《第22讲 原电池的工作原理（解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第22讲 原电池的工作原理（解析版）【暑假弯道超车】2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第22讲 原电池的工作原理1.宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的变化过程，并能理解带有盐桥原电池的实用性。一、原电池的工作原理1原电池的构成条件(1)定义：能把化学能转化为电能的装置。(2)构成条件：2实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)装置示意图注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转能量转换化学能转化为电能微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端
2、的Zn失去电子形成Zn2进入溶液在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2获得电子变成Cu沉积在铜片上电子或离子移动方向电子：负极流向正极盐桥：Cl移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液工作原理负极：Zn2e=Zn2(氧化反应)正极：Cu22e=Cu(还原反应)总反应：ZnCu2=Zn2Cu【特别提醒】(1)盐桥作用：离子通道，形成闭合回路。避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减。(2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。【归纳总结】原电池的工作原理二、原电池的应用1加快化学反应速率在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而
3、形成CuZn微小原电池，加快产生H2的速率。2金属活动性强弱比较一般来说，作负极的金属的活动性强于正极金属。如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：ab。3设计原电池理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(1)外电路负极化合价升高的物质正极活泼性弱的物质，一般选碳棒(2)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。如：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2化合价升高的物质负极：Cu活泼性较弱的物质正极：C化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图【方法技巧】设计原电池时电解质溶液和电极材料的
4、选择(1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则烧杯中的电解质溶液应有与电极材料相同元素的阳离子。(2)电池的电极材料必须能导电。考点01 原电池的构成及工作原理【例1】原电池工作时A正极发生氧化反应B负极发生氧化反应C电子从正极流出D负极质量一定减轻【答案】B【解析】原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，正极得到电子，发生还原反应，B正确，A、C不正确；负极电极材料不一定失去电子，例如燃料电池中，电极不参与反应，D不正确，答案选B。【变式1-1】下列装置中，能构成原电池的是A只有(甲)B只有(乙)C只有(丙)D除(
5、乙)均可以【答案】C【分析】原电池的构成条件是：有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间构成闭合回路，能自发的进行氧化还原反应，据此判断。【解析】A没有用导线连接形成闭合回路，所以不能构成原电池，故A错误；B两电极材料相同，所以不能构成原电池，故B错误；C有两个活泼性不同的电极，且两电极插入电解质溶液中，两电极间构成闭合回路，能自发的进行氧化还原反应，所以该装置能构成原电池，故C正确；D乙醇是非电解质，且电极和乙醇不能自发的发生氧化还原反应，所以不能构成原电池，故D错误；故选C。【变式1-2】如图是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
6、，描述合理的是实验后的记录：Zn为正极，Cu为负极。H+向负极移动。电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu。Cu极上有H2产生。若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol。正极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。ABCD【答案】B【解析】Zn可与硫酸发生氧化还原反应，而Cu不行，则Zn为负极，Cu为正极，描述错误。H+向正极移动，描述错误。电子流动方向为由负极流向正极：从Zn经外电路流向Cu，描述正确。Cu极上氢离子得电子生成氢气，则有H2产生，描述正确。若有1mol电子流过导线，则2mol氢离子得电子产生0.5mol H2，描述正确。负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，描述错误
7、。综上所述，答案为B。考点02 原电池电极的判断和电极反应式的书写【例2】用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是A电子通过盐桥从乙池移向甲池B盐桥中K+向左移动C开始时，银片上发生的反应是Ag-e-=AgD电路中每转移2mole-，正极材料增重216g【答案】D【分析】铜比银活泼，则该原电池中铜片为负极、银片为正极，负极反应式为：Cu-2e-=Cu2+，正极反应式为：Ag+e-=Ag，据此分析解答。【解析】A电子从铜片经外电路流向银片，不经盐桥，A错误；B盐桥中阳离子向正极移动，则K+向右移动，B错误；C银片上发生的反应是：Ag+e-=Ag，C错误；D每转移2mol
