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人教版 (新课标)第一节 原电池教案及反思
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这是一份人教版 (新课标)第一节 原电池教案及反思，共18页。
1．了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。(重点)
2．能正确书写电极反应式和电池反应方程式。(重难点)
3．能设计简单的原电池。
[基础·初探]
教材整理
1．原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。
2．原电池构成条件
3．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
[探究·升华]
[思考探究]
将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，同时浸入盛有CuSO4溶液的烧杯中，装置如图。
问题思考：
(1)如图装置两金属表面如何变化？电流计指针是否发生偏转？请分析铜片和锌片上的反应。
【提示】 Zn被腐蚀，Cu上有固体析出。电流计指针发生偏转。
Zn片：Zn－2e－===Zn2＋ 铜片：Cu2＋＋2e－===Cu
(2)在图示装置中，若实验进行一段时间，电流计指针偏转的角度减小，最终没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。这是什么原因？如何避免这种状况？
【提示】 Zn与Cu2＋发生反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，覆盖在Zn片上。为避免这种情况发生、可以采用盐桥。
[认知升华]
原电池的工作原理
1．原电池的构成
2．实例：如图是CuZn原电池
两种装置的比较：装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗；装置Ⅱ中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。
3．工作原理
[题组·冲关]
题组1 原电池的构成
1．下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
B．2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
D．4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
【解析】 A项不是氧化还原反应，不能设计成原电池。
【答案】 A
2．对于原电池的电极名称，叙述错误的是( )
A．发生氧化反应的一极为负极
B．正极为电子流入的一极
C．比较不活泼的金属为负极
D．电流流出的一极为正极
【解析】 原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。
【答案】 C
3．(1)下列装置属于原电池的是________。
(2)在选出的原电池中，________是负极，发生______反应，________是正极，该极的现象是____________________________________________________
______________________________________________________________。
(3)此原电池反应的化学方程式为___________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 (1)构成原电池的条件：两个活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，⑤属于原电池。
(2)(3)在⑤中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，Cu表面有气泡冒出，反应实质为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。
【答案】 (1)⑤
(2)Fe 氧化 Cu Cu表面有气泡产生
(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
题组2 原电池的工作原理
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(SOeq \\al(2－,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
【解析】 A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SOeq \\al(2－,4)不参加电极反应，故甲池的c(SOeq \\al(2－,4))基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
【答案】 C
5．如图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中。
(1)锌片上的现象是_______________，电极反应式为_______________。
(2)铜片上的现象是_______________，电极反应式为_______________。
(3)电流由________经导线流向________，说明_____________________
为正极，________为负极。
(4)若反应过程中有0.2 ml电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为________。
(5)若将电解质溶液换成硫酸铜溶液，能否形成原电池？________(填“能”或“不能”)。若能，请写出电极反应式___________________________________
__________________________________________________________________；
若不能，请说明理由_________________________________________________
__________________________________________________________________。
【答案】 (1)锌片溶解变薄 Zn－2e－===Zn2＋
(2)有气泡冒出 2H＋＋2e－===H2↑
(3)铜 锌 铜 锌
(4)2.24 L
(5)能 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu
[基础·初探]
教材整理
原电池的设计
理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。
(1)外电路
负极(还原性较强的物质)eq \(――→,\s\up9(e－),\s\d7(导线))正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。
(2)内电路
将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。
(3)闭合电路
[探究·升华]
[思考探究]
根据电极材料Fe、Cu、石墨，电解质溶液CuCl2溶液、FeCl3溶液、NaOH溶液，选择合适的材料和溶液，运用原电池原理设计实验装置，验证Cu2＋、
