【化学】10-11学年同步学案（人教版选修4）：第四章 第一节 原电池
文档属性
| 名称 | 【化学】10-11学年同步学案（人教版选修4）：第四章 第一节 原电池 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 268.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2010-12-21 17:04:00 | ||
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文档简介
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第四章 电化学基础
第一节 原电池
重难点一 原电池正负极判断的方法
1．由组成原电池的两极材料判断
较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。
2．根据电流方向或电子流向判断
外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。
3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4．根据原电池中两极发生的反应判断
原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。
5．根据电极质量的变化判断
原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。
6．根据电极上有气泡产生判断
原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。
7．根据某电极(X)附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。
特别提醒 应用此要点，须注意：
原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。
重难点二 电极反应式的书写方法
书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式，再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。结合具体的情况，我们可以概括为以下两种情况：(1)根据两个电极反应式，写出总反应式。使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式。(2)根据总反应式，写电极反应式一般分四个步骤：①列物质，标得失，②选离子，配电荷，③配个数，巧用水，④两式加，验总式。
重难点三 原电池原理的应用
1．依据原电池原理比较金属活动性强弱
(1)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。
(2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。
(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。
2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。
(1)电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质。因此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(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。
(2)电极材料的选择
在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。正极和负极之间
产生的电势差是电子(阴、阳离子)移动的动力。
例1 将纯锌片和纯铜片按如图所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( )
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．产生气泡的速率甲比乙慢
答案 C21世纪教育网
解析 因乙烧杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D错；又因两烧杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H+，故C正确。
①原电池设计前后并不改变反应进行的方向，甲、乙的总反应相同。②原电池反应将氧化还原反应分成两部分进行，反应速率加快，且将化学能转变为电能。
例2
关于如图所示装置的叙述，正确的是( )
A．铜是负极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少[21世纪教育网
C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原
答案 D
解析 本题主要考查有关原电池的知识。由所给图示可知Zn为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极铜电极，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2。原电池只分正极、负极，不用阴极、阳极表示，电流与电子流的方向相反。
在判断电流方向时，易与电子流向混淆。在外电路，电流从正极流向负极，而电子流向则与电流方向相反。
例3 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为( )
A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a
答案 B
解析 应用原电池原理比较金属活泼性时，注意电子流向、电流方向、正负极、氧化反应、还原反应与活泼性的关系。根据原电池原理，作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此可依次作出如下判断：活动性：①a＞b；②c＞d；③a＞c；④d＞b。综合得结论：金属活动性a＞c＞d＞b，故应选B。
例4 利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。在方格内画出实验装置图，并指出正极为E，电极反应式为
________________________________________________________________________；
负极为________，电极反应式为
________________________________________________________________________。
答案 装置如图
Pt(或其它合理答案) 2Fe3++2e-===2Fe2+ Zn Zn-2e-===Zn2+
解析 本题的创新之处在于将原电池的原理进行逆向思维，以培养同学们的逆向思维能力。其思路为：首先将已知的反应拆成两个半反应(即失电子和得电子的反应)：Zn-2e-===Zn2+,2Fe3++2e-===2Fe2+；然后结合原电池的工作原理分析可知，该电极的负极应用锌作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般可用不能还原Fe3＋的材料(如铂、碳棒等)作正极，电解质溶液只能用FeCl3溶液。
将氧化反应及还原反应通过原电池两极反应进行放大，不仅便于理解和巩固氧化还原反应中的一些概念，而且可通过电子的定向移动更直观、更深入理解电子守恒或化合价升高或
降低数目相等等理论，该处是物理、化学的综合试题的交接点，应引起重视。
1．由化学能转变为电能的装置 氧化反应 负 还原反应 正
2．铜 Cu－2e－===Cu2＋ 银 2Ag＋＋2e－===2Ag
3．a>c>d>b
4．B 5.BD
6．(1)装置图
(4)负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Fe2＋＋2e－===Fe
