人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：20【基础】原电池
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：20【基础】原电池 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 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 | 2020-01-11 20:51:07 | ||
图片预览
文档简介
原电池
【学习目标】
1、进一步了解原电池的工作原理；
2、能够写出原电池的电极反应式和原电池的总反应方程式。
【要点梳理】
要点一、原电池
1、概念：将化学能转化为电能的装置叫原电池。
2、原电池的构成条件
①两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。
负极：活泼性强，失去电子发生氧化反应。
正极：活泼性弱，溶液中阳离子得到电子发生还原反应。
②电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动形成内电路。
③导线将两电极连接，形成闭合回路。
④有能自发进行的氧化还原反应。
要点诠释：a．原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。如图：
/
b．形成闭合回路的方式有多种，可以是用导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图：
/
要点二、原电池工作原理的实验探究
1、实验设计
①按照图示装置进行实验。请观察两个金属片插入溶液后电流表指针位置的变化、金属电极表面的变化以及溶液温度的变化，分析是否有电流产生。
/
②按照下图组装实验装置，注意最后将盐桥插入两种电解质溶液中。请观察反应过程中电流表指针位置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极表面以及溶液温度的变化情况。
/
要点诠释：盐桥的作用及优点
a．组成：将热的饱和KCl或NH4NO3琼胶溶液倒入U形管中(不能产生裂隙)，即可得到盐桥。将冷却后的U形管浸泡在KCl饱和溶液或NH4NO3饱和溶液中备用。
b．作用：使两个半电池中的溶液连成一个通路。
c．优点：使原电池中的氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。
2、实验记录
电流产生情况
电极表面变化情况
温度变化情况
能量变化情况
(Ⅰ)
有电流产生
锌片质量减小，同时铜片上有红色物质析出，铜片质量增加
溶液温度升高
化学能转化为电能、热能
(Ⅱ)
有电流产生
锌片质量减小，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加
溶液温度不变
化学能转化为电能
3、实验分析
①对于图甲装置
Zn片：Zn－2e－＝Zn2+
Cu片：Cu2++2e－＝Cu
同时在Zn片上，Zn可直接与CuSO4溶液反应，生成Cu与ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有化学能转化为热能。
/
②对于图乙所示原电池
锌片：负极，Zn－2e－＝Zn2+(氧化反应)
铜片：正极，Cu2++2e－＝Cu(还原反应)
总化学方程式：Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+
4、实验原理分析：(如图所示)
/
要点三、原电池中电荷移动方向
在原电池构成的闭合电路中，有电荷的流动；从电路的构成方面来说，有外电路上电荷的流动和内电路上电荷的流动；从电荷的类型方面来说，有电子的流动和阴、阳离子的流动，其中的具体情况见图。
/
要点四、原电池的电极判断
/
要点诠释：活泼金属在原电池中不一定作负极。
如Mg—Al—NaOH溶液原电池，活泼性Mg＞Al，但此原电池中Al作负极，Mg作正极。负极反应：Al+4OH－－3e－＝AlO2－+2H2O，正极反应：2H++2e－＝H2↑，总反应：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑。判断一个原电池中的正负极，最根本的方法是：失e－的一极是负极；得e－的一极为正极。
要点五、原电池电极反应式的书写
1、题目给定图示装置
/
2、题目给定总反应式
①分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正负电极的反应物与产物。
②在电极反应式的左边写出得失电子数，并使左右两边电荷守恒。
③根据质量守恒定律配平电极反应式。
3、几个注意点
①负极材料若不与电解质溶液发生反应，则负极失电子，空气中的O2得电子发生还原反应。
②电极反应式的书写必须遵守离子方程式的书写要求，如难溶物、难电离物、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。
③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池，负极反应为Fe+2OH－－2e－＝Fe(OH)2。
要点六、原电池原理在化学中的应用
1、设计原电池
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：
电解质溶液：一般能与负极反应。或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。
电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。
设计思路：
设计思路
实例
以自发的氧化还原反应为基础
2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应
氧化反应(负极)：Cu－2e－＝Cu2+；
还原反应(正极)：2Fe3++2e－＝2Fe2+
以两极反应原理为依据，确定电极材料及电解质溶液
负极材料：Cu；
正极材料：石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属；
电解质溶液：FeCl3溶液
画出示意图
/
2、原电池工作原理的其他应用
①制造种类电池
②金属的腐蚀与防护
③判断金属的活泼性
/
④加快反应的速率
构成原电池时反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制取H2时，用粗锌与稀H2SO4反应比用纯锌时的速率快。
【典型例题】
类型一：原电池原理及简单应用
（2019 扬州模拟）下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是（ ）
/