Fe3＋的氧化性的强弱。
问题思考：
(1)如何证明氧化性：Fe3＋>Cu2＋？
【提示】 利用反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，氧化性：氧化剂(Fe3＋)>氧化产物(Cu2＋)。
(2)请画出相关的原电池装置图(含盐桥)。
【提示】
(3)该原电池正极反应类型是什么？负极反应类型是什么？
【提示】 还原反应，氧化反应
(4)正极区域、负极区域有何现象？
【提示】 负极：Cu棒不断溶解；正极：溶液由黄色变为浅绿色。
(5)写出电极反应式以及电池反应方程式。
【提示】 负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
总反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
[认知升华]
原电池工作原理的应用
1．原电池正负极的判断
2．加快氧化还原反应的速率。
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。
3．比较金属活动性强弱
4．设计原电池
(1)电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。
(2)电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
[题组·冲关]
题组1 利用原电池判断金属的活动性
1．①②③④ 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
【解析】 利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则①作原电池的负极，②作正极，故活动性①>②；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性①>③；有气泡产生的电极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，为原电池的正极，故活动性④>②；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性③>④，由此可得金属活动性：①>③>④>②。
【答案】 B
2．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是( )
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．C2＋(aq)＋Cd(s)===C(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋C(s)===2Ag(s)＋C2＋(aq)
【解析】 根据题图中“＋”或“－”，可确定正极和负极，且金属作电极，故负极金属活动性强于正极金属，结合原电池装置可判断金属活泼性；Cd>C和C>Ag，即Cd>C>Ag。由于金属性Cd强于Ag，则A项反应不可能发生；根据金属活动性，可知后三个离子反应均能自发进行。
【答案】 A
题组2 利用原电池反应加快反应速率
3．锌与100 mL 1 ml/L盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的①醋酸钠，②溴化铜，③醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(mL/min)，预计三种方案的速率大小是( )
A．①>③>②B．③>②>①
C．②>③>①D．①>②>③
【解析】 醋酸钠与盐酸反应减小了氢离子浓度，反应速率减慢；溴化铜与锌反应置换出铜，形成铜锌原电池，加快了反应速率；醋酸铜既有减小反应速率的因素又有加快反应速率的因素，不好判断以哪个因素为主。由②的速率最大可确定答案为C。
【答案】 C
4．10 mL浓度为1 ml/L的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A．K2SO4B．NaCl
C．CuSO4D．Na2CO3
【解析】 Zn与稀盐酸发生反应：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑，若加入物质使反应速率降低，则c(H＋)减小。但是不影响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H＋)不变。A.K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H＋)减小，但没有消耗H＋，因此n(H＋)不变，符合题意，正确。B.NaCl与HCl不发生反应：不能减慢反应速率，错误。C.加入CuSO4溶液会与Zn发生置换反应：CuSO4＋Zn===Cu＋ZnSO4，产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合，错误；D.若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反应：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，使溶液中的c(H＋)减小，但由于逸出了CO2气体，因此使n(H＋)也减小，产生氢气的物质的量减小，不符合题意，错误。
【答案】 AB
题组3 设计原电池
5．一个原电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的正确组成是( ) 【导学号：29910082】
【解析】 活泼金属为负极，且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。
【答案】 C
学业分层测评(二十)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．如图所示的铜锌原电池中，铜电极为( )
A．负极
B．质量增加
C．发生还原反应的一极
D．发生氧化反应的一极
【解析】 该装置为原电池，Zn极电子流出为负极，发生氧化反应；Cu极电子流入为正极，发生还原反应，但是质量不会增加。
【答案】 C
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )
【解析】 B、C选项均无化学反应；D选项Zn与稀H2SO4反应，但装置不能形成闭合回路，只有A符合要求。
【答案】 A
3．下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在外电路中电子由正极流向负极
B．在原电池中，只有金属锌作为负极
C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动
D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动
【解析】 在原电池外电路中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。
【答案】 C
4．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 ( )
【导学号：51182032】
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
【解析】 甲装置是铜锌原电池，乙不能形成原电池装置。所以乙烧杯中铜表面无气泡生成，则甲中铜表面有气泡生成，A错；乙中Cu片不可能是负极，B错；甲、乙两装置发生的反应均是Zn＋2H＋===H2↑＋Zn2＋，所以两烧杯中溶液的pH均增大，C对；因甲是原电池装置，所以甲烧杯中产生H2的速度快，D错。
