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高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化教课ppt课件
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这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化教课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了化学能，氧化还原，电解质溶液，闭合回路，逐渐溶解，有红色物质生成，Zn2＋，Cu2＋，Cl－，FeCl2溶液等内容，欢迎下载使用。
必备知识 自主预习储备
一、原电池的工作原理1．原电池的构成
2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)
【特别提醒】 (1)盐桥(以铜锌原电池为例)的理解。①成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。②离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。③作用：a.使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。b.避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。(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。
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)(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。( )
二、实验探究——原电池的设计请根据离子反应Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu设计一个原电池。1．将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：___________________；正极：___________________。
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
2．确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用铁作负极，用铜作正极。3．确定电解质溶液(1)负极区用__________作电解液；(2)正极区用__________作电解液；(3)如果原电池中没有盐桥，可用__________作电解液。
4．构成闭合回路将电极用导线连接，使之构成闭合回路。5．确定装置图
无盐桥 有盐桥
关键能力 情境探究达成
A B(注：盐桥中装有KCl饱和溶液的琼脂)如图是某原电池装置示意图，结合本图讨论原电池的工作原理、正负极的判断及电极反应式的书写。
[问题探究][问题1] 盐桥的作用是什么？盐桥中阴阳离子的运动方向是怎样的？
提示：作用：①使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。②避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。离子移动方向：Cl－移向CuCl2溶液，K＋移向FeCl3溶液。
[问题2] 在该原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
提示：由于金属Cu比金属Pt活泼，Cu失去电子，电子通过导线流向铂电极。电子不能通过电解质溶液。在A中，盐桥中的K＋移向FeCl3溶液，在B中，盐桥中的Cl－移向CuCl2溶液，导线中电子的定向移动形成电流，溶液中阴、阳离子的定向移动形成电流。
[问题3] 在该原电池中，得失电子的物质是什么？各发生什么反应类型？Pt和Cu各为什么电极？
提示：Cu失电子发生氧化反应、FeCl3溶液中Fe3+得电子发生还原反应；Pt为正极，Cu为负极。
[问题4] 写出Pt和Cu的电极反应式及该原电池的总反应。
提示：Pt：Fe3+＋e－===Fe2+ Cu：Cu－2e－===Cu2+；总反应：2Fe3+＋Cu===Cu2+＋2Fe2+。
[归纳总结]1．原电池工作原理示意图
轻巧记忆(锌铜原电池工作原理)：
2．原电池正负极的判断
3．原电池的电极材料“两注意”(1)注意电解质溶液对电极类型的影响。一般较活泼金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池，则是较不活泼的金属作负极。例如：镁－铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。(2)注意电极材料是否参与反应。负极材料不一定参与反应，如燃料电池；负极和正极材料都参与反应，如铅蓄电池。
4．一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，与电池总反应式对照验证。
5．已知电池总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。(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＝电池总反应式－简单的电极反应式。
[能力达成]1．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
① ② ③ ④A．①②中Mg作为负极，③④中Fe作为负极B．②中Mg作为正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+D．④中Cu作为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B [Mg比Al活泼，在①中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故②中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故③中Cu为负极，Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H＋得电子能力强，故Fe失去电子，O2在Cu极得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]
[情境素材]某兴趣小组为探究构成原电池的条件，将A、B、C、D四种金属按表中的装置图进行实验。
[问题探究][问题1] 甲、乙、丙中A、B、C、D四种金属对应电极名称是什么极？活泼性顺序如何？
提示：甲：A为负极，B为正极；乙：B为负极，C为正极；丙：D为负极，A为正极；活泼性顺序：D＞A＞B＞C。
[问题2] 用乙装置设计反应：Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，B、C的电极材料是什么？
提示：B为Fe，C为Cu或C等。
[问题3] 设计含盐桥的装置实验Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，画出装置图(注明电解质溶液、电极材料和电极名称)。
[归纳总结]1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性的强弱例如：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。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b。