①离子在铜片表面被还原；②盐桥中的K+移向ZnSO4溶液；③电流从锌片经导线流向铜片；④铜是正极，铜片上有气泡产生；⑤正极反应为Cu2++2e-=Cu；⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①⑤⑦ B．①③④ C．②⑤⑦ D．④⑥⑦
【思路点拨】判断出原电池的正、负极是解答本题的关键。
【答案】A
【解析】该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极（电流的方向与之相反），负极、正极的反应分别为负极：Zn-2e-=Zn2+，正极：Cu2++2e-=Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。
【总结升华】原电池原理：
（1）原理图示
/
（2）正、负极的判断方法：
/
举一反三：
【变式1】下列变化中属于原电池反应的是 ( )
A．在空气中金属铝表面迅速氧化成保护层
B．镀锌铁表面有划损时，仍然能阻止铁被氧化
C．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色的保护层
D．锌与稀硫酸反应时，加入少量的CuSO4溶液可使反应加快
【答案】BD
例2 如图所示的原电池装置中，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，则对此装置的下列说法正确的是( )
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Zn棒和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn棒
C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X＞Y
D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
【答案】C
【解析】由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。所以，A、B、D错误，C正确。
举一反三：
【变式1】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。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。据此判断四种金属的活泼性顺序是( )
A．X＞Z＞W＞Y B．Z＞X＞Y＞W C．W＞X＞Y＞Z D．Y＞W＞Z＞X
【答案】A
【解析】在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子，发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子，发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向)。因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活泼性W＞Y。综上所述，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。
类型二：原电池的设计
例3 利用反应Zn+2Fe3+＝Zn2++2Fe2+设计一个原电池，在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为________；负极为________，电极反应式为________。
【答案】Pt 2Fe3++2e－＝2Fe2+ Zn Zn－2e－＝Zn2+ 实验装置图如下：
/或/
【解析】根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是，首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Zn－2e－＝Zn2+，2Fe3++2e－＝2Fe2+；然后再结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用Zn作材料，正极要保证Fe3+得到负极失去的电子，可选用Pt或碳棒等，电解质溶液只能选用含Fe3+的电解质溶液，如FeCl3溶液等。
举一反三：
【变式1】（2019 武汉模拟）可以将反应Zn+Br2====ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2+2e-====2Br-，②2Br--2e-====Br2，③Zn-2e-====Zn2+，④Zn2++2e-====Zn，其中表示放电时负极和正极反应的分别是（ ）
A．②和③ B．②和① C．③和① D．④和①
【答案】C
【解析】放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
类型三：电极反应式、电池反应式的书写
例4（2019 北京西城二模）已知某种微生物燃料电池工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中，正确的是（ ）
A．外电路电子从B极移向A极
B．溶液中H+由B极区移向A极区
C．电池工作一段时间后B极区溶液的pH减小
D．A极电极反应式为：CH3COOH - 8e－+2H2O=2CO2?+8H+
【思路点拨】根据图像信息判断正负极是解题的关键。
【答案】D
【解析】根据图像提供的信息得知，A极发生失电子的氧化反应，为负极，B极发生得电子的还原反应，为正极。A项，外电路电子是从负极到正极（由A到B）；B项，溶液中H+由A极区移向B极区，与氧结合成水；C项，由于B区不断消耗H+，导致酸性减弱，pH应该增大；D项，A极电极反应式为：CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2+8H+，故选D。
【总结升华】书写电极反应式的3个原则：
（1）共存原则 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH-参加反应；碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+参加反应。
（2）得氧失氧原则 得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH-（电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H+（电解质为酸性时）。
（3）中性吸氧反应成碱原则 在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。
【巩固练习】
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是（ ）
/
/
/
A．锌锰电池
B．氢燃料电池
C．铅蓄电池
D．镍镉电池
2．下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A．铜锌组成原电池中电子是从锌经过导线流向铜?
