考点2 原电池的应用
原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。
化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种的电池。
加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。
比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。
防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H+和OH 形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：
负极：2Fe 4e 2Fe2+ 正极：O2+4e +2H2O4OH
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池( )
2．放热反应都可设计成原电池( )
3．在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
4．两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
5．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
6．实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( )
答案 1.√ 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.√
一. 判断金属的活泼性及反应速率
1 M、N、P、E四种金属，已知：①M+N2+N+M2+；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；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+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
A．P>M>N>E B．E>N>M>P
C．P>N>M>E D．E>P>M>N
【答案】A
【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表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N>E。综合可知，A正确。
2．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是
二． 设计原电池
1． 事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填序号，下同)。
a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH>0
b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH<0
c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH<0
若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为_____________________________________________。
某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是________。
a．实验过程中，左侧烧杯中浓度不变
b．实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作
c．若开始时用U形铜代替盐桥，装置中无电流产生
d．若开始时用U形铜代替盐桥，U形铜的质量不变
【答案】b O2＋4e－＋2H2O===4OH－ d
【解析】根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c。原电池正极发生还原反应，由于是碱性介质，则电极反应中不应出现H＋，故正极的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。该原电池的工作原理是Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的向负极移动，因此左侧烧杯中的浓度将增大，a错误。当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b错误。若开始时用U形铜代替盐桥，则左侧烧杯相当于电解装置，而右侧烧杯相当于原电池装置，电极反应从左往右依次为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极Ag＋＋e－===Ag，由此可知c错误、d正确。
2．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
（图1）
如图1为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)
____________________设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过________mol电子。
（2）其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性质的原因________________，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式________________，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此作了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式__________________________。
（图2）
（3）如图2其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是______________，电极反应为______________；乙装置中石墨（1）为________(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连石墨电极上发生的反应式为____________，产物常用________________检验，反应的离子方程式为________________________________。
原电池设计的思维模板
（1）正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属（如石墨等）作为正极。
（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，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
（3）画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。
1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
答案 C
解析 把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a作原电池负极，b作原电池正极，金属活动性：a＞b；由实验②可知，活动性：b＞c；由实验③可知，d作原电池负极，c作正极，活动性：d＞c；由实验④可知，d极为原电池负极，a极为原电池正极，活动性：d＞a。
2．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)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
答案 (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋ ②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)
①不含盐桥 ②含盐桥
3．[2019新课标Ⅰ]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
3．【答案】 B
【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+ e = MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e = MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。
A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；
B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+ e = MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；
C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e = MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；
D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。故选B。
【点睛】本题考查原池原理的应用，注意原电池反应的原理和离子流动的方向，明确酶的作用是解题的关键。
4．[2016·新课标II]Mg AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是
A．负极反应式为Mg 2e Mg2+
B．正极反应式为Ag++e Ag
C．电池放电时Cl 由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
4．【答案】B
【解析】本题考查原电池原理的应用，意在考查考生运用化学理论知识解答实际问题的能力。该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2+，A项正确；正极反应为AgCl+e Ag+Cl ，B项错误；电池放电时，Cl 从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑，D项正确。
5．[2016·海南]某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO42 + 10H++6e Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时向负极迁移
5．【答案】AD
