第一节原电池 讲义习题.docx
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第一节原电池讲义习题
第四章电化学基础讲义
电化学：
研究化学能与电能相互转换的装置、过程与效率的科学，叫做电化学
第一节原电池
【相关知识回顾】
1．氧化还原反应的实质
有电子的转移（得失或偏移）。
氧化反应是失去电子的反应；还原反应是得到电子的反应
2．原电池：
把化学能转化为电能的装置
（1）原电池正、负极规律
①负极——电子流出的一极。
一般是活动性较强的金属，电极上发生氧化反应
②正极——电子流入（电流流出）的一极。
一般是活动性较弱的金属或非金属导体，电极上发生还原反应
③原电池中电子从负极流出，流入正极，与电流方向相反
（2）原电池工作原理（以Zn－︱H2SO4︱－Cu原电池为例）
外电路：
（溶液液面以上部分）电子由Zn→导线→铜片
内电路：
（溶液液面以下部分）
溶液中的SO42－和OH－在电性的作用下，移向锌极；H+、Zn2+移向铜极，产生电流，故电流表的指针发生偏转
离子流向电子流向电极反应
阴离子（SO42－、OH－）负极（Zn）Zn－2e－===Zn2+
溶液中（内电路）外导线（外电路）
阳离子（H+、Zn2+）正极（Cu）2H+＋2e－===H2↑
注意：
①原电池化学反应本质是能自发进行氧化还原反应，必须有电子的转移，所以非氧化还原反应不能形成原电池
②原电池中负极一般溶解，而正极的作用是导体，一般不参与化学反应
③写电极反应式要遵循客观事实，同时要遵循质量守恒和电荷守恒的要求
④利用原电池可以加快反应速率
【同步训练】
1．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）
A．正极附近的SO42－离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出
2．有关用稀H2SO4作电解质溶液的锌铜原电池说法中，正确的是（）
A．在原电池的外电路中，电流流动的方向是从Zn电极流向Cu电极
B．原电池工作时，电解质溶液中的H＋向Zn电极移动
C．原电池工作时，负极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．原电池工作一段时间后，电解质溶液的pH升高
（3）原电池的形成条件（两极一液一连线）
①能自发地发生氧化还原反应
②有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）材料作电极
③有电解质（电解质溶液或熔融电解质或固态电解质）
④电极和电解质形成闭合电路
注意：
①构成原电池的四个基本条件是相互联系的，不能孤立、片面地看待某一条件
②在四个基本条件当中，氧化还原反应是核心。
原电池化学反应本质是能自发进行氧化还原反应，必须有电子的转移，所以非氧化还原反应不能形成原电池
③判断某装置是否为原电池的问题，要以构成原电池的基本条件为标准判断，不能仅凭装置的外形下结论
④构成原电池的基本条件是进行原电池设计的基本依据
【同步训练】
1．下列装置能组成原电池且产生电流的是（）
★2．有导线相连，并插入对应的液体中，其中不能组成原电池的是（）
A．Zn∣H2SO4（稀）∣CB．Cu∣AgNO3（aq）∣Ag
C．Zn∣CCl4∣CuD．Fe∣H2SO4（稀）∣Fe
锌铜原电池
1．【实验4－1】锌铜原电池
实验步骤
①如图所示，用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来（盐桥中通常装有含有琼胶的KCl饱和溶液）
②将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计
实验现象
①有盐桥存在时：
左边烧杯中的锌片质量减少，右边烧杯中铜片上有红色金属析出，导线上电流计的指针偏转
②取出盐桥时：
电流计指针不偏转，铜片上没有金属析出，锌片质量也不再减少，说明无电流，未构成原电池
实验结论
Zn－Cu－ZnSO4溶液－CuSO4溶液－盐桥构成了原电池，发生了原电池反应
2．电极名称及电极反应
负极（锌片）：
Zn－2e－===Zn2+
正极（铜片）：
Cu2+＋2e－===Cu
总化学方程式：
Zn＋Cu2+==Zn2+＋Cu
3．实验原理分析
（1）当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，Zn片逐渐溶解，即Zn被氧化，Zn原子失去电子，形成Zn2+进入溶液，从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2+从铜片上得到电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。
随着反应的进行，左边烧杯中溶液c（Zn2+）增大，右边烧杯中c（Cu2+）减小，此时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流
（2）取出盐桥，由于Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液Zn2+的数目增加而带正电；同时，Cu2+获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42－的数目相对增加而带负电，这两种因素均会阻止电子从锌片上流向铜片，造成电流中断
4．由两个半电池组成原电池的工作原理
（1）在此类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为电解质，在正极从外电路得到电子
（2）在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向运动而形成内电路。
放电时，负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子形成的内电路构成回路
【同步训练】
1．有关如右图所示原电池的叙述，正确的是（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液）（）
A．铜片上有气泡逸出
B．取出盐桥后，电流计依然发生偏转
C．反应中，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D．反应前后铜片质量不改变
2．关于如图所示装置的叙述，正确的是（）
A．铜是阳极，铜片上有气泡产生B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片D．铜离子在铜片表面被还原