B．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
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌片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
3．现有一定条件下进行的反应：Cu+2H2O＝Cu(OH)2+H2↑，根据该反应设计原电池的说法正确的是（ ）
A．可以铜为负极，碳为正极，氯化钠为电解质溶液构成原电池
B．可以铜为正极，碳为负极，氯化钠为电解质溶液构成原电池
C．可以铜为负极，碳为正极，稀硫酸为电解质构成原电池
D．该反应不能构成原电池
4．将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中，反应一段时间后，溶液质量减轻的是（ ）
A．氯化铝 B．硫酸铜
C．硝酸银 D．稀硫酸
5．如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（ ）
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．铁圈和银圈保持平衡状态
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
6．（2019 北京丰台一模）如图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图，下列说法不正确的是（ ）
/
A．该装置可将化学能转化为电能
B．溶液中H+由a极移向b极
C．电极b附近的pH降低
D．电极a附近发生的反应是：C6H6O﹣28e﹣+11H2O/6CO2+28H+
7．某同学根据离子反应方程式2Fe3++Fe＝3Fe2+来设计原电池。下列设计方案中可行的是（ ）
A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液
B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液
D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
8．（2019 福建高考）某模拟“人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是
/
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a电极的反应为：3CO2 + 16H＋-18e－= C3H8O+4H2O
9．100 mL浓度为2 mol／L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量6 mol／L的盐酸 B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的NaCl溶液
10．下列叙述正确的是（ ）
A．反应AlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2O，可以设计成原电池
B．Zn和稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C．把Fe片和Cu片放入稀H2SO4中，并用导线把二者相连，观察到Cu片上产生大量气泡，说明Cu与稀H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D．金属镀层破损后，镀锌铁比镀锡铁更易被腐蚀
11．（2019 武汉检测）理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）。
A．CH4 (g)+2O2 (g)/CO2 (g)+2H2O (1) ΔH＜0
B．HNO3 (1)+NaOH (1)==NaNO3 (1)+H2O (1) ΔH＜0
C．CO2 (g)+C (s)==2CO (g) ΔH＞0
D．2FeCl3 (aq)+Fe (s)==3FeCl2 (aq) ΔH＜0
12．现有铁片，某未知电极和稀硫酸，用导线连接成原电池，若使铁片溶解，而在另一电极上有大量气泡冒出，则这种未知电极材料可以是（ ）
①锌片 ②铜片 ③铁片 ④石墨棒
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
13．下列各装置中，能产生电流的是（ ）
/
二、填空题
1．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
/
/
/
现象
A不断溶解形成二价金属离子
C的质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
（1）装置甲中负极的电极反应式是____________。
（2）装置乙中正极的电极反应式是____________。
（3）装置丙中溶液的pH________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（4）四种金属的活泼性由强到弱的顺序是________。
2．（2019 遵义模拟）某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应：2Fe3++2I- 2Fe2++I2，设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：
（1）请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。
（2）发生氧化反应的电极反应式为___________________________。
（3）反应达到平衡时，外电路导线中________（填“有”或“无”）电流通过。
（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________（填“正”或“负”）极。
【答案与解析】
1．B
【解析】A、锌锰电池，Zn是负极，二氧化锰是正极，所以正极放电的物质是二氧化锰，A错误；B、氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，电子由负极经外电路流向正极，正确；C、铅蓄电池负极为Pb，正极为PbO2放电；D、镍镉电池负极为Ni，正极为氧化铬放电。