B [H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。]
[能力达成]1．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀H2SO4，将过量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是( )
2．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验(每组实验均可形成原电池)，据此判断四种金属的活动性顺序是( )①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C上产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞DC．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A
A [①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子移动方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C上产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，故A项正确。]
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1．下列关于原电池的叙述正确的是( )A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应式为Cu2+＋2e－===CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池化学反应相同
D [该原电池中铜片作负极，银片作正极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传递离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D选项正确。]
3．控制合适的条件，将反应2Fe3+＋2I－⥫⥬2Fe2+＋I2设计成如图所示的原电池。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．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
D [由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3+得到电子变为Fe2+，被还原，I－失去电子变为I2，被氧化，A、B项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；向甲中加入FeCl2固体，对于2Fe3+＋2I－⥫⥬2Fe2+＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2+被氧化，I2被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D项错误。]
4．分别按图所示甲、乙装置进行实验，图中两个烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。(1)下列叙述正确的是________(填字母)。A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极C．两烧杯中溶液中的H＋浓度均减小D．产生气泡的速率甲中的比乙中的慢
(2)甲装置中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，原因可能是________________________________。(3)甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应式：___________________。
锌片不纯，锌与杂质构成原电池
Cu2+＋2e－===Cu
[解析] (1)铜不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面有气泡产生，故A错误；乙没有形成闭合回路，不能形成原电池，故B错误；两烧杯中稀硫酸都参加反应，氢离子浓度均减小，故C正确；甲能形成原电池反应，较一般化学反应速率更大，所以产生气泡的速率甲中比乙中快，故D错误；故选C。(2)在甲实验中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，是由于锌片不纯，在锌片上形成原电池。(3)在甲实验装置中，如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液，Cu2+在正极上得电子被还原产生Cu，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu。
基础课时固基练(4) 原电池的工作原理
1．下列关于原电池的说法中，正确的是( )A．任何化学反应理论上都能设计成原电池B．原电池工作时，阳离子向负极移动C．原电池的负极发生氧化反应D．原电池工作时，电子通过电解质溶液流向正极
C [A.自发进行的放热的氧化还原反应能设计成原电池，非氧化还原反应一定不能设计成原电池，故A错误；B.原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故B错误；C.原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故C正确；D.原电池工作时，电子从负极经导线流向正极，溶液中存在离子的定向迁移，电解质溶液中不存在电子的移动，故D错误。]
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气体的是( )
A [装置B、C中无化学反应发生；D不能形成闭合回路；只有A能形成原电池，铜电极上有氢气产生。]
A B C D
3．实验发现在氯化铁酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )A．盐桥中的阴离子往左边烧杯移动B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C．该电池铂电极上立即有气泡出现D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3+===2Fe＋3Zn2+
B [根据上述分析可知：Zn为负极，失去电子，Zn2+进入溶液，根据同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引的原则，盐桥中的阴离子会往正电荷较多的右边烧杯移动，A错误；左边烧杯中溶液的Fe3+在Pt电极上得到电子生成Fe2+，由于消耗Fe3+，所以左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去，B正确；铂电极上Fe3+被还原为Fe2+，没有气体生成，所以没有气泡产生，C错误；该电池总反应为Zn＋2Fe3+===2Fe2+＋Zn2+，没有铁单质生成，D错误；故答案为B。]
4．某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是( )A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极
D [根据氯离子移动方向，可知b是负极，a是正极。Zn为负极，失电子发生氧化反应，故A错误；b电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，故B错误；电子流动方向是b电极→电流表→a电极，故C错误；正极材料的活泼性比负极材料弱，故D正确。]
