原电池的工作原理.docx

1、原电池的工作原理一、原电池的工作原理1原电池的构造与工作原理（1）有关的实验现象锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅；电流表的指针发生偏转，装置中的能量变化是化学能转化为电能。（2）电极名称和电极反应锌电极为负极，发生氧化反应，电极反应式是Zn2e=Zn2；铜电极为正极，发生还原反应，电极反应式是Cu22e=Cu；电池总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu。（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：阳离子移向铜电极(正极)，阴离子移向锌电极(负极)。（4）原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连

2、在一起，插入电解质溶液或熔融电解质中，且能自发地发生氧化还原反应。【关键点拨】（1）原电池原理是将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）原电池工作原理示意图2盐桥原电池(或双液原电池)（1）实验过程中，能观察到的实验现象锌片逐渐溶解，铜片逐渐加厚变亮；电流表指针发生偏转；硫酸铜溶液的颜色变浅。（2）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)。（3）若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？不偏

3、转，原因是取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池。【关键点拨】原电池中盐桥的作用（1）构成闭合回路，形成原电池。（2）避免电极与电解质溶液直接反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。（3）盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使电解质溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。二、原电池原理的应用1比较金属活动性强弱对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。例如：a和b两种金属，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，则a为负极，b为正极，金属活动性ab。2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：实验室制取氢气时

4、，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。3设计化学电池（1）理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。（2）外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。（3）内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。1关于下图装置的叙述，正确的是A铜是负极，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氢离子在铜片表面被还原后生成H2【答案】D【解析】根据题中装置图可知，本题考查原电池的工作原理，运用原电池的工作原理分析。【详解】CuZn稀硫酸原电池放电时，较活泼的金属锌作负极，A项错误；CuZn稀

5、硫酸原电池放电时，较活泼的金属锌作负极，铜作正极，氢离子从铜片获得电子被还原成氢气，铜片质量不变，B项错误；原电池放电时，电流从正极铜沿导线流向负极锌，C项错误；CuZn稀硫酸原电池放电时，较活泼的金属锌作负极，铜作正极，氢离子从铜片获得电子被还原成氢气，D项正确。答案选D。2如图所示为锌铜原电池，下列叙述中正确的是A盐桥中阴离子向CuSO4溶液中迁移B外电路电流由铜片流向锌片C锌片是电池负极，发生还原反应DCuSO4溶液质量一定减小【答案】B【解析】左侧烧杯中阳离子数目增加，因此盐桥中的阴离子向ZnSO4溶液中移动，A项错误；原电池工作时，外电路电流有正极（铜片）沿导线经过电流计流向负极（锌

6、片），B项正确；Zn的活动性比Cu强，Zn做负极，失电子，发生氧化反应，C项错误；若盐桥中阴离子为硫酸根则CuSO4溶液的质量不变，D项错误。答案选B。3锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)=Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s)，下列说法错误的是A电池工作时，锌失去电子B用该电池电解水时，电子通过外电路流向电解池阳极C电池正极电极反应式为：2MnO2(s)+2H2O(l)+2e-=2MnOOH(s)+2OH-(aq)D外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g【答案】B【解析】根据总反应式，锌的化合价从0价升高到+

7、2价，失去电子，A项正确；用该电池电解水时，电子从负极通过外电路流向电解池阴极，B项错误；根据总反应式，锰的化合价从+4价降低到+3价，在正极发生的反应是MnO2得到电子生成MnOOH，溶液是碱性的，用OH配平电荷守恒，C项正确；负极是锌失去电子生成Zn(OH)2，根据电极反应Zn-2e-+2 OH-= Zn(OH)2，外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小0.2mol65g/mol=6.5g，D项正确。答案选B。3一种检测空气中甲醛(HCHO)含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是A传感器工作时，工作电极电势低B工作时，H+通过交换膜向对电极附近移动C当导线中通

8、过2l06 mol电子，进入传感器的甲醛为3103 mgD工作时，对电极区电解质溶液的pH增大【答案】C【解析】原电池工作时，HCHO在负极转化为CO2，其电极反应式为HCHO+H2O-4e-=CO2+4H+，O2在正极得电子发生还原反应，其电子反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，以此解答。【详解】HCHO在工作电极失电子被氧化，做原电池的负极，工作电极电势低，A项正确；根据原电池工作原理易知，工作时，溶液中的阳离子（氢离子）向电源的正极移动，即对电极方向，B项正确；负极反应为HCHO+H2O-4e-=CO2+4H+，当电路中转移2l06 mol 电子时，消耗HCHO的物质的量为2l06