【答案】 C
5．用铁片与稀硫酸反应制氢气时，下列不能使氢气生成速率加快的是( )
A．加热
B．不用稀硫酸，改用98%浓硫酸
C．加少量硫酸铜溶液
D．不用铁片，改用铁粉
【解析】 加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率，A、D正确；铁在浓硫酸中钝化，不产生氢气，B错误；加入少量硫酸铜溶液，由于Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，则构成铜—铁—稀硫酸原电池，加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率，C正确。
【答案】 B
6．可以将反应Zn＋Br2===ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2＋2e－===2Br－，②2Br－－2e－===Br2，
③Zn－2e－===Zn2＋，④Zn2＋＋2e－===Zn，
其中表示放电时负极和正极反应的分别是( )
A．②和③B．②和①
C．③和①D．④和①
【解析】 放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
【答案】 C
7．某原电池总反应离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】 由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，可知负极材料为铁，正极材料为比铁不活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3＋，故D选项不能满足要求。
【答案】 D
8．M、N、P、E四种金属：①M＋N2＋===N＋M2＋ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P、M、N、EB．E、N、M、P
C．P、N、M、ED．E、P、M、N
【解析】 由①知，金属活动性M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，M做原电池正极，活动性P>M；N、E构成的原电池N做负极，活动性N>E。
【答案】 A
9．在如图所示装置中，观察到电流计指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
【解析】 本题通过电极变化来确定原电池的正负电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。
【答案】 C
10．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池，如图所示。 【导学号：51182033】
CuSO4溶液 Y
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，发生的电极反应为____________________。X电极上发生的电极反应为___________________________。
(3)外电路中的电子是从______极流向______极。
【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的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：Ag＋＋e－===Ag，电子由负极(或Cu)出发，经外电路流向正极(或Ag)。
【答案】 (1)铜(或Cu) AgNO3溶液
(2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋
(3)负(或Cu) 正(或Ag)
11．A、B、C、D四种金属按下表中的装置进行实验。
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______________________________。
【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上有气体即H2产生，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，pH变大。
【答案】 (1)A－2e－===A2＋
(2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
12．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证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。
方案Ⅰ：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：
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：____________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：____________________________________
_______________________________________________________________，
用离子方程式表示其反应原理：____________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 比较或验证金属活动性的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证，也可利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可利用金属单质间的置换反应来完成。
【答案】 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(其他答案合理即可)
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
[能力提升]
13．将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是
( )
【解析】 向a中加入少许胆矾晶体，则有Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，消耗一部分Zn，所以产生H2的量较少，但生成的Cu附于Zn上又组成铜锌原电池，加快反应速率，因此曲线a的斜率大于曲线b的斜率。
【答案】 A
14．如图，在盛有稀 H2SO4 的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图， 下列说法正确的是( ) 【导学号：51182034】
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X＞Y
【解析】 根据电子流动方向，X是原电池负极，Y是正极。外电路的电流方向为：Y→外电路→X，故A错误；X是原电池负极，故铁是X，故B错误；X是原电池负极，负极发生氧化反应，故C错误；若两电极都是金属，活泼金属作负极，X是负极，则它们的活动性顺序为X＞Y，故D正确。
【答案】 D