1．判断下图中装置，哪些能形成原电池( )
答案 D
解析 A项装置盛放的是酒精，属于非电解质，不能形成原电池；B项装置两电极材料完全相同，不能形成原电池；C项装置不能形成原电池，不能自发发生氧化还原反应；D项装置能形成原电池，符合形成原电池的条件，且能发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
2．下列关于原电池的叙述正确的是( )
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转化为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
答案 B
解析 构成原电池的正、负极可以用金属与非金属，如碳作电极；原电池中电子流出的一极发生氧化反应；电流的方向是从正极流向负极，与电子流动的方向是相反的。
3．已知空气—锌电池的电极反应为：锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，碳棒：O2＋H2O＋2e－===2OH－。据此判断，锌片是( )
A．正极，并被还原 B．正极，并被氧化
C．负极，并被还原 D．负极，并被氧化
答案 D
解析 方法一 由Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O可知：Zn失去电子被氧化，电子由锌片流出，锌片是负极，得出D正确。
方法二 由活泼金属是负极，排除A、B选项；由负极(或负极上)发生氧化反应，排除C，得出D正确。
4．在用锌和稀硫酸反应制取氢气时，加入少量CuSO4溶液，其目的是( )
A．防止产生过多的H2 B．降低生成H2的速率
C．提高生成H2的量 D．加快反应速率
答案 D
解析 因为锌可以将铜从CuSO4溶液中置换出来，生成的铜附着在锌的表面，在硫酸中形成原电池，促进氢气的生成，加快反应的进行。
5．由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH变化情况是( )
A．不变 B．先变小后变大
C．逐渐变大 D．逐渐变小
答案 C[来源:21世纪教育网
解析 根据该原电池工作的总反应，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑只要原电池不断工作，该反应就不断发生，溶液中c(H＋)就逐渐减小，溶液的pH将不断增大。
6.
如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液。21世纪教育网
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)( )
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．铁圈和银圈仍保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D．银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
(2)产生上述现象的原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)D
(2)铁圈和银圈构成原电池，其中铁圈做负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，使铁圈质量减小；银圈做正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成的铜附着在银圈上，使银圈质量增加
7．(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________；
银片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；
②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol－1，电子电量为1.60×10－19C)
答案 (1)Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)①4.5 L ②3.8×104 C
解析 (1)锌片、银片与稀硫酸构成原电池
锌片为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋
银片为正极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑
(2)①锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x。
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
65 g 22.4 L
60 g－47 g＝13 g x
x＝13 g×22.4 L÷65 g＝4.5 L
②反应消耗的锌为：13 g÷65 g·mol－1＝0.20 mol
1 mol Zn变为Zn2＋时，转移2 mol e－，则通过的电量为：0.20 mol×2×6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝3.8×104C。
1．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )
A．正极附近的SO浓度逐渐增大 B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出 D．铜片上有H2逸出
答案 D
解析 由锌片、铜片、稀H2SO4构成原电池，锌片为负极，Zn－2e－===Zn2＋；铜片为正极：2H＋＋2e－===H2↑，SO、OH－等阴离子向负极移动，外电路上，电子通过导线由锌片流向铜片。[来源:21世纪教育网
2．某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )21世纪教育网
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3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 CD
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＋，答案为CD。[来源:21世纪教育网
点拨 设计原电池，第一要确定化学反应是能自发进行的氧化还原反应；第二是将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式)；第三是根据原电池构成的条件确定原电池的正、负极材料和电解质溶液。
3．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )21世纪教育网
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质质量相等
C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗1 mol
答案 AD
解析 在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A、D为正确选项。
规律 电化学的有关计算都要遵循电子守恒。
1．有关原电池的下列说法中正确的是( )
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
答案 C
解析 在原电池中，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，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为C。
2．根据原电池的有关知识，下列反应不能用于原电池的是( )
A．2H2＋O22H2O
B．2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