9、mol =5l07 mol，C项错误；工作时，对电极的电极反应为：4H+O2+4e-=2H2O，反应后生成水，虽然有相同数量的氢离子从负极迁移过来，但是，由于溶液的体积增大，正极区溶液的酸性减弱，其pH值增大，D项正确。答案选C。5有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序是实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增加b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流计指示，导线中电流从a极流向d极Aabcd Bbcda Cdabc Dabdc【答案】C【解析】中发生电化学腐蚀，a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以

10、金属的活动性顺序ab；中发生化学腐蚀，b极有气体产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序bc；中发生电化学腐蚀，d极溶解所以d是负极，c极有气体产生所以c是正极，所以金属的活动性顺序dc；中发生电化学腐蚀，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序da；综上所述，这四种金属的活动性顺序dabc。答案选C。6控制适合的条件，将反应2Fe3+2I2Fe2+I2设计成如右图所示的原电池。下列判断不正确的是A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨

11、电极为负极【答案】D【解析】乙中I失去电子放电，发生氧化反应，A项正确；由总反应方程式知，Fe3被还原成Fe2，B项正确；当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，C项正确；甲中加入Fe2，导致平衡逆向移动，则Fe2失去电子生成Fe3，作为负极，则乙中石墨电极为正极，D项错误。答案选D。7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=LiBLi是负极，电极反应式为Lie=LiCMnO2是负极，电极反应式为MnO2e=MnODLi是负极，电极

12、反应式为Li2e=Li2【答案】B【解析】由总反应方程式inO2=nO2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=MnO。答案选B。8锂(Li)空气电池的工作原理如图所示下列说法不正确的是A金属锂作负极，发生氧化反应BLi+通过有机电解质向水溶液处移动C正极的电极反应：O2+4e=2O2D电池总反应：4Li+O2+2H2O=4LiOH【答案】C【解析】在锂空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；Li在负极失去电子变成了Li+，会通过有机电解质向

13、水溶液处（正极）移动，B项正确；正极氧气得到了电子后与氢结合形成氢氧根，电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，C项错误；负极的反应式为Li-e-= Li+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应则为4Li+O2+2H2O=4LiOH，D项正确。答案选C。9.某 0.2L 无土栽培用的营养液中含有 KCl、K2SO4、NH4Cl三种溶质，测得该营养液中部分离子的浓度柱状图如图甲所示。(1)该营养液中 K2SO4的物质的量浓度为_mol/L。(2)若 NH不参与其他任何反应，将该营养液加水稀释，稀释过程中NH的浓度(c)随溶液体积(V)变化的曲线如图乙所示，则V1=_，

14、V2=_。.锂锰电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2，回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由_极流向_极(填字母)。(2)电池正极反应式为_。(3)是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。【答案】.(1)4.0 (2)0.2 (3)1.0 .(1)b a (2)MnO2+e-+Li+=LiMnO2 (3)否 电极Li是活泼金属，能与水反应 【分析】根据柱状图可知，K+、SO42、Cl-的浓度分别是 9.0mol/L、4.0mol/L、9.0mol/L，由电荷守恒得c(NH4+)c

15、(Cl-)+2c(SO42)-c(K+)= 9.0mol/L+8.0mol/L-9.0mol/L=8.0mol/L；Li作负极，失电子，变为Li+；MnO2作正极，得电子，变为LiMnO2。【详解】(1)只有K2SO4含SO42，因此c(K2SO4)=c(SO42)=4.0mol/L；(2)由图可知V1时c(NH4+)=8.0mol/L，则V1=0.2；根据c(浓)V(浓)=c(稀)V(稀)得：.0mol/L0.2L=1.6mol/LV2，可求出 V2=1.0；(1)锂作负极，因此外电路的电流方向是由正极 b 流向负极 a；(2)MnO2在电池正极b上得到电子变成LiMnO2，电极反应式为Mn

16、O2+e-+Li+=LiMnO2；(3)由于负极材料 Li 是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。10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

17、AB；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性BC；丙中A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。1等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是A B C D【答案】A【解析】等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，向a中加入少量的CuSO4溶液，锌粉与CuSO4发生反应，Zn+Cu2+=Cu+Zn2+，形成铜锌原电池，加快了反应速率，但反应消耗了锌粉，故反应结束后生成的氢气的体积小于b中生成氢气的体积，A项图像符合题意。答案选A。2关于下图所示的原电池，下列

