化学 人教版选择性必修1第四章 第一节 第1课时 原电池的工作原理Word文档格式.docx

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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，

电极反应式

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盐桥的作用：

形成闭合回路；

平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；

避免电极与电解质溶液的直接接触，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。

3．原电池工作原理示意图

（1）原电池中电流的方向是负极→导线→正极（×

）

（2）原电池中负极发生的反应是还原反应（×

（3）铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极（×

（4）在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极（√）

（5）原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属（×

1．如图是某同学设计的原电池装置，

（1）电极Ⅰ上发生________（填反应类型），作________（填电极名称）。

（2）电极Ⅱ的电极反应式为___________________________________________。

（3）该原电池的总反应式为________________________________________________。

（4）盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是________。

答案　

（1）还原反应　原电池的正极　

（2）Cu－2e－===Cu2＋　（3）2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋　

（4）形成闭合回路、平衡电荷（答案合理即可）

2．根据原电池的工作原理，写出下列电池的电极反应式。

（1）将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池：

①正极反应式是______________________________________________________________；

②负极反应式是_________________________________________________________________；

③原电池总反应的离子方程式是___________________________________________________。

（2）有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：

将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。

在此形成的原电池中：

①负极反应式是______________________________________________________________；

②正极反应式是______________________________________________________________；

③总反应方程式是__________________________________________________________。

答案　

（1）①2H＋＋2e－===H2↑　②Fe－2e－===Fe2＋　③Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

（2）①2Al－6e－===2Al3＋　②3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－　③3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3＋3H2S↑

解析　

（2）要善于抓住题示信息。

“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：

Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应：

3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：

2Al－6e－===2Al3＋，正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中都能水解且相互促进：

2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al（OH）3↓＋3H2S↑，有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。

原电池的总反应为上述三个反应式的加合：

3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al（OH）3＋3H2S↑。

一般电极反应式的书写方法

（1）判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。

（2）结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。

（3）写出电极反应式，将两式相加得总反应式。

二、原电池的应用

1．加快氧化还原反应的速率

构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，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．比较金属活动性强弱

例如，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。

（a）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

（b）内电路：

化合价降低的物质作电解质溶液。

如：

2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2

①化合价升高的物质

Cu

②活泼性较弱的物质

C

③化合价降低的物质

电解质溶液：

FeCl3

示意图

（1）只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池（×

（2）将Mg和Al导线连接放入NaOH溶液，Al不断溶解，说明活泼性Mg＜Al（×

（3）足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c（SO）增大（×

（4）增大浓度，能加快原电池反应的速率（×

一般来说，设计成原电池的反应为放热反应，但有些吸热反应如果能自发进行也可设计成原电池，如：

AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O

通过调节B中的pH，实现原电池电极的转换，若正方向放热，则逆方向吸热，均能构成原电池。

1．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

装置

金属A不断溶解形成二价金属离子

C极质量增加

A极有气泡产生

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）A－2e－===A2＋　

（2）Cu2＋＋2e－===Cu

（3）变大　（4）D＞A＞B＞C

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：

A＞B；

乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性：

B＞C；

丙中A上有气泡即H2产生，则A为正极，活动性：

D＞A，随着H＋的消耗，pH变大。

2．依据氧化还原反应：

Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。

请回答下列问题：

（1）电极X的材料是________________，电解质溶液Y是____________。

（2）银电极的电极反应式是_______________________________________________________；

X电极的电极反应式是__________________________________________________________。

（3）外电路中的电子是从________极流向________极。

（4）该原电池的正极是____________，还可以选用__________________等材料。

答案　

（1）铜　硝酸银溶液　

（2）2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋　（3）负（或铜）　正（或银）　（4）银　铂、石墨

解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。

由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。

电极反应式如下，负极：

Cu－2e－===Cu2＋，正极：

2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极（Cu）流出，经外电路流向正极（Ag）。

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，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。

（2）电池的电极材料必须能导电。

①活动性不同的两种金属。

如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极。

②金属和非金属。

如锌作负极，石墨棒作正极。

③金属和化合物。

如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极。

④惰性电极。

如氢氧燃料电池中，两电极均可用Pt。

随堂演练　知识落实

1．（2019·

甘肃武威第十八中学高二上期末）下列装置中，能构成原电池的是（　　）

答案　D

2．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是（　　）

A．均发生了化学能转化为电能的过程

B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物

C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu

D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高

答案　B

解析　两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化为电能的过程，故A正确；

根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，故B错误；

锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，故C正确；

图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，故D正确。

3．（2019·

江西临川第一中学高二月考）某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：

2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。

下列叙述中正确的是（　　）

A．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大

B．乙烧杯中发生还原反应

C．外电路的电流方向是从a到b

D．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯

答案　AC

解析　甲烧杯中发生的电极反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，氢离子浓度减小，导致溶液的pH增大，A项正确；

a电极发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，b电极亚铁离子失去电子发生氧化反应，Fe2＋－e－===

Fe3＋，B项错误；

由上述分析可知，a为正极，b为负极，则电流方向为从a到b，C项正确；

阴离子向负极移动，则盐桥中的SO移向乙烧杯，D项错误。

4．已知电极材料：

铁、铜、银、石墨、锌、铝；

CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、硫酸。

按要求回答下列问题：

（1）电工