2014-2015学年高中化学同步讲练：1.3.1原电池的工作原理1(鲁科版选修4).pdf

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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 Zn 2进入溶液，从

2、锌片上释放的电子，经过导线流向铜片； CuSO4溶液中， Cu 2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：ZnZn 22e； 铜为正极，发生还原反应，电极反应式为：Cu 22eCu。 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 ZnSO 4溶液中 Zn 2过多，带

3、正 电荷。 Cu2 获得电子沉积为 Cu，溶液中 Cu2 过少， SO2 4 过多，溶液带负电荷。 当溶液不能保持电中性时，将阻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 ZnSO 4溶液迁移， K 向 CuSO 4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ZnZn 22e，2H2e H 2；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

4、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

5、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() NO.：28Date：2009.11.8 实验后的记录： Zn为正极， Cu为负极。 H 向负极移动。 电子流动方向 ZnCu。 Cu极上有 H2产生。 若有 1 mol电子流过导线， 则产生 H2为0.5 mol。 正极的电极反应式为 ZnZn 22e。 ABCD 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ZnZn 22e，Cu 为正极，电极反应式 为 2H 2eH 2，每转移

6、 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， SO2 4 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

7、意得 活动性 AB、AC、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 2Fe 32I 2Fe 2I 2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Fe 3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 2Fe3 2I 2Fe 2I 2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

8、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：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

9、腐蚀 (2)能CuCu 22e 2Fe 32e2Fe2 (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 CuCu 22e，正极为 石墨，电极反应式为2Fe 32e2Fe2。 (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

10、附近的 SO 2 4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 在铜片上得电子析出氢气，电解质溶液中 SO2 4 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

11、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ZnZn2 2e ，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

12、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： 2H 2eH 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ZnCu 2 =Zn 2Cu，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 Cu2Fe 3=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 Zn

13、 Cu 2=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 2H 2eH 2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： Ag eAg 实验过程中取出盐桥，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 ABCD 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

14、电极反应分别为：负极：CuCu 22e，正极：2Ag 2e2Ag，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 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 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：ZnZ

15、n2 2e；正极：2H 2eH 2。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： Zn2OH ZnOH 2O2e Ag2OH2O2e 2Ag2OH 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pH 减小 原电池工作时，负极区溶液pH 增大 ABCD 答案C 解析原电池中失去电子的极为负极， 所以锌为负极， Ag2

16、O 为正极，正确。 因为 Zn2OH ZnOH 2O2e ，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O22H2O4e 4OH B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=2H2O D用该电池电解 CuCl2溶液，产生 2.24 L Cl2(标准状况 )时，有 0.1 mol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

17、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；CuCl2= 通电 CuCl2，2Cl Cl 22e ，n(Cl2)2.24 L/22.4 L mol 10.1 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： ZnZn 22e ，溶液中的阳

18、离子在正极 Ag 上得电子。根据电子守恒原理，则： A 项：1 mol Zn 22 mol H 溶液质量变化 m 65 g2 g63 g B 项：1 mol Zn 21 mol Cu2 溶液质量变化 m 65 g64 g 1 g C 项：1 mol Zn 22 mol Ag 溶液质量变化 m 65 g216 g151 g D 项：1 mol Zn 22 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C6H12O66H2O6C

19、O224H 24e C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 1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 22.4 6 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： C6H12O66H2O 6CO224H 24e，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

20、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

21、Ag eAg CuCu 22e (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溶液。 (2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Ag eAg。X 电极上发生 的电极反应式为 CuCu2 2e。 (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 molL 1 的稀 H2SO4中， 乙同学将电极放入6 mol L 1 的 N

22、aOH 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

23、、反应条件多变，应具体问题具体分析 答案(1)MgMg 22e 2H 2eH 2 (2)2Al8OH 2Al(OH) 4 6e 6H2O6e 6OH3H 2 2Al2OH 6H2O=2Al(OH)4 3H 2 (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MgMg 22e，Al 作正极，电极反应式为 2H 2e H 2。 (2)乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH 6H2O=2NaAl(OH)4 3H2，负极上为 Al 被氧化生成 Al 3后与 OH反应生成 Al(OH) 4 ，电极反应式 为 2Al8OH 2Al(OH) 4 6e；正极产物为 H2，电极反应式为6H2O6e 6OH3H 2。 (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。