15．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则( ) 【导学号：51182086】
A．工作一段时间后，C烧杯的pH减小
B．电极eq \a\vs4\al(Ⅰ)发生还原反应
C．盐桥中的K＋移向A烧杯
D．电流方向：电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
【解析】 由题意可知，该装置的 Ⅰ、Ⅱ 是原电池的两极，Ⅰ 是负极，Ⅱ 是正极，Ⅲ、Ⅳ是电解池的两极，其中 Ⅲ 是阳极，Ⅳ是阴极；装置C是电镀池，硫酸铜浓度不变，C烧杯的pH不变，A错误；电极 Ⅰ 是原电池的负极，发生氧化反应，故B错误；原电池中阳离子移向正极，盐桥中的K＋移向B烧杯，故C错误；电流方向：电极 Ⅳ→ →电极 Ⅰ，故D正确。
【答案】 D
16．已知可逆反应：AsOeq \\al(3－,4)＋2I－＋2H＋AsOeq \\al(3－,3)＋I2＋H2O。
(Ⅰ)如图所示，若向B中逐滴加入浓盐酸，发现电流表指针偏转。
(Ⅱ)若改为向B中滴加40%的NaOH溶液，发现电流表指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。
试回答问题：
(1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转？_______________________
_______________________________________________________________。
(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反？_________________
_______________________________________________________________。
(3)操作(Ⅰ)中，C 1棒上的反应为___________________________________。
(4)操作(Ⅱ)中，C 2棒上的反应为___________________________________。
【解析】 (Ⅰ)滴入浓盐酸，溶液中c(H＋)增大，题给可逆反应平衡正向移动，I－失去电子变为I2，C 1棒上产生电子，并沿外电路流向C 2棒，AsOeq \\al(3－,4)得电子变为AsOeq \\al(3－,3)。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH(aq)将H＋中和，溶液中c(H＋)减小，题给可逆反应平衡逆向移动，电子在C 2棒上产生，并沿外电路流向C 1棒，I2得电子变为I－，AsOeq \\al(3－,3)变为AsOeq \\al(3－,4)。
【答案】 (1)两次操作中均发生原电池反应，所以电流表指针均发生偏转
(2)两次操作中，电极相反，电子流向相反，因而电流表指针偏转方向相反
(3)2I－－2e－===I2
(4)AsOeq \\al(3－,3)＋2OH－－2e－===AsOeq \\al(3－,4)＋H2O
原 电 池 的 工 作 原 理
装置现象
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
电极名称
Zn电极—负极
Cu电极—正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
流出
流入
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
原 电 池 原 理 的 应 用
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Zn
负极
Cu
Zn
Zn
Cu
电解质溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
CuSO4溶液
CuCl2溶液
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
1．了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。(重点)
2．能正确书写电极反应式和电池反应方程式。(重难点)
3．能设计简单的原电池。
[基础·初探]
教材整理
1．原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。
2．原电池构成条件
3．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
[探究·升华]
[思考探究]
将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，同时浸入盛有CuSO4溶液的烧杯中，装置如图。
问题思考：
(1)如图装置两金属表面如何变化？电流计指针是否发生偏转？请分析铜片和锌片上的反应。
【提示】 Zn被腐蚀，Cu上有固体析出。电流计指针发生偏转。
Zn片：Zn－2e－===Zn2＋ 铜片：Cu2＋＋2e－===Cu
(2)在图示装置中，若实验进行一段时间，电流计指针偏转的角度减小，最终没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。这是什么原因？如何避免这种状况？
【提示】 Zn与Cu2＋发生反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，覆盖在Zn片上。为避免这种情况发生、可以采用盐桥。
[认知升华]
原电池的工作原理
1．原电池的构成
2．实例：如图是CuZn原电池
两种装置的比较：装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ能避免能量损耗；装置Ⅱ中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。
3．工作原理
[题组·冲关]
题组1 原电池的构成
1．下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
B．2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
D．4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
【解析】 A项不是氧化还原反应，不能设计成原电池。
【答案】 A
2．对于原电池的电极名称，叙述错误的是( )
A．发生氧化反应的一极为负极
B．正极为电子流入的一极
C．比较不活泼的金属为负极
D．电流流出的一极为正极
【解析】 原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。
【答案】 C
3．(1)下列装置属于原电池的是________。
(2)在选出的原电池中，________是负极，发生______反应，________是正极，该极的现象是____________________________________________________
______________________________________________________________。
(3)此原电池反应的化学方程式为___________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 (1)构成原电池的条件：两个活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，⑤属于原电池。
