2021_2022学年新教材高中化学第4章化学反应与电能第1节第1课时原电池的工作原理课件新人教版选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2021_2022学年新教材高中化学第4章化学反应与电能第1节第1课时原电池的工作原理课件新人教版选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-01-10 15:11:34 | ||
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文档简介
(共62张PPT)
第四章 化学反应与电能
①通过铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。
②会正确判断原电池的正极和负极；学会书写电极反应式，掌握书写电极反应式的技巧与方法。
③知道化学电源的分类方法。熟悉几种常
见化学电源的组成和工作原理。
④了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。
⑤从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。
⑥建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。
⑦通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
⑧认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属常用的防护方法。
学习内容 考查重点
原电池 原电池的工作原理 ①新型化学电源的工作原理，特别是电极反应式的书写或正误判断
②二次电池放电或充电时的原理
③电解池、电解精炼池、电镀池的构造及原理
④电化学腐蚀的分类、原理及防止措施
⑤新型电化学装置中离子交换膜的作用、电子或离子移动方向的判断等
⑥有关原电池或电解池的计算
化学电源
电解池 电解原理
电解原理的应用
金属的腐蚀与防护 金属的腐蚀
金属的防护
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
素养目标
1．认识双液原电池相比普通原电池的优点，特别是盐桥的作用，培养宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等学科核心素养
2．依据带盐桥的锌铜原电池装置，学会分析电子、阴阳离子的移动方向，并以电极反应式的形式表达出来，培养证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养
学法指导
1．复习必修第二册中的铜锌原电池装置，巩固原电池装置的构造及形成条件
2．比较单液原电池与双液原电池的区别，认识盐桥的作用
3．依据原电池工作原理，回顾氧化还原反应中电子转移的表示方法中的“双线桥法”等知识，熟练掌握原电池电极反应式的书写方法
知识导图
课前 · 新知导学
1．构成条件
(1)具有两个__________不同的电极。
(2)合适的__________溶液。
(3)形成________回路(两电极用导线相连或互相接触并插入电解质溶液中)。
(4)能自发地发生________________反应。
活泼性
原电池的工作原理
电解质
闭合
氧化还原
2．装置图(以Zn－Cu原电池为例)
注：这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池。
电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 ________ ________
得失电子 失电子 得电子
电子流向 ________ ________
反应类型 ________反应 ________反应
电极反应式 ____________________ ___________________
总反应式 ____________________________________
3．工作原理(以上述原电池为例)
负极
正极
流出
流入
氧化
还原
Zn－2e－═══Zn2＋
Cu2＋＋2e－═══Cu
Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu
(1)盐桥在原电池装置中的作用是什么？
(2)原电池工作时，阴、阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？
微思考
【答案】(1)①连接两个“半电池”，形成闭合回路；②盐桥中的阳离子移向正极区电解质溶液中，阴离子移向负极区电解质溶液中，使氧化还原反应持续进行，不断产生电流。
(2)原电池的电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
正误判断。(对的打“√”，错的打“×”)
(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。 ( )
(2)原电池正极发生氧化反应，负极发生还原反应。 ( )
(3)不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池装置可以实现。
( )
(4)碳棒不能用来作原电池的电极。 ( )
(5)反应Cu＋2Ag＋═══2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现。
( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
2．内电路
将两电极浸入__________________中，阴、阳离子作__________________。
还原性
原电池的设计
氧化性
电解质溶液
定向运动
3．闭合回路
【答案】负 正
(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O可自发进行，能否设计成原电池？
(2)Zn－Cu－稀硫酸原电池中，正极“半电池”可设计为Cu－稀硫酸，负极“半电池”可设计为Zn－ZnSO4溶液，这一说法是否正确？
微思考
【答案】(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O不能设计成原电池，因该反应不是氧化还原反应。