【解析】A．根据化合价升降判断，Zn化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4为正极材料，正确；B．KOH溶液为电解质溶液，则正极电极方程式为2+6e +8H2O2Fe(OH)3+10OH ，错误；C．该电池放电过程中电解质溶液浓度减小，错误；D．电池工作时阴离子OH 向负极迁移，正确；故选AD。
【名师点睛】原电池原理是建立在氧化还原和电解质溶液基础上，借助氧化还原反应实现化学能与电能的相互转化，是高考命题重点，题目主要以选择题为主，主要围绕原电池的工作原理、电池电极反应的书写与判断、新型电池的开发与应用等进行命题。
6．[2016·上海]图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示
A．铜棒的质量 B．c(Zn2+)
C．c(H+) D．c(SO42 )
6．【答案】C
【解析】该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A．在正极Cu上溶液中的H+获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn 2e Zn2+，所以溶液中c(Zn2+)增大，错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c(H+)逐渐降低，正确；D．不参加反应，其浓度不变，错误。
【名师点睛】原电池原理无论在工业生产、日常生活和科学研究领域都有着重要用途，尤其在金属的腐蚀与防护、新能源的开发和利用方面有着不可替代的作用，因此也是历年高考必考知识点之一。无论题型如何变化，如果把握原电池的工作原理、电极反应式和电池总反应方程式问题都会迎刃而解。在原电池中，一般活泼金属做负极、失去电子、发生氧化反应（金属被氧化）、逐渐溶解（或质量减轻）；不活泼金属（或导电的非金属）做正极、发生还原反应、有金属析出（质量增加）或有气体放出；电子从负极流出经过外电路流回正极，电流方向正好相反；溶液中离子浓度变化及移动方向由电极反应决定。考点2 原电池的应用
原电池原理在工农业生产、日常生活、科学研究中具有广泛的应用。
化学电源：人们利用原电池原理，将化学能直接转化为电能，制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池以及高能燃料电池，以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学研究以及科学技术的发展中，电池发挥的作用不可代替，大到宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小到电脑、电话、手机以及心脏起搏器等，都离不开各种的电池。
加快反应速率：如实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，用纯锌生成氢气的速率较慢，而用粗锌可大大加快化学反应速率，这是因为在粗锌中含有杂质，杂质和锌形成了无数个微小的原电池，加快了反应速率。
比较金属的活动性强弱：一般来说，负极比正极活泼。
防止金属的腐蚀：金属的腐蚀指的是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应，使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程。在金属腐蚀中，我们把不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀，电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀：在潮湿的空气中，钢铁表面吸附一层薄薄的水膜，里面溶解了少量的氧气、二氧化碳，含有少量的H+和OH 形成电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳形成了无数个微小的原电池，铁作负极，碳作正极，发生吸氧腐蚀：
负极：2Fe 4e 2Fe2+ 正极：O2+4e +2H2O4OH
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。因此可以用更活泼的金属与被保护的金属相连接，或者让金属与电源的负极相连接均可防止金属的腐蚀。
1．理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池( )
2．放热反应都可设计成原电池( )
3．在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生( )
4．两种活动性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极( )
5．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
6．实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳( )
一. 判断金属的活泼性及反应速率
1 M、N、P、E四种金属，已知：①M+N2+N+M2+；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；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+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
A．P>M>N>E B．E>N>M>P
C．P>N>M>E D．E>P>M>N
2．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是
二． 设计原电池
1． 事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填序号，下同)。
a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH>0
b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH<0
c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH<0
若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为_____________________________________________。
某同学用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是________。
a．实验过程中，左侧烧杯中浓度不变
b．实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作
c．若开始时用U形铜代替盐桥，装置中无电流产生
d．若开始时用U形铜代替盐桥，U形铜的质量不变
2．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
（图1）
如图1为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)
____________________设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过________mol电子。
（2）其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为________________，这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性质的原因________________，用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式________________，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此作了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式__________________________。
（图2）
（3）如图2其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在甲装置铜丝附近滴加酚酞试液，现象是______________，电极反应为______________；乙装置中石墨（1）为________(填“正”、“负”、“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连石墨电极上发生的反应式为____________，产物常用________________检验，反应的离子方程式为________________________________。
原电池设计的思维模板
（1）正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属（如石墨等）作为正极。
（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，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。
（3）画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。
1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
2．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)在方框中画出装置图，指出电极材料和电解质溶液：
①不含盐桥 ②含盐桥
3．[2019新课标Ⅰ]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2+2MV2+2H++2MV+
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
4．[2016·新课标II]Mg AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是
A．负极反应式为Mg 2e Mg2+
B．正极反应式为Ag++e Ag
C．电池放电时Cl 由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
5．[2016·海南]某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是
A．Zn为电池的负极
B．正极反应式为2FeO42 + 10H++6e Fe2O3+5H2O
C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变
D．电池工作时向负极迁移
6．[2016·上海]图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示
A．铜棒的质量 B．c(Zn2+)
C．c(H+) D．c(SO42 )