方法与技巧
1．原电池正、负极的判断方法
原电池有正、负两个电极，判断正极和负极的方法有：
（1）由组成原电池两极的电极材料判断
一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极
（2）根据电流方向或电子流动方向判断
电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极
（3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断
在原电池的电解质溶液里，阳离子移向的一极是正极，阴离子移向的一极是负极
（4）根据原电池两极发生的变化来判断
原电池的负极总是失电子发生氧化反应，而正极总是得电子发生还原反应
【同步训练】
1．已知空气－锌电池的电极反应为：
锌片：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O石墨：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，根据此判断，锌片是（）
A．负极，并被氧化B．负极，并被还原C．正极，并被氧化D．正极，并被还原
2．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式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是（）
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li+B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li+
C．Li是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO2－D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2+
3．镍镉（Ni－Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：
Cd（OH）2＋2Ni（OH）2
Cd＋2NiO（OH）＋2H2O，由此可知，该电池放电时的负极材料是（）
A．Cd（OH）2B．Ni（OH）2C．CdD．NiO（OH）
（5）根据现象判断
一般溶解的一极为负极，增重或者有气泡的产生的一极为正极
【同步训练】
1．如图，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处用一根尼龙细丝吊着，使之平衡，小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。
一段时间后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）（）
A．铁圈和银圈左右摇摆不定B．保持平衡状态
C．铁圈向下倾斜D．银圈向下倾斜
2．如图所示，如果电流计指针偏转，a变粗，b变细，符合这一情况的是（）
A．a是锌，b是铜，c是硫酸溶液B．a是铁，b是银，c是硝酸银溶液
C．a是银，b是铁，c是硝酸银溶液D．a是铁，b是石墨，c是氯化铜溶液
（6）特殊情况的判断
有些特殊情况要考虑电极与电解质溶液的反应。
如Mg、Al与NaOH溶液构成的原电池中Al作负极
注意：
当Al、Fe与其他金属形成原电池时，一定要注意看清电解质溶液，如：
①（Al－｜H2SO4（aq）｜－Cu）组成的原电池，Al为负极
②（Al－｜HNO3（aq）｜－Cu）组成的原电池，Al则为正极
【同步训练】
（放电顺序特殊）1．把一小块镁铝合金放入6mol/LNaOH溶液中，可以形成微型电池，则该原电池负极的电极反应为（）
A．Mg―2e－===Mg2+B．Mg―2e－＋2OH－===Mg（OH）2↓
C．Al＋OH－―3e－===AlO2－＋2H2OD．4OH－―4e－===2H2O＋O2↑
2．将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸溶液中，下列叙述正确的是（）
A．该装置能形成原电池，其中铝是负极B．该装置能形成原电池，其中铜是负极
C．该装置不能形成原电池D．以上说法均不正确
3．将Al片和Mg条用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成原电池，则在这两个原电池中，负极分别是（）
A．Al片、Mg条B．Mg条、Al片C．Al片、Al片D．Mg条、Cu片
4．将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成原电池，此电池工作时，下列叙述中正确的是（）
A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+
B．Al条表面虽有氧化膜，但可不必处理
C．该电池的内、外电路中，电流均是由电子定向移动形成的
D．Al是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出
★5．银器的保护主要是维持它的原貌，对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间污迹消失，取出后用水洗干净，再用软布或棉团擦光。
有关叙述正确的是（）
A．溶液中的OH－离子向正极移动B．在银表面上的反应为：
Ag2S＋2e―===2Ag＋S2－
C．在铝表面的反应为：
Al―3e－===Al3+D．在铝表面的反应为：
Al＋4OH－＋3e―===AlO2－＋2H2O
2．电极反应式及总反应式的书写
原电池反应所依据的化学反应原理是氧化还原反应，正极反应是还原反应，负极反应是氧化反应，据此书写电极反应的方法如下：
（1）确定原电池的正负极，以及两极上发生反应的物质
负极：
失去电子被氧化，发生氧化反应
正极：
得到电子被还原，发生还原反应
注意：
若电极均为惰性材料，考虑电解质溶液中的阳离子是否能与负极材料反应。
能则是溶液中的阳离子得电子，发生还原反应，若不能与负极材料反应，则考虑空气中的氧气，由氧气得电子，发生还原反应（待学）
（2）书写电极反应式时，必须遵循相关规律
电极反应也遵守质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律
【同步训练】
1．将铁片和银片用导线连接插入CuSO4溶液中，当线路中有0.2mol的电子发生转移时，负极的质量变化是（）