(2)正确。
(2020·山东临沂高二检测)某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是 ( )
【答案】A
选项 正极 负极 电解质溶液
A C Zn CuCl2
B Zn Cu CuSO4
C Zn Mg CuSO4
D Cu Zn ZnCl2
课堂 · 素养初培
任务一 原电池工作原理
素养探源 核心素养 考查途径
宏观辨识与微观探析 变化观念与平衡思想 在新型化学电源中考查电极名称、电极反应式的书写或正误判断、电子或离子移动方向、电解质溶液酸碱性的变化情况等，常以选择题形式考查，也会在大题中与其他化学反应原理知识一起考查
[情境导入]
(1)Cu、Ag与稀硫酸能否设计成原电池？
【答案】不能。Cu、Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应。
(2)外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系？
【答案】电流方向与电子的流动方向相反。
(3)试分析用镁、铝作电极，氢氧化钠溶液作电解质溶液构成原电池时的正、负极及电子得失情况。
【答案】镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中，发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O═══2NaAlO2＋3H2↑，铝失去电子，作负极，H2O得到电子，镁作正极。
[深化理解]
1．两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池，锌片、铜片用导线相连后，都插入稀硫酸中，所以，锌片上失去
的电子一部分通过导线流向铜片，
形成电流，还有一部分直接传递给
溶液中碰撞到锌片上的氢离子，这
一部分电子不形成电流，这种原电
池供电效率不高，且电流在较短时间内就会衰减。
乙装置所示原电池俗称双液原电池，锌片、铜片用导线相连后，锌片插入ZnSO4溶液中，铜片插入稀硫酸中，这样就避免了锌片与稀硫酸直接接触发生反应而造成的电能损失，锌失去的电子全部通过导线流向铜片，这种原电池供电效率高，且能提供较稳定的电流。
2．判断原电池正、负极的方法
判断依据 负极 正极
电极材料 活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属
电子流动方向 电子流出极 电子流入极
电极上发生的反应 氧化反应 还原反应
电解质溶液中离子的移动方向 阴离子移向的极 阳离子移向的极
3.盐桥的作用
盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶。当盐桥存在时，使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行，盐桥中的Cl－向硫酸锌溶液方向移动，K＋向稀硫酸方向移动，使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使电子不断从锌极流向铜极，能持续、稳定地产生电流。
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。请回答下列问题：
[典例精练]
(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。
【答案】(1)Cu AgNO3溶液
(2)正 2Ag＋＋2e－═══2Ag Cu－2e－═══Cu2＋
(3)负(Cu) 正(Ag)
【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Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。
【答案】C
任务二 原电池原理的应用
素养探源 核心素养 考查途径
科学探究与创新意识 变化观念与平衡思想 常考查形成原电池对化学反应速率的影响，原电池结构的判断——给出反应原理，能发生该反应的原电池装置等
[情境导入]
锌是一种蓝白色金属，熔点为419.5 ℃。在室温下，性较脆；100～150 ℃时，变软；超过200 ℃后，又变脆。锌的化学性质活泼，在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，可阻止锌进一步被氧化。
锌与稀硫酸反应所用原电池装置如下图所示：
(1)若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2，哪种方法产生H2的速率大？
【答案】粗锌。粗锌中的铁、碳可以与锌构成原电池，从而增大反应速率。
(2)根据反应Na2CO3＋2HCl═══2NaCl＋H2O＋CO2↑能设计出原电池吗？
【答案】不能；因为这个反应不是氧化还原反应，反应过程中没有电子的转移，不符合原电池的构成条件。
(3)X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。根据所学内容判断四种金属的活动性顺序。
【答案】四种金属的活动性顺序由强到弱是X>Z>W>Y。
[深化理解]
原电池原理的应用
(1)增大氧化还原反应速率。
如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，增大了锌与稀硫酸的反应速率，使产生H2的速率增大。
(2)比较金属的活动性强弱。
原电池中，负极一般为活动性较强的金属，正极一般为活动性较弱的金属。
(3)设计原电池。
原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。原电池是一种将化学能转化为电能的装置，因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中，通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动，将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行，使其成为两个“半反应”。设计原电池思路：①电极材料的选择。负极一般选用活动性强的金属材料，正极一般选用活动性比负极弱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。③保证设计出的原电池装置中，还原剂在负极上发生反应，氧化剂在正极上发生反应。