5．将反应Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2+(aq)＋2Ag(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是( )A．KNO3盐桥中的K＋移向Cu(NO3)2溶液B．该原电池可使用KCl盐桥C．工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大D．取出盐桥后，电流计的指针依然发生偏转
C [该原电池中Cu为负极，Cu极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，Ag为正极，Ag极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。A项，KNO3盐桥中的K＋移向正极，移向AgNO3溶液，错误；B项，KCl与AgNO3反应生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，错误；C项，负极反应生成的Cu2+进入Cu(NO3)2溶液中，工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大，正确；D项，取出盐桥后，不能形成闭合回路，电流表的指针不会发生偏转，错误；答案选C。]
6．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
甲 乙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CuD．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
B [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，电子从负极经导线流向正极，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。]
7．为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_________________________________________________________________________________，电池总反应式为___________。
锌片逐渐溶解，铜片上有
红色物质析出，电流表指针发生偏转 Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu
8．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 ml·L-1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 ml·L-1NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲池中发生的有关电极反应式：负极___________________，正极___________________。(2)乙池中负极为________(填元素符号)，正极发生________反应，总反应的离子方程式为_____________________________________。
Mg－2e－===Mg2+
2H＋＋2e－===H2↑
(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________(填写元素符号，下同)金属活动性更强，而乙会判断出______金属活动性更强。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？____(填字母)。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D．该实验说明化学研究对象复杂，反应条件多变，应具体问题具体分析
(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法___________(选填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：_______________________________________。
根据电路中电流的方向或电子转移的方向
[解析] (1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2+，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极。若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg金属活动性强，乙判断Al金属活动性强。
9．已知反应2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag可设计成如图所示的原电池。普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液，根据这一物理化学特点，科学家利用该电池发明了电动势法测水泥的初凝时间。下列有关说法正确的是( )A．电子方向从Cu→Ag2O→电解质溶液→Cu，形成闭合回路B．正极的电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－===2Ag＋H2OC．2 ml Cu与1 ml Ag2O的总能量低于1 ml Cu2O与2 ml Ag的总能量D．电池工作时，OH－向Cu极移动
D [A.原电池工作时，电子由负极Cu流出、经过导线流向正极Ag，不能进入溶液中，故A错误；B.由电池反应方程式2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag知，较不活泼的金属银作正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B错误；C.因为原电池的构成条件之一为自发放热的氧化还原反应，所以该反应为放热反应，则2 ml Cu与1 ml Ag2O的总能量高于1 ml Cu2O与2 ml Ag的总能量，故C错误；D.该原电池中Cu作负极、Ag作正极，原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即OH－向Cu极移动，故D正确。]
11．某同学设计了如图所示的盐桥式原电池，下列说法正确的是( ) A．X若为Fe、Y可以为Na2SO4溶液B．X若为Cu、Y可以为AgNO3溶液C．电子由X电极经盐桥流向Ag电极D．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动
B [若X为Fe、Y为Na2SO4溶液不能构成带盐桥的原电池，A选项错，C选项中盐桥内部是靠离子移动导电，非自由电子。 D 选项中根据左边为负极，Cu失电子，正电荷增多，应该是盐桥中的Cl－移动过来，才能保持电荷守恒，K＋应向右侧烧杯移动。]
12．现有A、B、C、D和Cu五种金属片，将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图)，每次实验时，通过灵敏电流计测出电子流动方向如下。
根据上述情况，回答下列问题。(1)上述五种金属的活动性顺序(由强到弱)：_______________。(2)在①中，Cu片上观察到的现象是___________________。(3)在②中，溶液中H＋向金属片______移动。(4)如果实验⑤用B、D，则导线中电流方向为________(填“B→D”或“D→B”)。
