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高中化学
人教版 选择性必修1
第一节 原电池
课时25 原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
目
录
Contents
关键能力
举题说法
关键能力
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 原电池可将化学能转化为电能，原电池需外接电源才能工作。( )
(2) 原电池工作时，化学能转化为电能。( )
(3) 若将反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用锌、铁作电极材料。( )
(4) 锌铜原电池中，电子通过电解质溶液形成闭合回路。( )
(5) 原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( )
(6) 正极得电子，发生氧化反应。( )
(7) 粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快，是因为粗锌比纯锌还原性强。( )
(8) 一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )
×
√
×
×
×
×
×
√
二、 原电池正、负极的判断
原电池反应归根结底是氧化还原反应，紧扣思路：负极→失电子→化合价升高。
三、 盐桥的作用、离子流向及电极反应式
1. 盐桥作用及离子移向：
(1) 连接内电路形成闭合回路。
(2) 维持两电极电势差(中和电荷)(盐桥中K＋向______极移动，Cl－向______极移动)。
(3) 减少能量损耗
正
负
2. 电极反应：
负极：____________________(________反应)；
正极：________________________ (________反应)
阳离子向______极迁移；阴离子向______极迁移。
Zn－2e－===Zn2＋
氧化
Cu2＋＋2e－===Cu
还原
正
负
四、 原电池原理的应用
1. 比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属________。
2. 增大化学反应速率
形成原电池的反应比没有形成原电池的反应速率大。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴__________________，形成Zn－Cu原电池，产生氢气的____________。
3. 设计原电池
(1) 理论上，自发的____________反应，可以设计成原电池。
(3) 内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作____________。
活泼
CuSO4溶液
速率增大
氧化还原
还原
氧化
氧化
还原
定向移动
举题说法
1
类型1 原电池形成的条件
下列装置中，能构成原电池的是( )
[解析] 酒精为非电解质，A错误；B项中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。
D
2
类型2 原电池工作原理及电极反应式的书写
(2022·兴化中学)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，电流表的指针依然发生偏转
C
[解析] 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。KNO3盐桥中的K＋移向正极，即移向AgNO3溶液，A错误；KCl与AgNO3反应会生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，B错误；由于负极反应生成的Cu2＋进入Cu(NO3)2溶液中，故工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大，C正确；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，D错误。
3
类型3 原电池原理的应用
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：
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
C
[解析] 由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性：a>b。对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性：b>c。第三个装置的金属活动性：d>c。由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性：d>a。故选C。第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
课时25 原电池的工作原理
1. 能辨识简单原电池的构成要素，从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能举出化学能转化为电能的实例。
2. 了解常见化学电源的工作原理，能写出电极反应式和电池总反应式。
一、 能力打底 概念辨析
判断下列说法的正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 原电池可将化学能转化为电能，原电池需外接电源才能工作。( × )
(2) 原电池工作时，化学能转化为电能。( √ )
(3) 若将反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用锌、铁作电极材料。( × )
(4) 锌铜原电池中，电子通过电解质溶液形成闭合回路。( × )
(5) 原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。( × )
(6) 正极得电子，发生氧化反应。( × )
(7) 粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快，是因为粗锌比纯锌还原性强。( × )
(8) 一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( √ )
二、 原电池正、负极的判断
原电池反应归根结底是氧化还原反应，紧扣思路：负极→失电子→化合价升高。
三、 盐桥的作用、离子流向及电极反应式
1. 盐桥作用及离子移向：
(1) 连接内电路形成闭合回路。
(2) 维持两电极电势差(中和电荷)(盐桥中K＋向 正 极移动，Cl－向 负 极移动)。
(3) 减少能量损耗
2. 电极反应：
负极： Zn－2e－===Zn2＋ ( 氧化 反应)；正极： Cu2＋＋2e－===Cu ( 还原 反应)
阳离子向 正 极迁移；阴离子向 负 极迁移。
四、 原电池原理的应用
1. 比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属 活泼 。
2. 增大化学反应速率
形成原电池的反应比没有形成原电池的反应速率大。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴 CuSO4溶液 ，形成Zn－Cu原电池，产生氢气的 速率增大 。
3. 设计原电池
(1) 理论上，自发的 氧化还原 反应，可以设计成原电池。
(2) 外电路：负极 还原 性较强的物质被 氧化 正极 氧化 性强的物质被 还原 。
(3) 内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作 定向移动 。
类型1 原电池形成的条件
下列装置中，能构成原电池的是( D )
[解析] 酒精为非电解质，A错误；B项中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。
类型2 原电池工作原理及电极反应式的书写
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( C )
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，电流表的指针依然发生偏转
[解析] 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。KNO3盐桥中的K＋移向正极，即移向AgNO3溶液，A错误；KCl与AgNO3反应会生成AgCl沉淀，不能使用KCl盐桥，B错误；由于负极反应生成的Cu2＋进入Cu(NO3)2溶液中，故工作一段时间后，Cu(NO3)2溶液中c(Cu2＋)增大，C正确；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，D错误。
类型3 原电池原理的应用
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极质量减小；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( C )
A. a>b>c>d B. b>c>d>a
C. d>a>b>c D. a>b>d>c