(4)寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。
某原电池总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe═══3Fe2＋，能实现该反应的原电池是 ( )
A．正极为Cu，负极为C，电解质为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
C．正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液
【答案】B
[典例精练]
【解析】将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，即为负极Fe－2e－═══Fe2＋，正极2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋，然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此，本题负极必是Fe，正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体，电解质溶液为含Fe3＋的盐溶液，所以B正确。
利用反应Zn＋2FeCl3═══ZnCl2＋2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图，并注明电极材料。
(1)正极材料为__________，电极反应式为______________________ _____________。
(2)负极材料为__________，电极反应式为___________________ _______。
【解析】将Zn＋2FeCl3═══ZnCl2＋2FeCl2拆分为两个“半反应”：Zn－2e－═══Zn2＋(氧化反应)，2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋(还原反应)。结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极材料应用锌片，正极材料用活动性比锌弱的金属或导电的非金属，为保证Fe3＋在正极得电子，正极区电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。
辨析 · 易错易混
原电池的构造及工作原理中的误区
例1 对于原电池的电极名称，下列叙述正确的是 ( )
A．构成原电池正负极的必须是两种活泼性不同的金属
B．正极上发生还原反应，一定产生气体
C．电子流出的一极为负极
D．阴离子在电解质溶液中向正极移动
错解：A或D
错因分析：本题易片面理解原电池的构成及工作原理，导致错选A项或D项。A项原电池的正负极可以是金属和非金属(如石墨)；B项原电池的正极也有可能析出固体；D项电解质溶液中，阴离子向负极移动。
满分策略：(1)原电池的电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。可简记为：正正负负[解释：正(指阳离子)→正(指正极)、负(指阴离子)→负(指负极)]。(2)失电子的物质一定在负极反应，得电子的物质一定在正极反应。(3)原电池中，电子只能在电极和导线间流动，电子不能进入电解质溶液。
正解：C
错解：D
满分策略：判断原电池的正负极时，要考虑金属在电解质溶液中的活泼性，活泼金属在原电池中不一定作负极，如本题中Si－Fe－NaOH溶液电池。类似的还有：Mg－Al－NaOH溶液原电池，Fe－Cu－浓HNO3原电池、Al－Cu－浓HNO3原电池等。
正解：C
小练 · 素养达成
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
【答案】A
2．下列关于原电池的叙述中正确的是 ( )
A．原电池能将化学能转变为电能
B．原电池负极发生的电极反应是还原反应
C．原电池在工作时其正极不断产生电子，并经外电路流向负极
D．原电池的电极只能由两种不同的金属构成
【答案】A
3．(2020·湖南长沙长郡中学高二期中)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如图)。
以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )
①在外电路中，电子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．①②④
C．②③ D．①③④
【答案】B
【解析】Cu的金属性强于Ag的，则Cu作负极，Ag作正极。在外电路中，电子由Cu流向Ag，正极反应式为Ag＋＋e－═══Ag，负极反应式为Cu－2e－═══Cu2＋。若取出盐桥，破坏了闭合回路，原电池不能工作。该原电池反应原理为2AgNO3＋Cu═══Cu(NO3)2＋2Ag。
【答案】D
5．由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应式为______________，
正极反应式为________________________。
(2)电流的方向是______________。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，右侧烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗__________g锌，有________个电子通过了导线，原稀硫酸中c(H2SO4)＝______________(设溶液体积不变)。
【答案】(1)Zn－2e－═══Zn2＋ 2H＋＋2e－═══H2↑
(2)由Cu极经导线流向Zn极
(3)4.875 9.03×1022 1.5 mol·L－1
6．选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应：2FeCl3＋Mg═══2FeCl2＋MgCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应式和电池总反应式。