A．增加0.8gB．减轻6.4gC．减轻5.6gD．增加5.6g
3．写原电池反应式的方法
（1）电极加减法
已知总反应式与其中一极的电极反应式，可用减法求得另一极的电极反应式，即：
负极反应＝总反应－正极反应
正极反应＝总反应－负极反应
（2）价态判定法
已知总反应式，可根据元素化合价的变化，判定两极反应，如：
Mg＋2H+===Mg2+＋H2↑
负极：
Mg－2e－===Mg2+正极：
2H+＋2e－===H2↑
（3）简约判定法
原电池一般是活泼金属作负极，与电解质溶液发生反应，所以可无视正极存在，只需根据负极材料和电解质溶液写出总反应式。
如（Zn－｜CuSO4（aq）｜－Cu）组成的原电池，则可无视Cu的存在，总反应式为：
Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+，再推导电极反应式：
负极：
Zn－2e－===Zn2+正极：
Cu2+＋2e－===Cu
【同步训练】
1．可以将反应Zn＋Br2===ZnBr2组成原电池，下列4个电极反应：
①Br2＋2e－===2Br－②2Br――2e－===Br2③Zn―2e－===Zn2+④Zn2+＋2e－===Zn。
其中表示正极反应和负极反应的反应式分别是（）
A．②③B．②①C．①③D．④①
4．原电池的应用
（1）由原电池的正、负极反应及产生的现象来推断金属的活动性强弱
在原电池中，由于相对活泼的金属作原电池的负极，活泼性相对较弱的金属或导电的非金属作原电池的正极，因此，只要判断或已知原电池的正、负极即可判断两种金属的活动性强弱
【同步训练】
1．把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成几个原电池。
若a、b相连时，a为负极；c、d相连时电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡；b、d相连时b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为（）
A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a
2．表明金属甲比金属乙活动性强的叙述不正确的是（）
A．在氧化还原反应中，甲失电子数比乙多B．同价态阳离子，甲比乙氧化性弱
C．甲能与盐酸反应放出H2而乙不能D．将甲、乙与稀硫酸组成原电池，乙上冒气泡
3．根据下列实验事实：
①X＋Y2＋===X2＋＋Y②Z＋2H2O
Z（OH）2＋H2↑③Z2＋的氧化性比X2＋弱④由Y、W电极组成的原电池，电极反应为：
W2＋＋2e－===W，Y－2e－===Y2＋，判断X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是（）
A．X＞Z＞Y＞WB．Z＞W＞X＞YC．Z＞X＞Y＞WD．Z＞Y＞X＞W
4．根据下列事实，判断离子的氧化性顺序为①A＋B2+===A2+＋B②D＋2H2O===D（OH）2＋H2↑③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为：
E2+＋2e－===E，B－2e－===B2+（）
A．D2+＞A2+＞B2+＞E2+B．D2+＞E2+＞A2+＞B2+
C．E2+＞B2+＞A2+＞D2+D．A2+＞B2+＞D2+＞E2+
5．有甲、乙、丙、丁四种金属，把甲、丙浸入稀硫酸中，用导线连接时丙为负极；把乙、丁分别浸入稀硫酸中，丁产生气泡的速率更大；把甲、乙用导线连接浸入稀硫酸中，甲上有气泡冒出；把丙浸入丁的硝酸盐溶液中，丙的表面有丁析出。
这四种金属的活动性由强到弱的顺序是
6．将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有食盐溶液的滤纸上面并压紧（如下图所示）在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：
金属
电子流动方向
电压（V）
A
A→Cu
＋0.78
B
Cu→B
－0.15
C
C→Cu
＋1.35
D
D→Cu
＋0.30
已知构成两电极的金属，其金属活动性相差越大，电压表的读数越大，请依据表中数据判断：
（1）_______（填字母，下同）金属可能是最强的还原剂；_______金属一定不能从CuSO4溶液中置换出铜。
（2）若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到蓝色沉淀析出的是_______金属
（2）设计原电池
由于原电池的本质是氧化还原反应，即只有氧化还原反应才有可能设计成原电池，因此可根据原电池装置中正、负极的氧化还原反应类型来确定原电池的正、负极，电解质溶液及电极反应。
如对于反应：
Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu可知：
①电极材料：
负极——铁棒；正极——石墨棒或铜棒等其他还原性比铁弱的导体
②电解质溶液：
CuSO4溶液
③电极反应：
负极：
Fe－2e－===Fe2+正极：
Cu2+＋2e－===Cu
【同步训练】
1．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池的正确组成是（）
A
B
C
D
正极
Cu
Al
Zn
Fe
负极
Zn
Zn
Cu
Zn
溶液
H2SO4
CuSO4
ZnCl2
CuCl2
★2．某原电池的电池反应为：
Fe＋2Fe3+===3Fe2+，与此电池反应不符的原电池是（）
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B．石墨、铁片、Fe（NO3）3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池D．银片、铁片、Fe（NO3）2溶液组成的原电池
3．某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是（）
A．HNO3为电解质溶液B．锌为原电池正极C．铁极质量不变D．铜为原电池正极
4．利用反应：
Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2组成一个化学电池
（1）在右边的方框内画出实验装置图，并指出
正极为______，电极反应式为______________________________________；负极为______，电极反应式为______________________________________。
