yīng)為2I－－2e－=I2，B正確；C2作正極，溶液中Hg2＋得電子，Hg2＋＋2e－=Hg，發(fā)生還原反應(yīng)，電流方向是從正極(C2)流向負(fù)極(C1)，A錯(cuò)誤；為保持硝酸汞溶液電荷守恒，鹽橋中陽(yáng)離子移向硝酸汞溶液(C2電極)，C錯(cuò)誤；裝置發(fā)生的總反應(yīng)為Hg2＋＋2I－=Hg＋I(xiàn)2，D錯(cuò)誤。13．(16分)某同學(xué)在做原電池原理的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有如下實(shí)驗(yàn)步驟：①用導(dǎo)線將靈敏電流表的兩端分別與純凈的鋅片和銅片相連接(如圖1)；②把一塊純凈的鋅片插入盛有稀硫酸的燒杯中；③把一塊純凈的銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中；④用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來(lái)后，再平行地插入盛有稀硫酸的燒杯中(如圖2)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)步驟①中觀察到的現(xiàn)象是____________________________________________。(2)實(shí)驗(yàn)步驟②中觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________________。(3)實(shí)驗(yàn)步驟③中觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________________。(4)實(shí)驗(yàn)步驟④中觀察到的現(xiàn)象是_____________________________________________。(5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)步驟④該同學(xué)頭腦中有了一個(gè)猜想，該猜想是___________