【答案】原电池设计如下图：
负极：Mg－2e－═══Mg2＋
正极：2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋
总反应：2Fe3＋＋Mg═══2Fe2＋＋Mg2＋
第四章 化学反应与电能
①通过铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。
②会正确判断原电池的正极和负极；学会书写电极反应式，掌握书写电极反应式的技巧与方法。
③知道化学电源的分类方法。熟悉几种常
见化学电源的组成和工作原理。
④了解化学电源广泛的应用及废旧电池对环境的危害，设想其处理方法。
⑤从宏观和微观的角度理解电解池中电子的移动、阴阳离子的移动、阴阳两极上的反应及其变化、电流形成的过程和原理。
⑥建立对电解过程的系统分析认识的思维模型，理解电解的规律，会判断电解的产物，会书写电解的电极反应式和总反应式。
⑦通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因，认识金属腐蚀的主要类型，能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
⑧认识金属腐蚀产生的危害和影响，树立防止金属腐蚀的意识，熟知金属常用的防护方法。
学习内容 考查重点
原电池 原电池的工作原理 ①新型化学电源的工作原理，特别是电极反应式的书写或正误判断
②二次电池放电或充电时的原理
③电解池、电解精炼池、电镀池的构造及原理
④电化学腐蚀的分类、原理及防止措施
⑤新型电化学装置中离子交换膜的作用、电子或离子移动方向的判断等
⑥有关原电池或电解池的计算
化学电源
电解池 电解原理
电解原理的应用
金属的腐蚀与防护 金属的腐蚀
金属的防护
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
素养目标
1．认识双液原电池相比普通原电池的优点，特别是盐桥的作用，培养宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等学科核心素养
2．依据带盐桥的锌铜原电池装置，学会分析电子、阴阳离子的移动方向，并以电极反应式的形式表达出来，培养证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养
学法指导
1．复习必修第二册中的铜锌原电池装置，巩固原电池装置的构造及形成条件
2．比较单液原电池与双液原电池的区别，认识盐桥的作用
3．依据原电池工作原理，回顾氧化还原反应中电子转移的表示方法中的“双线桥法”等知识，熟练掌握原电池电极反应式的书写方法
知识导图
课前 · 新知导学
1．构成条件
(1)具有两个__________不同的电极。
(2)合适的__________溶液。
(3)形成________回路(两电极用导线相连或互相接触并插入电解质溶液中)。
(4)能自发地发生________________反应。
活泼性
原电池的工作原理
电解质
闭合
氧化还原
2．装置图(以Zn－Cu原电池为例)
注：这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池。
电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 ________ ________
得失电子 失电子 得电子
电子流向 ________ ________
反应类型 ________反应 ________反应
电极反应式 ____________________ ___________________
总反应式 ____________________________________
3．工作原理(以上述原电池为例)
负极
正极
流出
流入
氧化
还原
Zn－2e－═══Zn2＋
Cu2＋＋2e－═══Cu
Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu
(1)盐桥在原电池装置中的作用是什么？
(2)原电池工作时，阴、阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？
微思考
【答案】(1)①连接两个“半电池”，形成闭合回路；②盐桥中的阳离子移向正极区电解质溶液中，阴离子移向负极区电解质溶液中，使氧化还原反应持续进行，不断产生电流。
(2)原电池的电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
正误判断。(对的打“√”，错的打“×”)
(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。 ( )
(2)原电池正极发生氧化反应，负极发生还原反应。 ( )
(3)不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池装置可以实现。
( )
(4)碳棒不能用来作原电池的电极。 ( )
(5)反应Cu＋2Ag＋═══2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现。
( )
【答案】(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
2．内电路
将两电极浸入__________________中，阴、阳离子作__________________。
还原性
原电池的设计
氧化性
电解质溶液
定向运动
3．闭合回路
【答案】负 正
(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O可自发进行，能否设计成原电池？
(2)Zn－Cu－稀硫酸原电池中，正极“半电池”可设计为Cu－稀硫酸，负极“半电池”可设计为Zn－ZnSO4溶液，这一说法是否正确？
微思考
【答案】(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O不能设计成原电池，因该反应不是氧化还原反应。
(2)正确。
(2020·山东临沂高二检测)某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是 ( )