[解析] 由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性：a>b。对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性：b>c。第三个装置的金属活动性：d>c。由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性：d>a。故选C。
1. 某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是( A )
选项 电极材料 电解质溶液
A Cu、C FeCl3
B Cu、Ag FeSO4
C Cu、Zn FeCl3
D Fe、Zn CuSO4
[解析] 根据原电池的总反应可知，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液应含有Fe3＋，另一个电极应为比Cu不活泼的导电物质，A正确；电解质溶液中不含Fe3＋，B错误；Zn比Cu活泼，Zn作负极，C错误；发生的电池总反应是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，D错误。
2. 锌铜原电池装置如下图所示，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( C )
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(SO)减小
C. 电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D. 阴、阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液电荷平衡
[解析] 由图像可知该原电池反应原理为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故Zn电极为负极，失电子，发生氧化反应，Cu电极为正极，得电子，发生还原反应，A错误；该装置中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故两池中c(SO)不变，B错误；电解过程中，溶液中的Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，摩尔质量M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，C正确；电解过程中溶液中的Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，保持溶液中电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D错误。
3.某兴趣小组设计了如图所示原电池装置(盐桥中吸附有饱和K2SO4溶液)。下列说法正确的是( B )
A. 该原电池的正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
B. 甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
C. 盐桥中的SO流向甲烧杯
D. 若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针反向偏转
[解析] 该原电池反应为Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2，正极发生还原反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，A错误；甲烧杯中发生反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，则甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅，B正确；阴离子向负极移动，即流向乙烧杯，C错误；若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，Cu仍为负极，Pt仍为正极，电流表指针偏转方向不变，D错误。
4. 设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的原电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。
负极： Zn ，电极反应： Zn－2e－===Zn2＋ ；
正极： Pt ，电极反应： 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 。
[解析] 分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属(石墨等)作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。
1. 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( A )
2.现有如右图所示的原电池装置(盐桥中吸附有饱和KCl溶液)，下列说法正确的是( B )
A. 盐桥中的Cl－流向甲烧杯
B. 甲烧杯中溶液的红色逐渐变浅
C. 该原电池的正极反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D. 若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸，电流表指针将反向偏转
3.火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( B )
A. 负极上发生还原反应 B. CO2在正极上得电子
C. 阳离子由正极移向负极 D. 将电能转化为化学能
[解析] 根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上Na失去电子生成Na＋，发生氧化反应，A错误；放电时正极为CO2得到电子生成C，B正确；放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，C错误；放电时装置为原电池，将化学能转化为电能，D错误。
4. 在盛有稀硫酸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右图所示。下列关于该装置的说法中，正确的是( D )
A. 外电路的电流方向为X→外电路→Y
B. 若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁
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
5.(2023·泰州中学)用铜片、银片设计成如右图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( D )
A. 电子通过盐桥从乙池流向甲池
B. 铜导线替换盐桥，铜片上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
C. 开始时，银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋
D. 将铜片浸入AgNO3溶液中，发生的化学反应与该原电池总反应相同
6. 右图是某同学设计的原电池装置，下列说法中正确的是( C )
A. 电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极
B. 电极Ⅱ的反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
C. 该原电池的总反应为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D. 盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
[解析] 该原电池所发生的反应实质是Fe3＋与Cu的反应，C正确；电极Ⅰ上发生还原反应，作正极，A错误；电极Ⅱ为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，B错误；电子在负极上产生后经导线聚集到正极后被吸收掉，不可能通过溶液和盐桥，D错误。
7. 某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是( C )
A. 铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B. 石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C. 铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D. 铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
[解析] 由电池反应可知，铁作负极，铁失去电子发生氧化反应。C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌作负极，反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，与电池反应不符。