D．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
答案 D
解析 原电池反应必须是一个放热的氧化还原反应，两个因素缺一不可，四个选项均为放热反应，但选项D是非氧化还原反应，故它不可以用于原电池反应。
3．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( )
A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
答案 D
解析 判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。由题给总方程式得：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故Zn为负极。
4．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
答案 C
解析 铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑反应，可观察到气泡放出速率加快。
5．如图所示，烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )
答案 A
6．在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是( )
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极到b极
D．a极上发生了氧化反应
答案 B
解析 本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。没有扎实的基础知识容易搞错，显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：
a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)
b(正)极：nH＋＋ne－===H2(还原反应)
由于正极放电消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计A流向b极。
7．根据下列实验事实：①X＋Y2＋===X2＋＋Y ②Z＋2H2OZ(OH)2＋H2↑ ③Z2＋的氧化性比X2＋弱 ④由Y、W作电极组成的原电池反应为：Y－2e－＝Y2＋
由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A．X＞Y＞Z＞W B．Y＞X＞W＞Z C．Z＞X＞Y＞W D．Z＞Y＞X＞W
答案 C
解析 依据氧化还原反应的规律，由①可知X的还原性大于Y；Z可与冷水反应，因而还原性最强；Z2＋的氧化性比X2＋弱，其对应的金属Z的还原性大于X；④中Y、W作电极组成的原电池Y作负极，可知Y的还原性大于W。由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是：Z＞X＞Y＞W。
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8．右图是一个原电池装置，请按要求填空。
(1)正极材料是____________负极材料是____________。
(2)电流的方向是：由__________经外电路流向____________。
(3)反应过程中，铁片质量____________，铜片质量____________。
(4)写出电极反应式：
负极：____________，正极____________________。
(5)该电流中发生的总反应方程式为：
________________________________________________________________________。
答案 (1)Cu Fe (2)Cu Fe (3)减小 增大
(4)Fe－2e－===Fe2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
(5)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
9．称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，向甲中加入50 mL pH＝3 的HCl溶液，向乙中加入50 mL pH＝3 的醋酸溶液，向丙中加入50 mL pH＝3 的醋酸及少量胆矾粉末，反应结束时产生的H2体积一样多，且无锌粉剩余，请用“＞”、“＝”或“＜”填空：
(1)开始反应时速率大小关系为______________；
(2)反应过程中，乙和丙速率不同的理由是
________________________________________________________________________；
(3)反应结束时，所需时间__________；
(4)三支试管中参加反应的锌的质量为____________。
答案 (1)甲＝乙＝丙 (2)丙形成原电池反应速率加快 (3)甲＞乙＞丙 (4)甲＝乙＜丙
解析 Zn与酸反应的实质为：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，其反应速率取决于c(H＋)，反应开始时pH相同，即c(H＋)相等，故反应速率相等；乙中存在平衡CH3COOH??CH3COO－＋H＋，反应过程中c(H＋)降低稍慢，反应速率甲＜乙。丙中发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn与置换出的铜构成原电池；反应速率加快，且多消耗一部分Zn。
10．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：
编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向
1 Al、Mg 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Al、Mg 氢氧化钠 偏向Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 偏向Al
(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？
(2)写出实验3中的电极反应和电池反应。
(3)实验4中Al作正极还是负极？写出Al电极的电极反应。
(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。
(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极，受到哪些因素的影响？[来源:21世纪教育网
答案 (1)不相同，1中作正极，2中作负极
(2)负极：2Al－6e－===2Al3＋
正极：6H＋＋6e－===3H2↑
总反应方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(3)Al作负极
Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
(4)常温下Al钝化，Zn能与浓HNO3反应，故Zn作原电池的负极，Al作正极。
(5)①与金属本身活泼性有关，也与另一电极金属活泼性有关；②与电解质溶液的酸碱性和酸的氧化性有关。
解析 实验1中Mg活泼，故Mg作负极；实验2中Al活泼，故Al作负极；实验3中是铝作负极，将盐酸中的氢离子置换出氢气；实验4中Mg虽比Al活泼，但Mg不能与NaOH溶液反应，而Al可与NaOH溶液反应，故Al作负极；实验5中Al虽比Zn活泼，但常温下，Al遇浓硝酸发生钝化，阻止内部的金属继续与酸反应，故Zn为负极。
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第四章 电化学基础
第一节 原电池
重难点一 原电池正负极判断的方法
1．由组成原电池的两极材料判断