8、e-，正极生成2molAg，增重为，D正确；故答案选D。【变式2-1】下图为锌铜原电池示意图。下列有关叙述正确的是A外电路电子由铜片流向锌片B锌片上发生还原反应C铜片做正极，电极反应是：D盐桥中的阳离子移向铜电极【答案】D【分析】铜锌原电池中，因锌的金属性比铜强，则锌片发生失去电子的氧化反应，作负极，电极反应式为Zn-2e-Zn2+，铜为正极，发生得到电子的还原反应，电极反应式为：Cu2+2e-=Cu，原电池工作时，电子从负极锌沿导线流向正极铜，内电路中阳离子移向正极Cu，阴离子移向负极Zn，据此分析解答。【解析】A在原电池工作时，外电路中电子由负极(锌片)沿导线经过电流计流向正极(铜片)，故
9、A错误；B锌片为负极，锌失电子生成锌离子，发生氧化反应，故B错误；C铜片做正极，溶液中的Cu2+在铜片上得电子生成铜，电极反应式为：Cu2+2e-=Cu，故C错误；D原电池工作时，阳离子向正极移动，盐桥中的阳离子移向铜电极，故D正确；故选：D。【变式2-2】锌铜原电池装置如图，下列说法中不正确的是A原电池工作时，电子从电极流出，极上的电极反应为B该装置中和不直接接触，使电流更持续更稳定C溶液的作用是离子导体，可用溶液代替D盐桥中的移向溶液【答案】D【分析】比活泼，为负极，为正极。【解析】A原电池工作时，电子从电极流出，极上的电极反应为，A正确；B该装置中和没有直接接触，使电流更持续更稳定，B正
10、确；C溶液的作用是离子导体，没有参与反应，可用溶液代替，C正确；D盐桥中的移向负极区溶液，D错误；故选D。考点03 原电池的设计 【例3】某原电池的总反应离子方程式为：，不能实现该反应的原电池为A正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液B正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液C正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液【答案】B【解析】自发的氧化还原反应可以设计成原电池；根据2Fe3Fe=3Fe2可以判断，铁作负极发生氧化反应生成亚铁离子，比Fe活泼性弱的Cu、Ag或C棒作正极，电解质溶液中含
11、有Fe3在正极放电发生还原反应生成亚铁离子；锌做负极，锌会发生氧化反应生成锌离子，故B不符合题意；故选B。【变式3-1】原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是A由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al-3e=Al3+B由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al-3e+4OH=AlO+2H2OC由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu-2e=Cu2+D由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu-2e=Cu2+【答案】C【解析】A由Al、Cu、稀硫酸组成原电池中，Al能与稀硫酸反应，所以Al被氧化做负极，
12、电极反应为Al-3e=Al3+，A正确；B由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池中，Al能与NaOH溶液反应，所以Al被氧化做负极，生成偏铝酸根，电极反应为Al-3e+4OH=AlO+2H2O，B正确；C由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池中，Fe比Cu的还原性强，所以Fe被氧化做负极，电极反应为Fe-2e=Fe2+，C错误；D由Al、Cu、浓硝酸组成原电池中，Al发生钝化，所以Cu被氧化做负极，电极反应式为Cu-2e=Cu2+，D正确；综上所述答案为C。【变式3-2】理论上不能设计为原电池的化学反应是ACH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)BHNO3(aq)+NaOH(aq
13、)=NaNO3(aq)+H2O(l)C2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)D2FeCl3(aq)+Fe(s)= 3FeCl2(aq)【答案】B【分析】设计成原电池，反应必须为自发的氧化还原反应。【解析】ACH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)为氧化还原反应，可以设计成原电池；BHNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)不是氧化还原反应，不能设计成原电池；C2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)是氧化还原反应，可以设计成原电池；D2FeCl3(aq)+Fe(s)= 3FeCl2(aq) 是氧化还原反应，可以设计成原电池；所以符合题意的为B；答案选
14、B。考点04 原电池的应用【例4】a、b、c都是金属，a中混有c时。a先腐蚀；a与b组成原电池时，a为电池的正极。a、b、c三种金属的活动性顺序为AabcBacbCbcaDbac【答案】D【解析】a、b、c都是金属，a中混有c时，a先腐蚀，活泼性ac；原电池中，一般负极金属的活泼性大于正极金属的活泼性，因此a与b组成原电池时，a为电池的正极，活泼性ba；结合以上分析可知，a、b、c三种金属的活动性顺序为bac；故选D。【变式4-1】 X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为AXYZBXZYCYXZDYZX【答案】C【解析】X浸入Z的硝酸盐溶液中，有Z析出，说明X能置换出Z，故活泼性XZ；根据原电池原理，金属活泼性强的容易失电子，在原电池中作负极，所以活泼性YX；故答案选C。【变式4-2】有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向AB；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2+2e-=E，B-2e-=B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为AABEDBABDECDEABDDABE【答案