(5)已知反应：Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+。请用下列试剂和材料，用上图所示装置，将此反应设计成原电池。试剂：CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、双氧水、NaOH溶液。材料：Cu片、Fe片、石墨棒。设计电池应选用的试剂和材料是_________________________。
FeCl3溶液、Cu片、石墨棒
必备知识 自主预习储备
一、原电池的工作原理1．原电池的构成
2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)
【特别提醒】 (1)盐桥(以铜锌原电池为例)的理解。①成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。②离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。③作用：a.使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。b.避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。(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。
判一判 (正确的打“√”，错误的打“×”)(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。( )
二、实验探究——原电池的设计请根据离子反应Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu设计一个原电池。1．将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：___________________；正极：___________________。
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
2．确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用铁作负极，用铜作正极。3．确定电解质溶液(1)负极区用__________作电解液；(2)正极区用__________作电解液；(3)如果原电池中没有盐桥，可用__________作电解液。
4．构成闭合回路将电极用导线连接，使之构成闭合回路。5．确定装置图
无盐桥 有盐桥
关键能力 情境探究达成
A B(注：盐桥中装有KCl饱和溶液的琼脂)如图是某原电池装置示意图，结合本图讨论原电池的工作原理、正负极的判断及电极反应式的书写。
[问题探究][问题1] 盐桥的作用是什么？盐桥中阴阳离子的运动方向是怎样的？
提示：作用：①使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。②避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。离子移动方向：Cl－移向CuCl2溶液，K＋移向FeCl3溶液。
[问题2] 在该原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
提示：由于金属Cu比金属Pt活泼，Cu失去电子，电子通过导线流向铂电极。电子不能通过电解质溶液。在A中，盐桥中的K＋移向FeCl3溶液，在B中，盐桥中的Cl－移向CuCl2溶液，导线中电子的定向移动形成电流，溶液中阴、阳离子的定向移动形成电流。
[问题3] 在该原电池中，得失电子的物质是什么？各发生什么反应类型？Pt和Cu各为什么电极？
提示：Cu失电子发生氧化反应、FeCl3溶液中Fe3+得电子发生还原反应；Pt为正极，Cu为负极。
[问题4] 写出Pt和Cu的电极反应式及该原电池的总反应。
提示：Pt：Fe3+＋e－===Fe2+ Cu：Cu－2e－===Cu2+；总反应：2Fe3+＋Cu===Cu2+＋2Fe2+。
[归纳总结]1．原电池工作原理示意图
轻巧记忆(锌铜原电池工作原理)：
2．原电池正负极的判断
3．原电池的电极材料“两注意”(1)注意电解质溶液对电极类型的影响。一般较活泼金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池，则是较不活泼的金属作负极。例如：镁－铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。(2)注意电极材料是否参与反应。负极材料不一定参与反应，如燃料电池；负极和正极材料都参与反应，如铅蓄电池。
4．一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，与电池总反应式对照验证。
5．已知电池总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。(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＝电池总反应式－简单的电极反应式。
[能力达成]1．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( )
① ② ③ ④A．①②中Mg作为负极，③④中Fe作为负极B．②中Mg作为正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+D．④中Cu作为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B [Mg比Al活泼，在①中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故②中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故③中Cu为负极，Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H＋得电子能力强，故Fe失去电子，O2在Cu极得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]
[情境素材]某兴趣小组为探究构成原电池的条件，将A、B、C、D四种金属按表中的装置图进行实验。
[问题探究][问题1] 甲、乙、丙中A、B、C、D四种金属对应电极名称是什么极？活泼性顺序如何？
提示：甲：A为负极，B为正极；乙：B为负极，C为正极；丙：D为负极，A为正极；活泼性顺序：D＞A＞B＞C。
[问题2] 用乙装置设计反应：Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，B、C的电极材料是什么？
提示：B为Fe，C为Cu或C等。
[问题3] 设计含盐桥的装置实验Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，画出装置图(注明电解质溶液、电极材料和电极名称)。
[归纳总结]1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性的强弱例如：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。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性：a＞b。
B [H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。]
[能力达成]1．a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀H2SO4，将过量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是( )