(2)(3)在⑤中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，Cu表面有气泡冒出，反应实质为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。
【答案】 (1)⑤
(2)Fe 氧化 Cu Cu表面有气泡产生
(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
题组2 原电池的工作原理
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(SOeq \\al(2－,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
【解析】 A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SOeq \\al(2－,4)不参加电极反应，故甲池的c(SOeq \\al(2－,4))基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
【答案】 C
5．如图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中。
(1)锌片上的现象是_______________，电极反应式为_______________。
(2)铜片上的现象是_______________，电极反应式为_______________。
(3)电流由________经导线流向________，说明_____________________
为正极，________为负极。
(4)若反应过程中有0.2 ml电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为________。
(5)若将电解质溶液换成硫酸铜溶液，能否形成原电池？________(填“能”或“不能”)。若能，请写出电极反应式___________________________________
__________________________________________________________________；
若不能，请说明理由_________________________________________________
__________________________________________________________________。
【答案】 (1)锌片溶解变薄 Zn－2e－===Zn2＋
(2)有气泡冒出 2H＋＋2e－===H2↑
(3)铜 锌 铜 锌
(4)2.24 L
(5)能 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu
[基础·初探]
教材整理
原电池的设计
理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。
(1)外电路
负极(还原性较强的物质)eq \(――→,\s\up9(e－),\s\d7(导线))正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。
(2)内电路
将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。
(3)闭合电路
[探究·升华]
[思考探究]
根据电极材料Fe、Cu、石墨，电解质溶液CuCl2溶液、FeCl3溶液、NaOH溶液，选择合适的材料和溶液，运用原电池原理设计实验装置，验证Cu2＋、
Fe3＋的氧化性的强弱。
问题思考：
(1)如何证明氧化性：Fe3＋>Cu2＋？
【提示】 利用反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，氧化性：氧化剂(Fe3＋)>氧化产物(Cu2＋)。
(2)请画出相关的原电池装置图(含盐桥)。
【提示】
(3)该原电池正极反应类型是什么？负极反应类型是什么？
【提示】 还原反应，氧化反应
(4)正极区域、负极区域有何现象？
【提示】 负极：Cu棒不断溶解；正极：溶液由黄色变为浅绿色。
(5)写出电极反应式以及电池反应方程式。
【提示】 负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
总反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
[认知升华]
原电池工作原理的应用
1．原电池正负极的判断
2．加快氧化还原反应的速率。
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。
3．比较金属活动性强弱
4．设计原电池
(1)电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。
(2)电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
[题组·冲关]
题组1 利用原电池判断金属的活动性
1．①②③④ 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
【解析】 利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则①作原电池的负极，②作正极，故活动性①>②；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性①>③；有气泡产生的电极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，为原电池的正极，故活动性④>②；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性③>④，由此可得金属活动性：①>③>④>②。
【答案】 B
2．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是( )
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．C2＋(aq)＋Cd(s)===C(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋C(s)===2Ag(s)＋C2＋(aq)
【解析】 根据题图中“＋”或“－”，可确定正极和负极，且金属作电极，故负极金属活动性强于正极金属，结合原电池装置可判断金属活泼性；Cd>C和C>Ag，即Cd>C>Ag。由于金属性Cd强于Ag，则A项反应不可能发生；根据金属活动性，可知后三个离子反应均能自发进行。
【答案】 A
题组2 利用原电池反应加快反应速率
3．锌与100 mL 1 ml/L盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的①醋酸钠，②溴化铜，③醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(mL/min)，预计三种方案的速率大小是( )
A．①>③>②B．③>②>①
C．②>③>①D．①>②>③
【解析】 醋酸钠与盐酸反应减小了氢离子浓度，反应速率减慢；溴化铜与锌反应置换出铜，形成铜锌原电池，加快了反应速率；醋酸铜既有减小反应速率的因素又有加快反应速率的因素，不好判断以哪个因素为主。由②的速率最大可确定答案为C。
【答案】 C
