人教版 (2019)选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池学案

实验探究——锌铜原电池

一、原电池的基本概念

1．概念：原电池是将化学能转化为电能的装置。

2．本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。

3．电极：（1）负极：________电子，发生________反应；

  （2）正极：________电子，发生________反应。

4．构成原电池的条件：

（1）自发进行的氧化还原反应；

（2）两个活动性不同的电极；

（3）电解质溶液（或熔融电解质）；

（4）形成闭合回路。

【答案】失去氧化得到还原

二、锌铜原电池的工作原理

【答案】 Zn - 2e-=== Zn2+ 2H+ + 2e-=== H2↑Zn+2H+=== Zn2+ + H2↑负正正负

三、盐桥的作用

（1）形成闭合回路；

（2）平衡电荷，使溶液呈电中性；

（3）避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减，提高原电池的工作效率。

四、原电池的应用

1．比较金属活动性

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。

2．加快氧化还原反应的速率

一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触的反应速率快。

3．设计原电池

理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。利用原电池原理设计和制造原电池，可以将化学能直接转化为电能。

题型一：原电池的工作原理 

【变1-1】（2021·大安市第一中学校高二开学考试）原电池构成是有条件的，关于如图所示装置的叙述，错误的是

A．Cu是负极，其质量逐渐减小 B．H+向铁电极移动

C．Cu片上有红棕色气体产生 D．Fe电极上发生还原反应

【答案】C

【例2】（2021·内蒙古通辽实验中学高二期末）铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是

A．b电极反应式为Cu2＋＋2e-=Cu

B．盐桥中K＋移向a电极

C．a电极发生还原反应

D．电子由Zn电极流出，经盐桥溶液流向b电极

【答案】A

【变2】（2020·河北石家庄一中高二月考）控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I-2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断错误的是

A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极

B．反应开始时，乙中的石墨电极上I-发生氧化反应

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，乙中的石墨电极为负极

【答案】D

题型二：带离子交换膜的原电池

【变3-2】（2019·湖南益阳市·）根据反应2Ag+Cl2=2AgCl设计的一种原电池的装置如图。下列说法正确的是

A．负极反应为Cl2+2e－=2Cl－

B．放电时，离子交换膜右侧溶液中有白色沉淀生成

C．理论上，可以用NaCl溶液代替盐酸

D．当电路中有0.01 mole-转移时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子

【答案】C

题型三：原电池的应用

【例5】（2021·河北张家口·高二期末）3.25 g锌与100 mL 1 mol·L-1的稀硫酸反应，为了加快反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是

A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸

C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒

【答案】A

【变6】（2021·全国）设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。

（1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式：___________。

（2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是：

①负极：___________

②正极：___________。

（3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：

【答案】

（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋

（2）Cu-2e-=Cu2＋2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋

（3）

题型四：原电池综合考查

【例8】（2021·全国高二专题练习）某研究性学习小组根据反应设计如图原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和溶液。