18、说法正确的是A电子从锌电极通过电流表流向铜电极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=H2D取出盐桥后，电流表仍会偏转，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项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B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项错误。答案选A。3如图所示装置为新型电池，放电时的总反应式为NaBr3+2Na2S2=3NaBr+Na2S4，下列说法正确的是A放电时B电极发生氧化反应B

19、放电时A极反应式为2Na2S2+2e-Na2S4+2Na+C外电路中的电流方向为A灯泡BD放电时Na+从左向右通过阳离子交换膜【答案】D【解析】由放电时电池的总反应式为NaBr3+2Na2S2=3NaBr+Na2S4可知，负极反应为2Na2S2-2e-=2Na+Na2S4，正极反应为NaBr3+2Na+2e-=3NaBr，则A为原电池的负极，B为原电池的正极，以此解答该题。【详解】根据分析，放电时B为原电池的正极，B电极发生还原反应，A项错误；根据分析，放电时A负极，反应式为2Na2S2-2e-=2Na+Na2S4，B项错误；根据分析，A为原电池的负极，B为原电池的正极，外电路中的电流从正极流

20、向负极，方向为B灯泡A，C项错误；放电时为原电池，原电池中阳离子向正极移动，B为原电池的正极，Na+从左向右通过阳离子交换膜向B电极移动，D项正确。答案选D。4某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl22AgCl。下列说法正确的是A正极反应为AgCl eAg ClB放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子【答案】D【解析】结合电池总反应，正极反应式为Cl22e2Cl，A项错误；由于阳离子交换膜只允许阳离子通过，故在左侧溶液中才会有大量白色沉淀生成，B项错误；若用

21、NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧产生0.01 mol Ag与盐酸反应产生AgCl沉淀，同时约有0.01 mol H通过阳离子交换膜转移到右侧溶液中，故左侧溶液共约0.02 mol离子减少，D项正确。答案选D。5某校化学兴趣小组为了探究原电池工作原理，进行如下系列实验。请分析实验结果并回答相应问题。（1）实验一中，铜片、锌片表面均有红色物质析出，电流表指针偏转，但较短时间内电流明显减小。实验结束时测得锌片减少了3.94 g，铜片增重了3.84 g，则该原电池的工作效率是_(指参加原电池反应的锌占反应总量的百分率)。（2）实验二中，刚将

22、铜片、锌片插入溶液中时电流表指针偏转，但立即就归零了。为什么锌的电子不能持续通过导线流向铜极给Cu2+?_。（3）实验三中，盐桥中K+流向_(填“ZnSO4”或“CuSO4”)溶液，如果Zn的消耗速率为110-3mols-1，则K+的迁移速率为_mols-1。与实验一比较，实验三原电池的工作效率大大提高，原因是_。（4）根据实验一、二、三可得出的结论是_(写出两点即可)。【答案】（1）60% （2）未形成闭合回路 （3）CuSO4 210-3 氧化剂和还原剂互不接触，电子只能通过导线发生转移 （4）Zn的活泼性比Cu的强、原电池的两极需要形成闭合回路才能产生电流、有盐桥的原电池可以提高工作效率

23、(其他答案合理也可) 【解析】（1）铜片、锌片表面均有红色物质铜析出，固体减小的质量为：3.94g-3.84g=0.1g，根据反应关系式：ZnCu m（减小） 65 64 1 6.5g 0.1g参加反应的锌的质量为6.5g，根据电子守恒，参加原电池反应的锌的物质的量为n（Zn）=n（Cu）=0.06mol，该原电池的工作效率为：100%=60%；（2）由于锌失电子则形成Zn2+进入溶液显正电性，Cu2+得电子则溶液显负电性，这两种因素均阻碍电子流向铜板，未形成闭合回路；（3）实验三中，铜为正极，锌为负极，电流在外电路有铜流向锌，溶液中电流由锌流向铜，所以钾离子流向CuSO4溶液，氯离子流向硫酸锌溶液；根据电荷守恒可知，如果Zn的消耗速率为110-3mol/s，则钾离子则K+的迁移速率为210-3 mols-1；实验一中Zn直接和硫酸铜接触，有少量的铜离子在锌的表面得电子发生反应，而实验三氧化剂和还原剂互不接触，电子只能通过导线发生转移，所以工作效率大大提高；（4）根据实验一、二、三可得出的结论是Zn的活泼性比Cu的强、原电池的两极需要形成闭合回路才能产生电流，有盐桥的原电池可以提高工作效率。