4．10 mL浓度为1 ml/L的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A．K2SO4B．NaCl
C．CuSO4D．Na2CO3
【解析】 Zn与稀盐酸发生反应：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑，若加入物质使反应速率降低，则c(H＋)减小。但是不影响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H＋)不变。A.K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H＋)减小，但没有消耗H＋，因此n(H＋)不变，符合题意，正确。B.NaCl与HCl不发生反应：不能减慢反应速率，错误。C.加入CuSO4溶液会与Zn发生置换反应：CuSO4＋Zn===Cu＋ZnSO4，产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合，错误；D.若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反应：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，使溶液中的c(H＋)减小，但由于逸出了CO2气体，因此使n(H＋)也减小，产生氢气的物质的量减小，不符合题意，错误。
【答案】 AB
题组3 设计原电池
5．一个原电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的正确组成是( ) 【导学号：29910082】
【解析】 活泼金属为负极，且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。
【答案】 C
学业分层测评(二十)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．如图所示的铜锌原电池中，铜电极为( )
A．负极
B．质量增加
C．发生还原反应的一极
D．发生氧化反应的一极
【解析】 该装置为原电池，Zn极电子流出为负极，发生氧化反应；Cu极电子流入为正极，发生还原反应，但是质量不会增加。
【答案】 C
2．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )
【解析】 B、C选项均无化学反应；D选项Zn与稀H2SO4反应，但装置不能形成闭合回路，只有A符合要求。
【答案】 A
3．下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在外电路中电子由正极流向负极
B．在原电池中，只有金属锌作为负极
C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动
D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动
【解析】 在原电池外电路中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。
【答案】 C
4．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 ( )
【导学号：51182032】
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
【解析】 甲装置是铜锌原电池，乙不能形成原电池装置。所以乙烧杯中铜表面无气泡生成，则甲中铜表面有气泡生成，A错；乙中Cu片不可能是负极，B错；甲、乙两装置发生的反应均是Zn＋2H＋===H2↑＋Zn2＋，所以两烧杯中溶液的pH均增大，C对；因甲是原电池装置，所以甲烧杯中产生H2的速度快，D错。
【答案】 C
5．用铁片与稀硫酸反应制氢气时，下列不能使氢气生成速率加快的是( )
A．加热
B．不用稀硫酸，改用98%浓硫酸
C．加少量硫酸铜溶液
D．不用铁片，改用铁粉
【解析】 加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率，A、D正确；铁在浓硫酸中钝化，不产生氢气，B错误；加入少量硫酸铜溶液，由于Cu2＋＋Fe===Cu＋Fe2＋，则构成铜—铁—稀硫酸原电池，加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率，C正确。
【答案】 B
6．可以将反应Zn＋Br2===ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2＋2e－===2Br－，②2Br－－2e－===Br2，
③Zn－2e－===Zn2＋，④Zn2＋＋2e－===Zn，
其中表示放电时负极和正极反应的分别是( )
A．②和③B．②和①
C．③和①D．④和①
【解析】 放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
【答案】 C
7．某原电池总反应离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】 由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，可知负极材料为铁，正极材料为比铁不活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3＋，故D选项不能满足要求。
【答案】 D
8．M、N、P、E四种金属：①M＋N2＋===N＋M2＋ ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡 ③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A．P、M、N、EB．E、N、M、P
C．P、N、M、ED．E、P、M、N
【解析】 由①知，金属活动性M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，M做原电池正极，活动性P>M；N、E构成的原电池N做负极，活动性N>E。
【答案】 A
9．在如图所示装置中，观察到电流计指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )
【解析】 本题通过电极变化来确定原电池的正负电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。
【答案】 C
10．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池，如图所示。 【导学号：51182033】
CuSO4溶液 Y
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，发生的电极反应为____________________。X电极上发生的电极反应为___________________________。
(3)外电路中的电子是从______极流向______极。
【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的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：Ag＋＋e－===Ag，电子由负极(或Cu)出发，经外电路流向正极(或Ag)。
【答案】 (1)铜(或Cu) AgNO3溶液
(2)正 Ag＋＋e－===Ag Cu－2e－===Cu2＋
(3)负(或Cu) 正(或Ag)