2．C
【解析】铜锌原电池中，锌做负极、铜做正极，电子从负极流向正极，正极出现气泡；Fe3+的氧化性强，发生2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，铜片逐渐溶解；形成原电池，可以加快化学反应速率。
3．D
【解析】一个能够自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
4．C
【解析】分析进入溶液物质的质量与溶液析出固体或放出气体质量的差值。A项，不反应，溶液质量不变；B项，进去锌(65)、析出铜(64)，溶液质量增加；C项，进去锌(65)、析出银(216)，溶液质量减轻；D项，进去锌(65)、放出氢气(2)，溶液质量增加。
5．D
【解析】铁圈和银圈作电极与CuSO4溶液构成原电池，银圈作正极，Cu2+在正极（银圈）上得到电子析出Cu，铁圈作负极，失去电子被氧化，质量减小，因此银圈质量增大，而铁圈质量减小，故银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜。只有选项D正确。
6．C
【解析】A项，该装置没有外接电源，是原电池，是将化学能转化为电能装置，故A正确；B项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，根据电子流向知，a是负极、b是正极，所以溶液中H+由a极移向b极，故B正确；C项，b电极氧气得电子和氢离子反应生成水，导致溶液中氢离子浓度降低，溶液的pH升高，故C错误；D项，a电极上苯酚失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H6O﹣28e﹣+11H2O/6CO2+28H+，故D正确。故选C。
7．B
【解析】由离子反应方程式可知，设计的原电池中Fe为负极，不与电解质溶液反应的导体为正极，含Fe3+的溶液为电解质溶液，故B项可行。
8．B
【解析】A．该装置将电能和光能转化为化学能，错误。
B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H+从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确。
C．该反应的总方程式是：6CO2-8H2O=2C3H8O+9O2。根据反应方程式可知，每生成1mol O2，有2/3mol CO2被还原，其质量是88/3 g，错误。
D．a电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：3CO2+18H++18e- = C3H8O+5H2O，错误。
9．B
【解析】加入适量6 mol／L的盐酸，增大了溶液中c (H+)和n (H+)，反应速率加快，产生H2的量也增多，所以A不符合题意；加入适量蒸馏水或加入适量的NaCl溶液后，溶液中c (H+)降低，反应速率减慢；加入几滴CuCl2溶液，锌置换出少量铜，锌、铜在盐酸中构成原电池，加快了反应速率，但不影响产生H2的量，故B正确。
10．B
【解析】A项中的反应AlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2O不是氧化还原反应，故不能被设计成原电池；B项中加入CuSO4溶液后，会发生反应Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，生成的Cu附在Zn表面，进而可形成Cu－Zn原电池，使反应速率加快；C项中由于形成了Fe－Cu原电池，故而会在Cu片表面产生大量气泡，但铜并没有参加反应，Fe发生氧化反应而溶解；D项中由于金属活泼性Zn＞Fe＞Sn，故当金属镀层破损后，镀锌铁会因Zn的消耗而使Fe受到保护，但是镀锡铁，会因发生原电池反应而使Fe被腐蚀的速率加快。
11．BC
【解析】只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，故A、D两项可以；B项是复分解反应，不可以设计成原电池；C项中ΔH＞0、ΔS＞0为非自发的氧化还原反应。
12．D
【解析】若使铁片溶解，而在另一电极上有大量气泡冒出，则未知电极应为原电池的正极，其活泼性应比铁差。
13．BC 装置中有电流产生，装置必须组成原电池，由原电池构成条件：①电解质溶液；②两个电极；③形成闭合回路，可知B、C两装置为原电池。
二、填空题
1．（1）A－2e－＝A2+ （2）Cu2++2e－＝Cu （3）变大 （4）D＞A＞B＞C
【解析】装置甲、乙、丙均为原电池。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性A＞B；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活泼性B＞C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性D＞A，随着溶液中H+的消耗，溶液的pH变大。
2．（1）如图
/
（2）2I--2e-=I2 （3）无 （4）负
【解析】（1）先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定正负极区的电解质溶液。（2）发生氧化反应的电极是负极，I-失电子。（3）反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2+失电子，电极变成负极。
【学习目标】
1、进一步了解原电池的工作原理；
2、能够写出原电池的电极反应式和原电池的总反应方程式。
【要点梳理】
要点一、原电池
1、概念：将化学能转化为电能的装置叫原电池。
2、原电池的构成条件
①两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。
负极：活泼性强，失去电子发生氧化反应。
正极：活泼性弱，溶液中阳离子得到电子发生还原反应。
②电解质溶液，电解质中阴离子向负极方向移动，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动形成内电路。
③导线将两电极连接，形成闭合回路。
④有能自发进行的氧化还原反应。
要点诠释：a．原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。如图：
/
b．形成闭合回路的方式有多种，可以是用导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图：