较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。
2．根据电流方向或电子流向判断
外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。
3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4．根据原电池中两极发生的反应判断
原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。
5．根据电极质量的变化判断
原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。
6．根据电极上有气泡产生判断
原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。
7．根据某电极(X)附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。
特别提醒 应用此要点，须注意：
原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁—铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。
重难点二 电极反应式的书写方法
书写电极反应式时，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，首先正确判断出电极反应产物，然后结合反应物及转移电子数量写出反应式，再结合质量守恒、电荷守恒配平各电极反应式。两电极反应式相加则得总反应式。结合具体的情况，我们可以概括为以下两种情况：(1)根据两个电极反应式，写出总反应式。使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式。(2)根据总反应式，写电极反应式一般分四个步骤：①列物质，标得失，②选离子，配电荷，③配个数，巧用水，④两式加，验总式。
重难点三 原电池原理的应用
1．依据原电池原理比较金属活动性强弱
(1)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。
(2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。
(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。
2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池
从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。
(1)电解质溶液的选择
电解质是使负极放电的物质。因此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(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。
(2)电极材料的选择
在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。正极和负极之间
产生的电势差是电子(阴、阳离子)移动的动力。
例1 将纯锌片和纯铜片按如图所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( )
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．产生气泡的速率甲比乙慢
答案 C21世纪教育网
解析 因乙烧杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D错；又因两烧杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H+，故C正确。
①原电池设计前后并不改变反应进行的方向，甲、乙的总反应相同。②原电池反应将氧化还原反应分成两部分进行，反应速率加快，且将化学能转变为电能。
例2
关于如图所示装置的叙述，正确的是( )
A．铜是负极，铜片上有气泡产生 B．铜片质量逐渐减少[21世纪教育网
C．电流从锌片经导线流向铜片 D．氢离子在铜片表面被还原
答案 D
解析 本题主要考查有关原电池的知识。由所给图示可知Zn为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极铜电极，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2。原电池只分正极、负极，不用阴极、阳极表示，电流与电子流的方向相反。
在判断电流方向时，易与电子流向混淆。在外电路，电流从正极流向负极，而电子流向则与电流方向相反。
例3 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为( )
A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a
答案 B
解析 应用原电池原理比较金属活泼性时，注意电子流向、电流方向、正负极、氧化反应、还原反应与活泼性的关系。根据原电池原理，作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此可依次作出如下判断：活动性：①a＞b；②c＞d；③a＞c；④d＞b。综合得结论：金属活动性a＞c＞d＞b，故应选B。
例4 利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。在方格内画出实验装置图，并指出正极为E，电极反应式为
________________________________________________________________________；
负极为________，电极反应式为
________________________________________________________________________。
答案 装置如图
Pt(或其它合理答案) 2Fe3++2e-===2Fe2+ Zn Zn-2e-===Zn2+
解析 本题的创新之处在于将原电池的原理进行逆向思维，以培养同学们的逆向思维能力。其思路为：首先将已知的反应拆成两个半反应(即失电子和得电子的反应)：Zn-2e-===Zn2+,2Fe3++2e-===2Fe2+；然后结合原电池的工作原理分析可知，该电极的负极应用锌作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般可用不能还原Fe3＋的材料(如铂、碳棒等)作正极，电解质溶液只能用FeCl3溶液。
将氧化反应及还原反应通过原电池两极反应进行放大，不仅便于理解和巩固氧化还原反应中的一些概念，而且可通过电子的定向移动更直观、更深入理解电子守恒或化合价升高或
降低数目相等等理论，该处是物理、化学的综合试题的交接点，应引起重视。
1．由化学能转变为电能的装置 氧化反应 负 还原反应 正
2．铜 Cu－2e－===Cu2＋ 银 2Ag＋＋2e－===2Ag
3．a>c>d>b
4．B 5.BD
6．(1)装置图
(4)负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Fe2＋＋2e－===Fe
1．判断下图中装置，哪些能形成原电池( )
答案 D
解析 A项装置盛放的是酒精，属于非电解质，不能形成原电池；B项装置两电极材料完全相同，不能形成原电池；C项装置不能形成原电池，不能自发发生氧化还原反应；D项装置能形成原电池，符合形成原电池的条件，且能发生反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
2．下列关于原电池的叙述正确的是( )
A．构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转化为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