2．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验(每组实验均可形成原电池)，据此判断四种金属的活动性顺序是( )①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C上产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞DC．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A
A [①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子移动方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C上产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，故A项正确。]
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1．下列关于原电池的叙述正确的是( )A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应式为Cu2+＋2e－===CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池化学反应相同
D [该原电池中铜片作负极，银片作正极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传递离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D选项正确。]
3．控制合适的条件，将反应2Fe3+＋2I－⥫⥬2Fe2+＋I2设计成如图所示的原电池。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．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
D [由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3+得到电子变为Fe2+，被还原，I－失去电子变为I2，被氧化，A、B项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；向甲中加入FeCl2固体，对于2Fe3+＋2I－⥫⥬2Fe2+＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2+被氧化，I2被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D项错误。]
4．分别按图所示甲、乙装置进行实验，图中两个烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。(1)下列叙述正确的是________(填字母)。A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极C．两烧杯中溶液中的H＋浓度均减小D．产生气泡的速率甲中的比乙中的慢
(2)甲装置中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，原因可能是________________________________。(3)甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应式：___________________。
锌片不纯，锌与杂质构成原电池
Cu2+＋2e－===Cu
[解析] (1)铜不能与稀硫酸反应，甲烧杯中铜片表面有气泡产生，故A错误；乙没有形成闭合回路，不能形成原电池，故B错误；两烧杯中稀硫酸都参加反应，氢离子浓度均减小，故C正确；甲能形成原电池反应，较一般化学反应速率更大，所以产生气泡的速率甲中比乙中快，故D错误；故选C。(2)在甲实验中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，是由于锌片不纯，在锌片上形成原电池。(3)在甲实验装置中，如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液，Cu2+在正极上得电子被还原产生Cu，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu。
基础课时固基练(4) 原电池的工作原理
1．下列关于原电池的说法中，正确的是( )A．任何化学反应理论上都能设计成原电池B．原电池工作时，阳离子向负极移动C．原电池的负极发生氧化反应D．原电池工作时，电子通过电解质溶液流向正极
C [A.自发进行的放热的氧化还原反应能设计成原电池，非氧化还原反应一定不能设计成原电池，故A错误；B.原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故B错误；C.原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故C正确；D.原电池工作时，电子从负极经导线流向正极，溶液中存在离子的定向迁移，电解质溶液中不存在电子的移动，故D错误。]
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气体的是( )
A [装置B、C中无化学反应发生；D不能形成闭合回路；只有A能形成原电池，铜电极上有氢气产生。]
A B C D
3．实验发现在氯化铁酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成Fe2+。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是( )A．盐桥中的阴离子往左边烧杯移动B．左烧杯中溶液的红色逐渐褪去C．该电池铂电极上立即有气泡出现D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3+===2Fe＋3Zn2+
B [根据上述分析可知：Zn为负极，失去电子，Zn2+进入溶液，根据同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引的原则，盐桥中的阴离子会往正电荷较多的右边烧杯移动，A错误；左边烧杯中溶液的Fe3+在Pt电极上得到电子生成Fe2+，由于消耗Fe3+，所以左边烧杯中溶液的红色逐渐褪去，B正确；铂电极上Fe3+被还原为Fe2+，没有气体生成，所以没有气泡产生，C错误；该电池总反应为Zn＋2Fe3+===2Fe2+＋Zn2+，没有铁单质生成，D错误；故答案为B。]
4．某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是( )A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极
D [根据氯离子移动方向，可知b是负极，a是正极。Zn为负极，失电子发生氧化反应，故A错误；b电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，故B错误；电子流动方向是b电极→电流表→a电极，故C错误；正极材料的活泼性比负极材料弱，故D正确。]
5．将反应Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2+(aq)＋2Ag(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是( )A．KNO3盐桥中的K＋移向Cu(NO3)2溶液B．该原电池可使用KCl盐桥C．工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大D．取出盐桥后，电流计的指针依然发生偏转