【答案】A
选项 正极 负极 电解质溶液
A C Zn CuCl2
B Zn Cu CuSO4
C Zn Mg CuSO4
D Cu Zn ZnCl2
课堂 · 素养初培
任务一 原电池工作原理
素养探源 核心素养 考查途径
宏观辨识与微观探析 变化观念与平衡思想 在新型化学电源中考查电极名称、电极反应式的书写或正误判断、电子或离子移动方向、电解质溶液酸碱性的变化情况等，常以选择题形式考查，也会在大题中与其他化学反应原理知识一起考查
[情境导入]
(1)Cu、Ag与稀硫酸能否设计成原电池？
【答案】不能。Cu、Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应。
(2)外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系？
【答案】电流方向与电子的流动方向相反。
(3)试分析用镁、铝作电极，氢氧化钠溶液作电解质溶液构成原电池时的正、负极及电子得失情况。
【答案】镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中，发生反应：2Al＋2NaOH＋2H2O═══2NaAlO2＋3H2↑，铝失去电子，作负极，H2O得到电子，镁作正极。
[深化理解]
1．两种原电池的比较
甲装置所示原电池俗称单液原电池，锌片、铜片用导线相连后，都插入稀硫酸中，所以，锌片上失去
的电子一部分通过导线流向铜片，
形成电流，还有一部分直接传递给
溶液中碰撞到锌片上的氢离子，这
一部分电子不形成电流，这种原电
池供电效率不高，且电流在较短时间内就会衰减。
乙装置所示原电池俗称双液原电池，锌片、铜片用导线相连后，锌片插入ZnSO4溶液中，铜片插入稀硫酸中，这样就避免了锌片与稀硫酸直接接触发生反应而造成的电能损失，锌失去的电子全部通过导线流向铜片，这种原电池供电效率高，且能提供较稳定的电流。
2．判断原电池正、负极的方法
判断依据 负极 正极
电极材料 活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属
电子流动方向 电子流出极 电子流入极
电极上发生的反应 氧化反应 还原反应
电解质溶液中离子的移动方向 阴离子移向的极 阳离子移向的极
3.盐桥的作用
盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶。当盐桥存在时，使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行，盐桥中的Cl－向硫酸锌溶液方向移动，K＋向稀硫酸方向移动，使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使电子不断从锌极流向铜极，能持续、稳定地产生电流。
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。请回答下列问题：
[典例精练]
(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。
【答案】(1)Cu AgNO3溶液
(2)正 2Ag＋＋2e－═══2Ag Cu－2e－═══Cu2＋
(3)负(Cu) 正(Ag)
【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Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。
【答案】C
任务二 原电池原理的应用
素养探源 核心素养 考查途径
科学探究与创新意识 变化观念与平衡思想 常考查形成原电池对化学反应速率的影响，原电池结构的判断——给出反应原理，能发生该反应的原电池装置等
[情境导入]
锌是一种蓝白色金属，熔点为419.5 ℃。在室温下，性较脆；100～150 ℃时，变软；超过200 ℃后，又变脆。锌的化学性质活泼，在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，可阻止锌进一步被氧化。
锌与稀硫酸反应所用原电池装置如下图所示：
(1)若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2，哪种方法产生H2的速率大？
【答案】粗锌。粗锌中的铁、碳可以与锌构成原电池，从而增大反应速率。
(2)根据反应Na2CO3＋2HCl═══2NaCl＋H2O＋CO2↑能设计出原电池吗？
【答案】不能；因为这个反应不是氧化还原反应，反应过程中没有电子的转移，不符合原电池的构成条件。
(3)X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。根据所学内容判断四种金属的活动性顺序。
【答案】四种金属的活动性顺序由强到弱是X>Z>W>Y。
[深化理解]
原电池原理的应用
(1)增大氧化还原反应速率。
如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，增大了锌与稀硫酸的反应速率，使产生H2的速率增大。
(2)比较金属的活动性强弱。
原电池中，负极一般为活动性较强的金属，正极一般为活动性较弱的金属。
(3)设计原电池。
原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。原电池是一种将化学能转化为电能的装置，因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中，通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动，将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行，使其成为两个“半反应”。设计原电池思路：①电极材料的选择。负极一般选用活动性强的金属材料，正极一般选用活动性比负极弱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。③保证设计出的原电池装置中，还原剂在负极上发生反应，氧化剂在正极上发生反应。
(4)寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。