答案 B
解析 构成原电池的正、负极可以用金属与非金属，如碳作电极；原电池中电子流出的一极发生氧化反应；电流的方向是从正极流向负极，与电子流动的方向是相反的。
3．已知空气—锌电池的电极反应为：锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，碳棒：O2＋H2O＋2e－===2OH－。据此判断，锌片是( )
A．正极，并被还原 B．正极，并被氧化
C．负极，并被还原 D．负极，并被氧化
答案 D
解析 方法一 由Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O可知：Zn失去电子被氧化，电子由锌片流出，锌片是负极，得出D正确。
方法二 由活泼金属是负极，排除A、B选项；由负极(或负极上)发生氧化反应，排除C，得出D正确。
4．在用锌和稀硫酸反应制取氢气时，加入少量CuSO4溶液，其目的是( )
A．防止产生过多的H2 B．降低生成H2的速率
C．提高生成H2的量 D．加快反应速率
答案 D
解析 因为锌可以将铜从CuSO4溶液中置换出来，生成的铜附着在锌的表面，在硫酸中形成原电池，促进氢气的生成，加快反应的进行。
5．由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH变化情况是( )
A．不变 B．先变小后变大
C．逐渐变大 D．逐渐变小
答案 C[来源:21世纪教育网
解析 根据该原电池工作的总反应，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑只要原电池不断工作，该反应就不断发生，溶液中c(H＋)就逐渐减小，溶液的pH将不断增大。
6.
如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液。21世纪教育网
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)( )
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．铁圈和银圈仍保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D．银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
(2)产生上述现象的原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)D
(2)铁圈和银圈构成原电池，其中铁圈做负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，使铁圈质量减小；银圈做正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，生成的铜附着在银圈上，使银圈质量增加
7．(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
锌片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________；
银片上发生的电极反应：
________________________________________________________________________。
(2)若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47 g，试计算：
①产生氢气的体积(标准状况)；
②通过导线的电量。(已知NA＝6.02×1023 mol－1，电子电量为1.60×10－19C)
答案 (1)Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)①4.5 L ②3.8×104 C
解析 (1)锌片、银片与稀硫酸构成原电池
锌片为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋
银片为正极，发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑
(2)①锌片与银片减少的质量等于生成氢气所消耗的锌的质量，设产生的氢气体积为x。
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
65 g 22.4 L
60 g－47 g＝13 g x
x＝13 g×22.4 L÷65 g＝4.5 L
②反应消耗的锌为：13 g÷65 g·mol－1＝0.20 mol
1 mol Zn变为Zn2＋时，转移2 mol e－，则通过的电量为：0.20 mol×2×6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝3.8×104C。
1．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )
A．正极附近的SO浓度逐渐增大 B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出 D．铜片上有H2逸出
答案 D
解析 由锌片、铜片、稀H2SO4构成原电池，锌片为负极，Zn－2e－===Zn2＋；铜片为正极：2H＋＋2e－===H2↑，SO、OH－等阴离子向负极移动，外电路上，电子通过导线由锌片流向铜片。[来源:21世纪教育网
2．某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )21世纪教育网
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3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 CD
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＋，答案为CD。[来源:21世纪教育网
点拨 设计原电池，第一要确定化学反应是能自发进行的氧化还原反应；第二是将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应(电极反应式)；第三是根据原电池构成的条件确定原电池的正、负极材料和电解质溶液。
3．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是( )21世纪教育网
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质质量相等
C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 g H2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗1 mol
答案 AD
解析 在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A、D为正确选项。
规律 电化学的有关计算都要遵循电子守恒。
1．有关原电池的下列说法中正确的是( )
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
答案 C
解析 在原电池中，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，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为C。
2．根据原电池的有关知识，下列反应不能用于原电池的是( )
A．2H2＋O22H2O
B．2CH3OH＋3O22CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑
D．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
答案 D
解析 原电池反应必须是一个放热的氧化还原反应，两个因素缺一不可，四个选项均为放热反应，但选项D是非氧化还原反应，故它不可以用于原电池反应。