回答下列问题：

（1）此原电池的负极是石墨_____(填“a”或“b”)，电池工作时，盐桥中的移向_____(填“甲”或“乙”)烧杯。

（2）正极反应式为：_______。

（3）若不考虑溶液的体积变化，浓度变为，则反应中转移的电子为_______mol。

【答案】

（1）b乙

（2）

（3）0.5

【题1】（2018·山东）下图为番茄电池装置示意图，下列说法正确的是

A．铜片上发生氧化反应 B．锌片质量减小，发生还原反应

C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．该装置可将电能转化为化学能

【答案】C

【题2】（2021·天台县育才中学高二月考）下列关于下图装置(该盐桥为含KNO3的琼脂)的说法正确的是

A．银电极是负极

B．铜电极上发生的反应为Cu-2e-=Cu2+

C．外电路中的电子是从银电极流向铜电极

D．盐桥中K+移向CuSO4溶液

【答案】B

【题3】（2021·河南洛阳·高二期末）用阴离子交换膜控制电解液中OH-的浓度制备纳米Cu2O，反应为2Cu+H2OCu2O+H2装置如图，下列说法中正确的是

A．电解时Cl-通过交换膜向Ti极移动

B．阳极的电极反应式：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O

C．阴极OH-放电，有O2生成

D．Ti电极上生成的气体和Cu电极上生成的固体的物质的量之比为2：1

【答案】B

【题4】（2021·浮梁县第一中学高二月考）利用反应NO2+NH3→N2+H2O(未配平)消除NO2的简易装置如图所示。下列说法正确的是

A．a电极反应式是2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O

B．消耗4.48 LNH3时，被消除的NO2的物质的量为0.15 mol

C．若离子交换膜是阳离子交换摸，装置右室中溶液的碱性减弱

D．整个装置中NaOH的物质的量不断减少

【答案】A

【题5】欲提高Cu粉与1.2 mol/L的HNO3溶液的反应速度，可加入下列什么试剂（　　）

A．蒸馏水 B．碳酸钠固体 C．食盐水 D．AgNO3溶液（少量）

【答案】D

【题6】（2021·全国）写出Fe和­Cu­、浓硝酸构成的原电池的电极反应式及电池反应式。

负极反应式：___________；正极反应式：___________。电池反应式：___________。

【答案】Cu-2e-=Cu2＋4H＋＋2NO＋2e-=2H2O＋2NO2↑Cu＋4H＋＋2NO=Cu2＋＋2H2O＋2NO2↑

【题7】（2021·浙江省余姚市第七中学）分别按图甲乙所示装置进行实验，两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。

（1）下列叙述正确的是___________

A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生

B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极

C．两烧杯溶液中浓度均减小

D．甲产生气泡的速率比乙慢

（2）在甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，一段时间后测得某一电极增重12.8g，则该电池反应共转移电子数目___________

（3）甲装置中的能量转化形式为___________能转化为___________能，乙装置中的能量转化形式为___________能转化为___________能

（4）如果将反应2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原电池，则正极电极反应为___________，正极材料是___________，负极材料是___________，电解质溶液是___________。

【答案】C0.4 NA化学电化学热Fe3++e-= Fe2+碳棒铁FeCl3溶液

【题8】（2021·大安市第一中学校高二开学考试）反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2，请回答下列问题。

（1）若要使该反应的反应速率加快，下列措施可行的是___(填字母)。

A．将铁粉改为铁片 B．加入少量醋酸钠固体

C．滴加少量CuSO4 D．将稀硫酸改为98%的浓硫酸

（2）若将上述反应设计成原电池，石墨棒为原电池某一极材料，则石墨棒为___极(填“正”或“负”)。石墨棒上产生的现象为___，该极上发生的电极反应为___，原电池工作时溶液中的SO移向___极(填正或负)，若反应产生3.36L气体(已换算成标况下)，则理论上消耗铁的质量是__。

（3）实验后同学们经过充分讨论，认为符合某些要求的化学反应都可以设计成原电池。下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___。

A．AgNO3+HCl=AgCl+HNO3       B．NaOH+HCl=NaCl+H2O

C．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)       D．Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

在所选反应中选择其中某个反应设计成原电池，该电池负极反应为：___。

【答案】

（1）C

（2）正有气泡产生2H++2e-=H2↑负8.4

（3）DPb-2e-+SO=PbSO4

【练1】（2021·广东）化学电源应用广泛。某原电池装置如图所示，下列说法正确的是

A．锌电极发生氧化反应

B．锌片和铜片都有O2产生

C．电子由铜电极经导线流向锌电极

D．原电池工作一段时间后溶液的c(H+)不变

【答案】A

【练2】（2021·安徽省泗县第一中学高二开学考试）关于如图所示的原电池，下列说法正确的是

A．盐桥中的阳离子向硫酸铜溶液中迁移

B．可以用铜导线替代图中的盐桥

C．铜电极发生氧化反应，其电极反应是

D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，锌电极在反应后质量减少

【答案】A

【练3】（2021·哈密市第八中学高二期末）在下图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X。若X为铅电极，则Y可能是

A．锌 B．银 C．石墨 D．铜

【答案】A

【练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() 减小

C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加

D．阴离子、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

【练5】X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：

则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（　　）

A．Z＞Y＞X＞W   B．Z＞X＞Y＞W

C．Z＞Y＞W＞X   D．Y＞Z＞X＞W

【答案】　A

【练6】（2021·牡丹江市第十五中学高一期中）如图所示：

（1）铜与锌直接浸在同一电解质溶液中，形成了___________池，铜是___________极；锌是___________极；正极发生___________反应，负极发生___________反应。

（2）写出电极反应式：正极：___________负极：___________。

（3）溶液中的H+向___________极移动，溶液中的SO向___________极移动。

（4）总反应的离子方程式___________。

【答案】

（1）原电池正负还原氧化

（2）2H++2e-=H2↑Zn-2e-=Zn2+

（3）正负

（4）Zn+2H+=Zn2++H2↑

【练7】（2021·福建三明一中）回答下列问题

（1）请你将反应设计成原电池，并回答下列问题：

①该电池的正极材料可以是___________，也可选用___________等代替。

②画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。___________

③写出电极反应式：负极___________，正极___________。

④该电池负极材料质量减重3.2g，则电路中通过的电子的数目为___________。

【答案】

（1）Ag石墨(C)或Pt或

（2）、、、、NaCl