/
要点二、原电池工作原理的实验探究
1、实验设计
①按照图示装置进行实验。请观察两个金属片插入溶液后电流表指针位置的变化、金属电极表面的变化以及溶液温度的变化，分析是否有电流产生。
/
②按照下图组装实验装置，注意最后将盐桥插入两种电解质溶液中。请观察反应过程中电流表指针位置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极表面以及溶液温度的变化情况。
/
要点诠释：盐桥的作用及优点
a．组成：将热的饱和KCl或NH4NO3琼胶溶液倒入U形管中(不能产生裂隙)，即可得到盐桥。将冷却后的U形管浸泡在KCl饱和溶液或NH4NO3饱和溶液中备用。
b．作用：使两个半电池中的溶液连成一个通路。
c．优点：使原电池中的氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。
2、实验记录
电流产生情况
电极表面变化情况
温度变化情况
能量变化情况
(Ⅰ)
有电流产生
锌片质量减小，同时铜片上有红色物质析出，铜片质量增加
溶液温度升高
化学能转化为电能、热能
(Ⅱ)
有电流产生
锌片质量减小，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加
溶液温度不变
化学能转化为电能
3、实验分析
①对于图甲装置
Zn片：Zn－2e－＝Zn2+
Cu片：Cu2++2e－＝Cu
同时在Zn片上，Zn可直接与CuSO4溶液反应，生成Cu与ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有化学能转化为热能。
/
②对于图乙所示原电池
锌片：负极，Zn－2e－＝Zn2+(氧化反应)
铜片：正极，Cu2++2e－＝Cu(还原反应)
总化学方程式：Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+
4、实验原理分析：(如图所示)
/
要点三、原电池中电荷移动方向
在原电池构成的闭合电路中，有电荷的流动；从电路的构成方面来说，有外电路上电荷的流动和内电路上电荷的流动；从电荷的类型方面来说，有电子的流动和阴、阳离子的流动，其中的具体情况见图。
/
要点四、原电池的电极判断
/
要点诠释：活泼金属在原电池中不一定作负极。
如Mg—Al—NaOH溶液原电池，活泼性Mg＞Al，但此原电池中Al作负极，Mg作正极。负极反应：Al+4OH－－3e－＝AlO2－+2H2O，正极反应：2H++2e－＝H2↑，总反应：2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑。判断一个原电池中的正负极，最根本的方法是：失e－的一极是负极；得e－的一极为正极。
要点五、原电池电极反应式的书写
1、题目给定图示装置
/
2、题目给定总反应式
①分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正负电极的反应物与产物。
②在电极反应式的左边写出得失电子数，并使左右两边电荷守恒。
③根据质量守恒定律配平电极反应式。
3、几个注意点
①负极材料若不与电解质溶液发生反应，则负极失电子，空气中的O2得电子发生还原反应。
②电极反应式的书写必须遵守离子方程式的书写要求，如难溶物、难电离物、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。
③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池，负极反应为Fe+2OH－－2e－＝Fe(OH)2。
要点六、原电池原理在化学中的应用
1、设计原电池
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：
电解质溶液：一般能与负极反应。或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。
电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。
设计思路：
设计思路
实例
以自发的氧化还原反应为基础
2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应
氧化反应(负极)：Cu－2e－＝Cu2+；
还原反应(正极)：2Fe3++2e－＝2Fe2+
以两极反应原理为依据，确定电极材料及电解质溶液
负极材料：Cu；
正极材料：石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属；
电解质溶液：FeCl3溶液
画出示意图
/
2、原电池工作原理的其他应用
①制造种类电池
②金属的腐蚀与防护
③判断金属的活泼性
/
④加快反应的速率
构成原电池时反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制取H2时，用粗锌与稀H2SO4反应比用纯锌时的速率快。
【典型例题】
类型一：原电池原理及简单应用
（2019 扬州模拟）下图为一原电池装置，下列叙述中正确的是（ ）
/
①离子在铜片表面被还原；②盐桥中的K+移向ZnSO4溶液；③电流从锌片经导线流向铜片；④铜是正极，铜片上有气泡产生；⑤正极反应为Cu2++2e-=Cu；⑥实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；⑦将锌片浸入CuSO4溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①⑤⑦ B．①③④ C．②⑤⑦ D．④⑥⑦
【思路点拨】判断出原电池的正、负极是解答本题的关键。
【答案】A
【解析】该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极（电流的方向与之相反），负极、正极的反应分别为负极：Zn-2e-=Zn2+，正极：Cu2++2e-=Cu；盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移，故①、⑤正确，②、③、④错误；取出盐桥后不能构成闭合回路，原电池不能继续工作，⑥错误；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，⑦正确。
【总结升华】原电池原理：
（1）原理图示