3．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是：Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是( )
A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
答案 D
解析 判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。由题给总方程式得：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故Zn为负极。
4．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
答案 C
解析 铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋获得由铁片传递过来的电子2H＋＋2e－===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴CuCl2溶液，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑反应，可观察到气泡放出速率加快。
5．如图所示，烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )
答案 A
6．在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是( )
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极到b极
D．a极上发生了氧化反应
答案 B
解析 本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。没有扎实的基础知识容易搞错，显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：
a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)
b(正)极：nH＋＋ne－===H2(还原反应)
由于正极放电消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计A流向b极。
7．根据下列实验事实：①X＋Y2＋===X2＋＋Y ②Z＋2H2OZ(OH)2＋H2↑ ③Z2＋的氧化性比X2＋弱 ④由Y、W作电极组成的原电池反应为：Y－2e－＝Y2＋
由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是( )
A．X＞Y＞Z＞W B．Y＞X＞W＞Z C．Z＞X＞Y＞W D．Z＞Y＞X＞W
答案 C
解析 依据氧化还原反应的规律，由①可知X的还原性大于Y；Z可与冷水反应，因而还原性最强；Z2＋的氧化性比X2＋弱，其对应的金属Z的还原性大于X；④中Y、W作电极组成的原电池Y作负极，可知Y的还原性大于W。由此可知，X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序是：Z＞X＞Y＞W。
[来源:21世纪教育网
8．右图是一个原电池装置，请按要求填空。
(1)正极材料是____________负极材料是____________。
(2)电流的方向是：由__________经外电路流向____________。
(3)反应过程中，铁片质量____________，铜片质量____________。
(4)写出电极反应式：
负极：____________，正极____________________。
(5)该电流中发生的总反应方程式为：
________________________________________________________________________。
答案 (1)Cu Fe (2)Cu Fe (3)减小 增大
(4)Fe－2e－===Fe2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
(5)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
9．称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，向甲中加入50 mL pH＝3 的HCl溶液，向乙中加入50 mL pH＝3 的醋酸溶液，向丙中加入50 mL pH＝3 的醋酸及少量胆矾粉末，反应结束时产生的H2体积一样多，且无锌粉剩余，请用“＞”、“＝”或“＜”填空：
(1)开始反应时速率大小关系为______________；
(2)反应过程中，乙和丙速率不同的理由是
________________________________________________________________________；
(3)反应结束时，所需时间__________；
(4)三支试管中参加反应的锌的质量为____________。
答案 (1)甲＝乙＝丙 (2)丙形成原电池反应速率加快 (3)甲＞乙＞丙 (4)甲＝乙＜丙
解析 Zn与酸反应的实质为：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，其反应速率取决于c(H＋)，反应开始时pH相同，即c(H＋)相等，故反应速率相等；乙中存在平衡CH3COOH??CH3COO－＋H＋，反应过程中c(H＋)降低稍慢，反应速率甲＜乙。丙中发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn与置换出的铜构成原电池；反应速率加快，且多消耗一部分Zn。
10．某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：
编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向
1 Al、Mg 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、石墨 稀盐酸 偏向石墨
4 Al、Mg 氢氧化钠 偏向Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 偏向Al
(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？
(2)写出实验3中的电极反应和电池反应。
(3)实验4中Al作正极还是负极？写出Al电极的电极反应。
(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。
(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极，受到哪些因素的影响？[来源:21世纪教育网
答案 (1)不相同，1中作正极，2中作负极
(2)负极：2Al－6e－===2Al3＋
正极：6H＋＋6e－===3H2↑
总反应方程式：2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
(3)Al作负极
Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O
(4)常温下Al钝化，Zn能与浓HNO3反应，故Zn作原电池的负极，Al作正极。
(5)①与金属本身活泼性有关，也与另一电极金属活泼性有关；②与电解质溶液的酸碱性和酸的氧化性有关。
解析 实验1中Mg活泼，故Mg作负极；实验2中Al活泼，故Al作负极；实验3中是铝作负极，将盐酸中的氢离子置换出氢气；实验4中Mg虽比Al活泼，但Mg不能与NaOH溶液反应，而Al可与NaOH溶液反应，故Al作负极；实验5中Al虽比Zn活泼，但常温下，Al遇浓硝酸发生钝化，阻止内部的金属继续与酸反应，故Zn为负极。
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