C [该原电池中Cu为负极，Cu极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，Ag为正极，Ag极的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。A项，KNO3盐桥中的K＋移向正极，移向AgNO3溶液，错误；B项，KCl与AgNO3反应生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，错误；C项，负极反应生成的Cu2+进入Cu(NO3)2溶液中，工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大，正确；D项，取出盐桥后，不能形成闭合回路，电流表的指针不会发生偏转，错误；答案选C。]
6．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
甲 乙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CuD．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高
B [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，电子从负极经导线流向正极，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。]
7．为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_________________________________________________________________________________，电池总反应式为___________。
锌片逐渐溶解，铜片上有
红色物质析出，电流表指针发生偏转 Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu
8．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 ml·L-1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 ml·L-1NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲池中发生的有关电极反应式：负极___________________，正极___________________。(2)乙池中负极为________(填元素符号)，正极发生________反应，总反应的离子方程式为_____________________________________。
Mg－2e－===Mg2+
2H＋＋2e－===H2↑
(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________(填写元素符号，下同)金属活动性更强，而乙会判断出______金属活动性更强。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？____(填字母)。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D．该实验说明化学研究对象复杂，反应条件多变，应具体问题具体分析
(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法___________(选填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：_______________________________________。
根据电路中电流的方向或电子转移的方向
[解析] (1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2+，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，所以负极为Al，正极为Mg，正极上发生还原反应。(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极。若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg金属活动性强，乙判断Al金属活动性强。
9．已知反应2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag可设计成如图所示的原电池。普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液，根据这一物理化学特点，科学家利用该电池发明了电动势法测水泥的初凝时间。下列有关说法正确的是( )A．电子方向从Cu→Ag2O→电解质溶液→Cu，形成闭合回路B．正极的电极反应式为Ag2O＋2H＋＋2e－===2Ag＋H2OC．2 ml Cu与1 ml Ag2O的总能量低于1 ml Cu2O与2 ml Ag的总能量D．电池工作时，OH－向Cu极移动
D [A.原电池工作时，电子由负极Cu流出、经过导线流向正极Ag，不能进入溶液中，故A错误；B.由电池反应方程式2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag知，较不活泼的金属银作正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，故B错误；C.因为原电池的构成条件之一为自发放热的氧化还原反应，所以该反应为放热反应，则2 ml Cu与1 ml Ag2O的总能量高于1 ml Cu2O与2 ml Ag的总能量，故C错误；D.该原电池中Cu作负极、Ag作正极，原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即OH－向Cu极移动，故D正确。]
11．某同学设计了如图所示的盐桥式原电池，下列说法正确的是( ) A．X若为Fe、Y可以为Na2SO4溶液B．X若为Cu、Y可以为AgNO3溶液C．电子由X电极经盐桥流向Ag电极D．盐桥中的K＋向左侧烧杯移动、Cl－向右侧烧杯移动
B [若X为Fe、Y为Na2SO4溶液不能构成带盐桥的原电池，A选项错，C选项中盐桥内部是靠离子移动导电，非自由电子。 D 选项中根据左边为负极，Cu失电子，正电荷增多，应该是盐桥中的Cl－移动过来，才能保持电荷守恒，K＋应向右侧烧杯移动。]
12．现有A、B、C、D和Cu五种金属片，将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图)，每次实验时，通过灵敏电流计测出电子流动方向如下。
根据上述情况，回答下列问题。(1)上述五种金属的活动性顺序(由强到弱)：_______________。(2)在①中，Cu片上观察到的现象是___________________。(3)在②中，溶液中H＋向金属片______移动。(4)如果实验⑤用B、D，则导线中电流方向为________(填“B→D”或“D→B”)。
(5)已知反应：Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+。请用下列试剂和材料，用上图所示装置，将此反应设计成原电池。试剂：CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、KSCN溶液、K3[Fe(CN)6]溶液、双氧水、NaOH溶液。材料：Cu片、Fe片、石墨棒。设计电池应选用的试剂和材料是_________________________。
FeCl3溶液、Cu片、石墨棒
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