/
（2）正、负极的判断方法：
/
举一反三：
【变式1】下列变化中属于原电池反应的是 ( )
A．在空气中金属铝表面迅速氧化成保护层
B．镀锌铁表面有划损时，仍然能阻止铁被氧化
C．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色的保护层
D．锌与稀硫酸反应时，加入少量的CuSO4溶液可使反应加快
【答案】BD
例2 如图所示的原电池装置中，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，则对此装置的下列说法正确的是( )
A．外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B．若两电极分别为Zn棒和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn棒
C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X＞Y
D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
【答案】C
【解析】由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y，则电流的方向为Y→外电路→X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。所以，A、B、D错误，C正确。
举一反三：
【变式1】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中，组成原电池。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。据此判断四种金属的活泼性顺序是( )
A．X＞Z＞W＞Y B．Z＞X＞Y＞W C．W＞X＞Y＞Z D．Y＞W＞Z＞X
【答案】A
【解析】在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子，发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子，发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反(物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向)。因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活泼性W＞Y。综上所述，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。
类型二：原电池的设计
例3 利用反应Zn+2Fe3+＝Zn2++2Fe2+设计一个原电池，在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为________；负极为________，电极反应式为________。
【答案】Pt 2Fe3++2e－＝2Fe2+ Zn Zn－2e－＝Zn2+ 实验装置图如下：
/或/
【解析】根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是，首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Zn－2e－＝Zn2+，2Fe3++2e－＝2Fe2+；然后再结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用Zn作材料，正极要保证Fe3+得到负极失去的电子，可选用Pt或碳棒等，电解质溶液只能选用含Fe3+的电解质溶液，如FeCl3溶液等。
举一反三：
【变式1】（2019 武汉模拟）可以将反应Zn+Br2====ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：
①Br2+2e-====2Br-，②2Br--2e-====Br2，③Zn-2e-====Zn2+，④Zn2++2e-====Zn，其中表示放电时负极和正极反应的分别是（ ）
A．②和③ B．②和① C．③和① D．④和①
【答案】C
【解析】放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。
类型三：电极反应式、电池反应式的书写
例4（2019 北京西城二模）已知某种微生物燃料电池工作原理如图所示。下列有关该电池的说法中，正确的是（ ）
A．外电路电子从B极移向A极
B．溶液中H+由B极区移向A极区
C．电池工作一段时间后B极区溶液的pH减小
D．A极电极反应式为：CH3COOH - 8e－+2H2O=2CO2?+8H+
【思路点拨】根据图像信息判断正负极是解题的关键。
【答案】D
【解析】根据图像提供的信息得知，A极发生失电子的氧化反应，为负极，B极发生得电子的还原反应，为正极。A项，外电路电子是从负极到正极（由A到B）；B项，溶液中H+由A极区移向B极区，与氧结合成水；C项，由于B区不断消耗H+，导致酸性减弱，pH应该增大；D项，A极电极反应式为：CH3COOH-8e-+2H2O=2CO2+8H+，故选D。
【总结升华】书写电极反应式的3个原则：
（1）共存原则 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH-参加反应；碱性溶液中CO2不可能存在，也不可能有H+参加反应。
（2）得氧失氧原则 得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH-（电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H+（电解质为酸性时）。
（3）中性吸氧反应成碱原则 在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。
【巩固练习】
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是（ ）
/
/
/
A．锌锰电池
B．氢燃料电池
C．铅蓄电池
D．镍镉电池
2．下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A．铜锌组成原电池中电子是从锌经过导线流向铜?