11．A、B、C、D四种金属按下表中的装置进行实验。
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______________________________。
【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上有气体即H2产生，则A为正极，活动性D>A，随着H＋的消耗，pH变大。
【答案】 (1)A－2e－===A2＋
(2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
12．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证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。
方案Ⅰ：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：
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式：____________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：____________________________________
_______________________________________________________________，
用离子方程式表示其反应原理：____________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 比较或验证金属活动性的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证，也可利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可利用金属单质间的置换反应来完成。
【答案】 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(其他答案合理即可)
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
[能力提升]
13．将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是
( )
【解析】 向a中加入少许胆矾晶体，则有Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，消耗一部分Zn，所以产生H2的量较少，但生成的Cu附于Zn上又组成铜锌原电池，加快反应速率，因此曲线a的斜率大于曲线b的斜率。
【答案】 A
14．如图，在盛有稀 H2SO4 的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图， 下列说法正确的是( ) 【导学号：51182034】
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe
C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X＞Y
【解析】 根据电子流动方向，X是原电池负极，Y是正极。外电路的电流方向为：Y→外电路→X，故A错误；X是原电池负极，故铁是X，故B错误；X是原电池负极，负极发生氧化反应，故C错误；若两电极都是金属，活泼金属作负极，X是负极，则它们的活动性顺序为X＞Y，故D正确。
【答案】 D
15．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则( ) 【导学号：51182086】
A．工作一段时间后，C烧杯的pH减小
B．电极eq \a\vs4\al(Ⅰ)发生还原反应
C．盐桥中的K＋移向A烧杯
D．电流方向：电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
【解析】 由题意可知，该装置的 Ⅰ、Ⅱ 是原电池的两极，Ⅰ 是负极，Ⅱ 是正极，Ⅲ、Ⅳ是电解池的两极，其中 Ⅲ 是阳极，Ⅳ是阴极；装置C是电镀池，硫酸铜浓度不变，C烧杯的pH不变，A错误；电极 Ⅰ 是原电池的负极，发生氧化反应，故B错误；原电池中阳离子移向正极，盐桥中的K＋移向B烧杯，故C错误；电流方向：电极 Ⅳ→ →电极 Ⅰ，故D正确。
【答案】 D
16．已知可逆反应：AsOeq \\al(3－,4)＋2I－＋2H＋AsOeq \\al(3－,3)＋I2＋H2O。
(Ⅰ)如图所示，若向B中逐滴加入浓盐酸，发现电流表指针偏转。
(Ⅱ)若改为向B中滴加40%的NaOH溶液，发现电流表指针与(Ⅰ)中偏转方向相反。
试回答问题：
(1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转？_______________________
_______________________________________________________________。
(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反？_________________
_______________________________________________________________。
(3)操作(Ⅰ)中，C 1棒上的反应为___________________________________。
(4)操作(Ⅱ)中，C 2棒上的反应为___________________________________。
【解析】 (Ⅰ)滴入浓盐酸，溶液中c(H＋)增大，题给可逆反应平衡正向移动，I－失去电子变为I2，C 1棒上产生电子，并沿外电路流向C 2棒，AsOeq \\al(3－,4)得电子变为AsOeq \\al(3－,3)。
(Ⅱ)滴加40%的NaOH(aq)将H＋中和，溶液中c(H＋)减小，题给可逆反应平衡逆向移动，电子在C 2棒上产生，并沿外电路流向C 1棒，I2得电子变为I－，AsOeq \\al(3－,3)变为AsOeq \\al(3－,4)。
【答案】 (1)两次操作中均发生原电池反应，所以电流表指针均发生偏转
(2)两次操作中，电极相反，电子流向相反，因而电流表指针偏转方向相反
(3)2I－－2e－===I2
(4)AsOeq \\al(3－,3)＋2OH－－2e－===AsOeq \\al(3－,4)＋H2O
原 电 池 的 工 作 原 理
装置现象
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
电极名称
Zn电极—负极
Cu电极—正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
流出
流入
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
原 电 池 原 理 的 应 用
选项
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Cu
Zn
负极
Cu
Zn
Zn
Cu
电解质溶液
CuCl2溶液
H2SO4溶液
CuSO4溶液
CuCl2溶液
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
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