某原电池总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe═══3Fe2＋，能实现该反应的原电池是 ( )
A．正极为Cu，负极为C，电解质为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
C．正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液
【答案】B
[典例精练]
【解析】将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，即为负极Fe－2e－═══Fe2＋，正极2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋，然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此，本题负极必是Fe，正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体，电解质溶液为含Fe3＋的盐溶液，所以B正确。
利用反应Zn＋2FeCl3═══ZnCl2＋2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图，并注明电极材料。
(1)正极材料为__________，电极反应式为______________________ _____________。
(2)负极材料为__________，电极反应式为___________________ _______。
【解析】将Zn＋2FeCl3═══ZnCl2＋2FeCl2拆分为两个“半反应”：Zn－2e－═══Zn2＋(氧化反应)，2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋(还原反应)。结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极材料应用锌片，正极材料用活动性比锌弱的金属或导电的非金属，为保证Fe3＋在正极得电子，正极区电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。
辨析 · 易错易混
原电池的构造及工作原理中的误区
例1 对于原电池的电极名称，下列叙述正确的是 ( )
A．构成原电池正负极的必须是两种活泼性不同的金属
B．正极上发生还原反应，一定产生气体
C．电子流出的一极为负极
D．阴离子在电解质溶液中向正极移动
错解：A或D
错因分析：本题易片面理解原电池的构成及工作原理，导致错选A项或D项。A项原电池的正负极可以是金属和非金属(如石墨)；B项原电池的正极也有可能析出固体；D项电解质溶液中，阴离子向负极移动。
满分策略：(1)原电池的电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。可简记为：正正负负[解释：正(指阳离子)→正(指正极)、负(指阴离子)→负(指负极)]。(2)失电子的物质一定在负极反应，得电子的物质一定在正极反应。(3)原电池中，电子只能在电极和导线间流动，电子不能进入电解质溶液。
正解：C
错解：D
满分策略：判断原电池的正负极时，要考虑金属在电解质溶液中的活泼性，活泼金属在原电池中不一定作负极，如本题中Si－Fe－NaOH溶液电池。类似的还有：Mg－Al－NaOH溶液原电池，Fe－Cu－浓HNO3原电池、Al－Cu－浓HNO3原电池等。
正解：C
小练 · 素养达成
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
【答案】A
2．下列关于原电池的叙述中正确的是 ( )
A．原电池能将化学能转变为电能
B．原电池负极发生的电极反应是还原反应
C．原电池在工作时其正极不断产生电子，并经外电路流向负极
D．原电池的电极只能由两种不同的金属构成
【答案】A
3．(2020·湖南长沙长郡中学高二期中)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有含KCl饱和溶液的琼胶)构成一个原电池(如图)。
以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )
①在外电路中，电子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．①②④
C．②③ D．①③④
【答案】B
【解析】Cu的金属性强于Ag的，则Cu作负极，Ag作正极。在外电路中，电子由Cu流向Ag，正极反应式为Ag＋＋e－═══Ag，负极反应式为Cu－2e－═══Cu2＋。若取出盐桥，破坏了闭合回路，原电池不能工作。该原电池反应原理为2AgNO3＋Cu═══Cu(NO3)2＋2Ag。
【答案】D
5．由锌片、铜片和200 mL稀硫酸组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应式为______________，
正极反应式为________________________。
(2)电流的方向是______________。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，右侧烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗__________g锌，有________个电子通过了导线，原稀硫酸中c(H2SO4)＝______________(设溶液体积不变)。
【答案】(1)Zn－2e－═══Zn2＋ 2H＋＋2e－═══H2↑
(2)由Cu极经导线流向Zn极
(3)4.875 9.03×1022 1.5 mol·L－1
6．选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应：2FeCl3＋Mg═══2FeCl2＋MgCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应式和电池总反应式。
【答案】原电池设计如下图：
负极：Mg－2e－═══Mg2＋
正极：2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋
总反应：2Fe3＋＋Mg═══2Fe2＋＋Mg2＋