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1、第3节 化学能转化为电能电池第1课时原电池的工作原理目标要求1.了解原电池的工作原理。2.能写出原电池的电极反应式和反应方程式。一、原电池1原电池定义：将化学能转变为电能的装置。2实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简单原电池的构成条件活泼性不同的两个电极，电解质溶液，形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应。二、原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。以铜锌原电池为例：1在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中，
2、Cu2从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为：ZnZn22e；铜为正极，发生还原反应，电极反应式为：Cu22eCu。总反应式为：ZnCu2=Zn2Cu，反应是自发进行的。2闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极；内电路：溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。3盐桥盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2过多，带正电荷。Cu2获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2过少，SO过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻
3、止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl向ZnSO4溶液迁移，K向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。知识点一原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案B解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是ZnZn22e，2H2eH2；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。2下列装置中，属于原电池的是()答案D解析利用组成原电池的条件分析；A项两电极相同；B项酒精为非电解质；C项缺少盐桥；E项有外加电源，只有D项符合。知识点二原电池原理3将纯锌片和纯铜片按图示方式
4、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C解析因乙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；又因两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H，故C正确。4下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是()A B C D答案B解析本题考查了Zn、Cu和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应式为Z
5、nZn22e，Cu为正极，电极反应式为2H2eH2，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向Cu，溶液中H向正极移动，SO向负极移动，故选B。5把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()AABCD BACBD CACDB DBDCA答案C解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性AB、AC
6、、CD、DB，故正确答案为C。知识点三原电池应用6控制适合的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3被还原C电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极答案D解析由反应2Fe32I2Fe2I2可知，反应开始时，甲中Fe3发生还原反应，乙中I发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D。 7.已知电极材料：
7、铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？_。若能，请写出电极反应式，负极：_，正极：_。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能CuCu22e2Fe32e2Fe2(3)解析(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而
8、被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为CuCu22e，正极为石墨，电极反应式为2Fe32e2Fe2。(3)因为总反应式为FeH2SO4=FeSO4H2，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。练基础落实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离子浓度逐渐增大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解析铜锌原电池中，锌为负极，铜为正极，原电池工作时，Zn失电子被氧化而溶解，H在铜
9、片上得电子析出氢气，电解质溶液中SO向负极移动，电子沿导线由锌流向铜。2下列叙述是小明做完铜、锌原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是()A构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属B由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极C电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被氢离子得到而放出氢气D铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过答案D解析两种活泼性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池；在原电池中，活泼金属中的电子流向不活泼的电极，因此活泼金属是负极；但电子不能通过电
10、解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线转移过来的电子；铜锌原电池工作时，锌做负极失电子，电极反应为ZnZn22e，1 mol Zn失去2 mol电子，0.2 mol锌(质量为13 g)被溶解，电路中有0.4 mol电子通过。故选D。3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，气泡放出的速率加快答案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：2H2eH
11、2，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ZnCu2=Zn2Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液中，发生的反应是Cu2Fe3=Cu22Fe2，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ZnCu2=Zn2Cu，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2H2eH2反应，可观察到气泡放出的速率加快。4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)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：AgeAg实
12、验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的反应相同A B C D答案C解析铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，两极电极反应分别为：负极：CuCu22e，正极：2Ag2e2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反，因此C正确。5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()A锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2B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
13、出1 g H2D锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol答案A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：ZnZn22e；正极：2H2eH2。当溶解1 mol锌时失去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正确。6电子表所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液。其电极反应是：Zn2OHZnOH2O2eAg2OH2O2e2Ag2OH总反应式为：Ag2OZn=2AgZnO下列判断正确的是()锌为正极，Ag2O为负极锌为负极，Ag2O为正极原电池工作时，负极区溶液
14、pH减小原电池工作时，负极区溶液pH增大A B C D答案C解析原电池中失去电子的极为负极，所以锌为负极，Ag2O为正极，正确。因为Zn2OHZnOH2O2e，负极区溶液中c(OH)不断减小，故pH减小，所以也正确。练方法技巧7据报道，我国拥有的完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是()A正极反应式为O22H2O4e4OHB工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C该燃料电池的总反应方程式为2H2O2=2H2OD用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24 L Cl2(标准状况)时，有0.1 mol
15、电子转移答案D解析本题考查燃料电池的工作原理。氧气在正极发生还原反应，A正确；该燃料电池中氢气与氧气反应生成水，KOH没有消耗，也没有生成，故KOH的物质的量不变，但其溶液浓度变小，B正确；H2和O2反应生成水是该电池发生的反应，C正确；CuCl2CuCl2，2ClCl22e，n(Cl2)2.24 L/22.4 Lmol10.1 mol，n(e)0.2 mol，D错误。8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稀硫酸答案C解析当Zn、Ag和电解质溶液构成原电池时，Zn为负极：ZnZn22e，溶液中的阳离子在正极Ag上
16、得电子。根据电子守恒原理，则：A项：1 mol Zn22 mol H溶液质量变化m 65 g2 g63 gB项：1 mol Zn21 mol Cu2溶液质量变化m 65 g64 g 1 gC项：1 mol Zn22 mol Ag溶液质量变化m 65 g216 g 151 gD项：1 mol Zn22 mol H溶液质量变化m 65 g2 g 63 g只有C项中溶液质量减轻。9以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是()A该电池能够在高温下工作B电池的负极反应式为C6H12O66H2O6CO224H24eC放电过程中，H从正极区向负极区迁移D在电池反应中，每消耗
17、1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 L 答案B解析由葡萄糖微生物燃料电池结构示意图可知，此燃料电池是以葡萄糖为燃料，以氧气为氧化剂，以质子交换膜为隔膜，以惰性材料为电极的一种燃料电池。由于是微生物电池，而微生物的生存温度有一定的范围，所以高温下微生物不一定能够生存，A错误；放电时，负极：C6H12O6被微生物分解成CO2、H和电子，电极反应式：C6H12O66H2O6CO224H24e，B正确；负极产生的H透过质子交换膜进入正极室，C错误；负极产生的电子沿外电路从负极流向正极，在正极室与H和氧气发生反应生成水。总反应方程式为C6H12O66O2=6CO26H2O，由总反应方程式可
18、知：每消耗1 mol氧气，理论上可以生成标准状况下CO2气体22.4 L，D错误。练综合拓展10依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(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_电极流向_电极。答案(1)铜AgNO3溶液(2)正AgeAgCuCu22e(3)CuAg解析根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu应作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知：(1)X的材料为铜，Y是AgNO3溶
19、液。(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为AgeAg。X电极上发生的电极反应式为CuCu22e。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。11某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 molL1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。总反应离子方程式为_。(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金
20、属活泼”，则甲会判断出_活动性更强，而乙会判断出_活动性更强(填写元素符号)。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？_。A利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质B镁的金属性不一定比铝的金属性强C该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值D该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析答案(1)MgMg22e2H2eH2(2)2Al8OH2Al(OH)46e6H2O6e6OH3H22Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2(3)MgAl(4)AD解析(1)甲池中电池总反应方程式为MgH2SO4=MgSO4H2，Mg作负极，电极反应式为MgMg22e，Al作正极，电极反应式为2H2eH2。(2)乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成Al(OH)4，电极反应式为2Al8OH2Al(OH)46e；正极产物为H2，电极反应式为6H2O6e6OH3H2。(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极，若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断Mg活动性强，乙判断Al活动性强。(4)选AD。Mg的金属活动性一定比Al强，金属活动性顺序表是正确的，应用广泛。8