8. 右图中的铜锌原电池工作时，有关说法正确的是( B )
A. 正极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
B. 电池总反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C. 在外电路中，电子从正极流向负极
D. 盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
9. 某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如右图所示的原电池装置，下列说法中正确的是( D )
A. a电极为负极，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
[解析] 根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。
10. 某小组设计右图装置(盐桥中盛有浸泡了KNO3溶液的琼脂)研究电化学原理。下列说法中正确的是( C )
A. 银片为负极，发生的反应为Ag＋＋e－===Ag
B. 实验时，琼脂中K＋移向Mg(NO3)2溶液
C. 用稀硫酸代替AgNO3溶液，可形成原电池
D. 取出盐桥，电流表仍发生偏转
[解析] Mg比Ag活泼，Mg片为负极，Ag片为正极，A错误；进行实验时，琼脂中的阳离子移向正极，即K＋移向AgNO3溶液，B错误；用稀硫酸代替AgNO3溶液，也可形成原电池，电池总反应为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，C正确；取出盐桥，电路断开，电流表不能偏转，D错误。
11. 图甲和图乙是双液原电池装置，由图可判断下列说法中错误的是( B )
A. 图甲电池反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
B. 反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生
C. 盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性
D. 当图乙中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出
[解析] 根据图甲可知，原电池中Cd为负极，Cd失电子，Co2＋得电子，所以其电池反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)，金属活动性：Cd>Co, A正确；根据图乙可知，原电池中Co为负极，Co失电子，Ag＋得电子，所以Co(s)＋2Ag＋(aq)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)，金属活动性：Co>Ag，则金属活动性：Cd>Co>Ag，因此反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)不能发生， B错误；原电池放电时，盐桥中的阴、阳离子定向移动构成闭合回路，并使两个烧杯中的溶液保持电中性， C正确；根据Co(s)＋2Ag＋(aq)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)知，当有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g Ag析出， D正确。
12．(2023·海安模拟)在下图装置中，观察到图1装置Cu电极上产生大量无色气泡，而图2装置中Cu电极上无气泡产生，Cr电极上产生大量有色气泡。下列叙述错误的是( D )
A. 图1装置中Cu电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B. 图2装置中Cu电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
C. 图2装置中Cr电极上电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O
D. 两个装置中，电子均由Cr电极经导线流向Cu电极
[解析] 图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，A正确；图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极反应为Cu－2e－===Cu2＋，B正确；图2装置中正极上应是硝酸被还原生成二氧化氮气体，电极反应式为NO＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O，C正确；图1中，电子由Cr电极经导线流向Cu电极，图2中电子由Cu电极经导线流向Cr电极，D错误。
13. 原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中错误的是( A )
A. 由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
B. 由Al、Cu、稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋
C. 由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
D. 由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
[解析] 铁比铜活泼，铁作负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O, C正确；Al遇浓硝酸发生钝化反应，则铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D正确。
14. 某化学兴趣小组的同学设计了如右图所示的装置，据图回答下列问题：
(1) 反应过程中， 锌 棒质量减少。
(2) 正极的电极反应式为 Cu2＋＋2e－===Cu 。
(3) 反应过程中，当一电极质量增加2 g，另一电极减轻的质量 大于 (填“大于”“小于”或“等于”)2 g。
(4) 盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供NH和Cl－，使两烧杯中溶液保持电中性。
①反应过程中Cl－将进入 甲 (填“甲”或“乙”)烧杯。
②当外电路中转移0.2 mol电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是 NH 。
[解析] (3) 转移0.2 mol电子时，铜棒质量增加 6.4 g，锌棒质量减少6.5 g，故反应过程中，当铜电极质量增加2 g时，另一电极减少的质量大于2 g。(4)反应过程中，为了保持溶液电中性，Cl－将进入甲烧杯，NH进入乙烧杯。当外电路中转移0.2 mol电子时，乙烧杯中有0.1 mol Cu2＋被消耗，还剩余0.1 mol Cu2＋，同时有0.2 mol NH进入乙烧杯，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是NH。
15. 能源是现代社会发展的三大支柱之一，化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1) 下列装置中能够实现化学能转化为电能的是 C (填字母)。
(2) 写出该装置正极的电极反应式： 2H＋＋2e－===H2↑ 。
(3) 该装置中溶液里的阴离子移向 Zn (填电极的化学式)极。
(4) 若装置中转移了0.2 mol电子，则理论上溶液增加的质量是 6.3 g 。
[解析] (4) 装置中转移了0.2 mol电子，根据总反应式2H＋＋Zn===Zn2＋＋H2↑可知，理论上溶液质量增加： 0.1×65 g－0.1×2 g＝6.3 g。
16. 某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，设计如下原电池。甲、乙烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol/L，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：
(1) 此原电池的正极是石墨 a (填“a”或“b”)，发生 还原 反应。
(2) 电池工作时，盐桥中的SO移向 乙 (填“甲”或“乙”)烧杯。
(3) 写出两烧杯中的电极反应式：
甲： MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O 。
乙： Fe2＋－e－===Fe3＋ 。
(4) 若不考虑溶液体积的变化，MnSO4的浓度变为1.5 mol/L，则反应中转移的电子为 0.5 mol。
[解析] (1) 根据总反应式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2) 电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(4) 溶液中的MnSO4浓度由1 mol/L变为1.5 mol/L，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol/L×0.2 L＝0.1 mol，故转移的电子为 0.1 mol×5＝0.5 mol。