B．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
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌片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
3．现有一定条件下进行的反应：Cu+2H2O＝Cu(OH)2+H2↑，根据该反应设计原电池的说法正确的是（ ）
A．可以铜为负极，碳为正极，氯化钠为电解质溶液构成原电池
B．可以铜为正极，碳为负极，氯化钠为电解质溶液构成原电池
C．可以铜为负极，碳为正极，稀硫酸为电解质构成原电池
D．该反应不能构成原电池
4．将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中，反应一段时间后，溶液质量减轻的是（ ）
A．氯化铝 B．硫酸铜
C．硝酸银 D．稀硫酸
5．如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（ ）
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．铁圈和银圈保持平衡状态
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
6．（2019 北京丰台一模）如图是利用微生物燃料电池处理工业含酚废水的原理示意图，下列说法不正确的是（ ）
/
A．该装置可将化学能转化为电能
B．溶液中H+由a极移向b极
C．电极b附近的pH降低
D．电极a附近发生的反应是：C6H6O﹣28e﹣+11H2O/6CO2+28H+
7．某同学根据离子反应方程式2Fe3++Fe＝3Fe2+来设计原电池。下列设计方案中可行的是（ ）
A．电极材料为铁和锌，电解质溶液为FeCl3溶液
B．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．电极材料为铁和石墨，电解质溶液为FeCl2溶液
D．电极材料为石墨，电解质溶液为FeCl3溶液
8．（2019 福建高考）某模拟“人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是
/
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a电极的反应为：3CO2 + 16H＋-18e－= C3H8O+4H2O
9．100 mL浓度为2 mol／L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量6 mol／L的盐酸 B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的NaCl溶液
10．下列叙述正确的是（ ）
A．反应AlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2O，可以设计成原电池
B．Zn和稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C．把Fe片和Cu片放入稀H2SO4中，并用导线把二者相连，观察到Cu片上产生大量气泡，说明Cu与稀H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D．金属镀层破损后，镀锌铁比镀锡铁更易被腐蚀
11．（2019 武汉检测）理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）。
A．CH4 (g)+2O2 (g)/CO2 (g)+2H2O (1) ΔH＜0
B．HNO3 (1)+NaOH (1)==NaNO3 (1)+H2O (1) ΔH＜0
C．CO2 (g)+C (s)==2CO (g) ΔH＞0
D．2FeCl3 (aq)+Fe (s)==3FeCl2 (aq) ΔH＜0
12．现有铁片，某未知电极和稀硫酸，用导线连接成原电池，若使铁片溶解，而在另一电极上有大量气泡冒出，则这种未知电极材料可以是（ ）
①锌片 ②铜片 ③铁片 ④石墨棒
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
13．下列各装置中，能产生电流的是（ ）
/
二、填空题
1．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
/
/
/
现象
A不断溶解形成二价金属离子
C的质量增加
A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
（1）装置甲中负极的电极反应式是____________。
（2）装置乙中正极的电极反应式是____________。
（3）装置丙中溶液的pH________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（4）四种金属的活泼性由强到弱的顺序是________。
2．（2019 遵义模拟）某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应：2Fe3++2I- 2Fe2++I2，设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液，KI溶液；其他用品任选。请回答下列问题：
（1）请画出设计的原电池装置图，并标出电极材料，电极名称及电解质溶液。
（2）发生氧化反应的电极反应式为___________________________。
（3）反应达到平衡时，外电路导线中________（填“有”或“无”）电流通过。
（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中电极变为________（填“正”或“负”）极。