（2）若电池内溶液为100mL0.5mol/L的FeCl3溶液；当溶液中FeCl3全部被还原成FeCl2时，溶液中ZnCl2的物质的量浓度是__________，导线上通过的电子是________mol。
5．某校化学研究性学习小组设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案，请你帮助他们完成有关实验项目。
（1）方案一：
有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸（或稀盐酸）中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。
该原理的离子方程式为：
。
（2）方案二：
有人利用Fe、Cu作电极设计原电池，以确定它们的活动性。
试在右面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料、电解质溶液，并写出电极反应式：
负极：
___________________________________________；
正极：
___________________________________________。
（3）结合所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu的金属活动性的简单实验方案（与方案一、二不能雷同）：
，用离子方程式表示其反应原理：
。
6．某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转方向
1
Mg、Al
稀硫酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀硫酸
偏向Cu
3
Al、石墨
稀硫酸
偏向石墨
4
Mg、Al
NaOH溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2的Al所作的电极是否相同？
为什么？
____________________________________
_______________________________________________________________________________
（2）写出实验3的电极反应式和电池总反应方程式。
铝为（）____________________________；石墨为（）___________________________；
电池总反应：
__________________________________。
（3）实验4中的铝做正极还是负极？
答：
_____，为什么？
答：
_______________________
_____________________________________________________________________。
（4）解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：
________________________________________。
（5）根据实验结果总结：
在原电池中金属铝做正极还是做负极受到哪些因素的影响？
______________________________________________________________________________
（3）提高化学反应速率
氧化还原反应的本质就是电子的迁移，而没有形成闭合回路前，氧化还原反应中电子的迁移一般只是随机碰撞，当原电池形成后，闭合回路使电子的迁移变得规律有序，从而提高迁移速度，宏观上表现为反应速率的加快。
利用该原理，在实验室制取H2时，常用粗锌（含少量石墨或其他杂质）代替纯锌，利用粗锌中的各种杂质，形成无数个微小的原电池，从而加快产生H2的速率；同理也可在纯Zn与稀硫酸的反应中，加入少量CuSO4溶液，形成Zn－｜H2SO4（aq）｜－Cu原电池，从而加快反应速率
【同步训练】
1．将纯锌片和纯铜片按图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．产生气泡的速度甲比乙慢
2．实验室中欲增大制H2的反应速率，最好的方法是（）
A．纯Zn与稀硫酸反应B．纯锌与稀硝酸
C．粗锌与浓硫酸反应D．纯Zn与稀硫酸、CuSO4混合液反应
3．100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的量，可采用的方法是（）
A．加入适量的6mol/L的盐酸B．加入数滴氯化铜溶液
C．加入适量蒸馏水D．加入适量的氯化钠溶液
★4．将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸溶液中，下列各叙述正确的是（）
A．正极附近c（SO42－）逐渐增大B．反应后溶液的pH增大
C．电子从铜片流向锌片D．Zn、Cu片上若同时有气泡冒出，说明锌片不纯
5．由铜，锌和稀硫酸组成的原电池中，下列各叙述中正确的是（）
A．溶液中的pH值由大变小B．负极Zn的质量增大
C．若铜、锌两极上同时有气泡产生，则说明Zn不纯D．溶液中硫酸浓度不变
6．将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。
图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是（）
（4）防止金属被腐蚀
如将Fe与Cu相连接，处于电解质溶液中形成原电池，此时Cu作正极，可以有效保护铜被腐蚀
【同步训练】
★1．下列变化中属于原电池反应的是（）
A．白铁（镀Zn铁）表面有划损时，也能阻止铁被氧化
B．在空气中金属铝表面迅速被氧化形成保护膜
C．红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层
D．在铁与稀H2SO4反应时，加几滴CuSO4溶液，可加快H2的产生
5．原电池知识总结
知识要点
实例
概念
将化学能转化为电能的装置
Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu
实质
将化学能转化为电能
构成前提
能自发地发生氧化还原反应
构成条件
①两个电极
②电解质溶液
③“两极”“一液”连成闭合回路
④能自发地发生氧化还原反应
电极构成
负极：
还原性相对较强的材料
正极：
还原性相对较弱的材料
Zn板—
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