专题1 第二单元 第1课时

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]

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①锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液颜色变浅。②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

①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。

②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Zn－2e－===Zn2＋；

正极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；

电池反应式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

(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①锌片溶解，铜片加厚变亮；②电流计指针发生

偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。

(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

①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动；

②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动；

③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。

原电池工作原理

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()

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极

②正极反应为Ag＋＋e－===Ag

③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作

④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.①②

B.②③

C.②④

D.③④

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：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===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。

规律总结原电池的设计

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。

2.(2019·永嘉中学期中)下列有关如图所示原电池的叙述中正确的是(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

答案C

解析由题图可得知，Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，则铜片上应有固体析出，反应后铜片质量增加，所以A、D均错误；取出盐桥后，原电池成为断路，因此电流计不会再发生偏转，B错误；左池中由于铜离子的反应，正电荷减少，为保持电中性，盐桥中的K＋会移向CuSO4溶液，C正确。

二原电池的电极判断及电极反应式的书写

1.原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：

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：

(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)2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

(2)2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋

Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag

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.有一钮扣电池，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Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。

(1)Zn发生氧化反应，是负极，电极反应式是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。

(2)Ag2O发生还原反应，是正极，电极反应式是Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。

1.正负极判断方法

(1)由反应的本质判断，负极就是失去电子，化合价升高，发生氧化反应的电极；正极就是得到电子，化合价降低，发生还原反应的电极。

(2)由电极材料判断，原电池的两个电极若是活泼性不同的两种金属，一般活泼金属为负极，相对不活泼金属为正极。

(3)由外电路中电子、电流的流向及内电路中阴阳离子的移动方向判断。对于一个原电池外电路中，电子流出的一极为负极，电子流入的一极为正极。在内电路中，阴离子移向的一极为负极，阳离子移向的一极为正极。

2.电极反应式书写方法

(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。

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Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是()

答案A

解析能实现反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋的原电池应符合以下条件：①负极为Fe，正极材料的活泼性比Fe差；②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。(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2Ag＋＋2e－===2Ag(或Ag＋＋e－===Ag)

Cu－2e－===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)：Zn－2e－===Zn2＋，正极(Cu)：2H＋＋2e－===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：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，甲、乙两烧杯中H2SO4均被消耗，溶液的pH均增大。

2.下图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下：

卡片上的描述合理的是()

A.①②③

B.③④⑤

C.①⑤⑥

D.②③④

答案B

解析构成原电池的正极是Cu，负极是Zn，故①错误；电子从负极Zn流出，流向正极Cu，H＋向正极移动，在Cu上得电子：2H＋＋2e－===H2↑，故②错误，③④正确；此原电池负极上发生的反应是Zn===Zn2＋＋2e－，⑥错误；总反应方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，当有1 mol e－通过时，产生H2为0.5 mol，故⑤正确。

3.(2019·湖州中学期中)如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是()

A.X为负极，电极反应式为Si－4e－===Si4＋

B.X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑

C.X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－===SiO2－3＋3H2O

D.Y为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

答案C

解析先由氧化还原反应确定正极和负极，再根据反应物和产物确定电极反应式。硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：Si－4e－＋6OH－===SiO2－3＋3H2O；铁为正极：4H2O ＋4e－===4OH－＋2H2↑；电池反应方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

4.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()

A.铜电极上发生氧化反应

B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小

C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡

答案C

解析金属活动性Zn>Cu，Zn为负极，失电子发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，得电子发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，A错误；Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋被Zn2＋代替，摩尔质量M(Zn)>M(Cu)，c(SO2－4)不变，乙池溶液的总质量增加，B错误，C正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，阴离子并不通过交