【答案与解析】
1．B
【解析】A、锌锰电池，Zn是负极，二氧化锰是正极，所以正极放电的物质是二氧化锰，A错误；B、氢氧燃料电池中，通入氢气的一极为电源的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为原电池的正极，电子由负极经外电路流向正极，正确；C、铅蓄电池负极为Pb，正极为PbO2放电；D、镍镉电池负极为Ni，正极为氧化铬放电。
2．C
【解析】铜锌原电池中，锌做负极、铜做正极，电子从负极流向正极，正极出现气泡；Fe3+的氧化性强，发生2Fe3++Cu=Cu2++2Fe2+，铜片逐渐溶解；形成原电池，可以加快化学反应速率。
3．D
【解析】一个能够自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
4．C
【解析】分析进入溶液物质的质量与溶液析出固体或放出气体质量的差值。A项，不反应，溶液质量不变；B项，进去锌(65)、析出铜(64)，溶液质量增加；C项，进去锌(65)、析出银(216)，溶液质量减轻；D项，进去锌(65)、放出氢气(2)，溶液质量增加。
5．D
【解析】铁圈和银圈作电极与CuSO4溶液构成原电池，银圈作正极，Cu2+在正极（银圈）上得到电子析出Cu，铁圈作负极，失去电子被氧化，质量减小，因此银圈质量增大，而铁圈质量减小，故银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜。只有选项D正确。
6．C
【解析】A项，该装置没有外接电源，是原电池，是将化学能转化为电能装置，故A正确；B项，放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，根据电子流向知，a是负极、b是正极，所以溶液中H+由a极移向b极，故B正确；C项，b电极氧气得电子和氢离子反应生成水，导致溶液中氢离子浓度降低，溶液的pH升高，故C错误；D项，a电极上苯酚失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为C6H6O﹣28e﹣+11H2O/6CO2+28H+，故D正确。故选C。
7．B
【解析】由离子反应方程式可知，设计的原电池中Fe为负极，不与电解质溶液反应的导体为正极，含Fe3+的溶液为电解质溶液，故B项可行。
8．B
【解析】A．该装置将电能和光能转化为化学能，错误。
B．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H+从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确。
C．该反应的总方程式是：6CO2-8H2O=2C3H8O+9O2。根据反应方程式可知，每生成1mol O2，有2/3mol CO2被还原，其质量是88/3 g，错误。
D．a电极为阴极，发生还原反应，电极的反应式为：3CO2+18H++18e- = C3H8O+5H2O，错误。
9．B
【解析】加入适量6 mol／L的盐酸，增大了溶液中c (H+)和n (H+)，反应速率加快，产生H2的量也增多，所以A不符合题意；加入适量蒸馏水或加入适量的NaCl溶液后，溶液中c (H+)降低，反应速率减慢；加入几滴CuCl2溶液，锌置换出少量铜，锌、铜在盐酸中构成原电池，加快了反应速率，但不影响产生H2的量，故B正确。
10．B
【解析】A项中的反应AlCl3+4NaOH＝NaAlO2+3NaCl+2H2O不是氧化还原反应，故不能被设计成原电池；B项中加入CuSO4溶液后，会发生反应Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，生成的Cu附在Zn表面，进而可形成Cu－Zn原电池，使反应速率加快；C项中由于形成了Fe－Cu原电池，故而会在Cu片表面产生大量气泡，但铜并没有参加反应，Fe发生氧化反应而溶解；D项中由于金属活泼性Zn＞Fe＞Sn，故当金属镀层破损后，镀锌铁会因Zn的消耗而使Fe受到保护，但是镀锡铁，会因发生原电池反应而使Fe被腐蚀的速率加快。
11．BC
【解析】只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，故A、D两项可以；B项是复分解反应，不可以设计成原电池；C项中ΔH＞0、ΔS＞0为非自发的氧化还原反应。
12．D
【解析】若使铁片溶解，而在另一电极上有大量气泡冒出，则未知电极应为原电池的正极，其活泼性应比铁差。
13．BC 装置中有电流产生，装置必须组成原电池，由原电池构成条件：①电解质溶液；②两个电极；③形成闭合回路，可知B、C两装置为原电池。
二、填空题
1．（1）A－2e－＝A2+ （2）Cu2++2e－＝Cu （3）变大 （4）D＞A＞B＞C
【解析】装置甲、乙、丙均为原电池。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性A＞B；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活泼性B＞C；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性D＞A，随着溶液中H+的消耗，溶液的pH变大。
2．（1）如图
/
（2）2I--2e-=I2 （3）无 （4）负
【解析】（1）先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定正负极区的电解质溶液。（2）发生氧化反应的电极是负极，I-失电子。（3）反应达到平衡时，无电子流动，故无电流产生。（4）平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2+失电子，电极变成负极。