高中化學(xué) （知識清單 對點(diǎn)訓(xùn)練 課后作業(yè)）第二單元第1課時 原電池的工作原理（含解析）蘇教版選修4

1、第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第1課時原電池的工作原理目標(biāo)要求1.理解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解半反應(yīng)、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。3.會判斷原電池的正、負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)簡單的原電池。一、原電池1原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3簡單原電池的構(gòu)成條件：活潑性不同的兩個電極，電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。二、原電池的工作原理工作原理：利用氧化還原反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，以適當(dāng)方式連接起來，獲得電流。以銅鋅原電池為例：1在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解

2、，即Zn被氧化，鋅原子失電子，形成Zn2進(jìn)入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過導(dǎo)線流向銅片；CuSO4溶液中，Cu2從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2；銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu22e=Cu?？偡磻?yīng)式為ZnCu2=Zn2Cu，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。2閉合回路的構(gòu)成：外電路：電子從負(fù)極到正極，電流從正極到負(fù)極，內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。3鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當(dāng)其存在時，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2進(jìn)入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2過多，帶

3、正電荷。Cu2獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2過少，SO過多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl向ZnSO4溶液遷移，K向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。知識點(diǎn)一原電池1下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是()答案B解析A、D項(xiàng)中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池；B項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池。2在圖中的8個裝置中，屬于原電池的是()A B C D答案D知識點(diǎn)二原電池的原理3用銅

4、片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂­KNO3的U型管)構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是()在外電路中，電流由銅電極流向銀電極正極反應(yīng)為Age=Ag實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍能繼續(xù)工作將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A B C D答案C解析該原電池中Cu作負(fù)極，Ag作正極，負(fù)極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2，正極反應(yīng)式為Age=Ag，因此對；在外電路中，電子由Cu電極流向Ag電極，而電流方向與電子流向相反，所以錯；沒有鹽橋，原電池不能繼續(xù)工作，所以錯；無論是否為原電池，反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，均為氧化還原反應(yīng)，所以對。4下圖是

5、Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上記錄如下：在卡片上，描述合理的是()NO.28Date：2009.11.8實(shí)驗(yàn)后的記錄：Zn為正極，Cu為負(fù)極。H向負(fù)極移動。電子流動方向ZnCu。Cu極上有H2產(chǎn)生。若有1 mol電子流過導(dǎo)線，則產(chǎn)生H2為0.5 mol。正極的電子反應(yīng)式為：ZnZn2e。A B C D答案B解析本題考查了鋅、銅和稀H2SO4構(gòu)成的原電池的基本工作原理。Zn比Cu活潑，Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)為：Zn2e=Zn2，Cu為正極，電極反應(yīng)為2H2e=H2，每轉(zhuǎn)移1 mol電子，產(chǎn)生H2 0.5 mol，電子由Zn流出，經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，溶液中H向正極移動，S

6、O向負(fù)極移動，故選B。5把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負(fù)極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為()AA>B>C>D BA>C>B>D CA>C>D>B DB>D>C>A答案C解析金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對不活潑的金屬作正極。負(fù)極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為

7、C。知識點(diǎn)三原電池的應(yīng)用6已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問題：(1)電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請說明原因_。(2)若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？_。若能，請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極：_，正極：_。(若不能，后兩空不填)(3)設(shè)計(jì)一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標(biāo)明電極材料及電池的正、負(fù)極)。答案(1)二者連接在一起時，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)解析(1)當(dāng)Cu、Al

8、導(dǎo)線連接時，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。(2)因?yàn)镕eCl3能與Cu發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計(jì)成原電池，其負(fù)極為Cu，反應(yīng)為Cu2e=Cu2，正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe32e=2Fe2。(3)因?yàn)榭偡磻?yīng)式為FeH2SO4=FeSO4H2，所以負(fù)極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫出裝置圖。7利用反應(yīng)Fe3Zn=Fe2Zn2設(shè)計(jì)一個帶鹽橋的原電池，并在下面方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為_，電極反應(yīng)式為_。負(fù)極為_，電極反應(yīng)式為_。此裝置中鹽橋的作用為_。答案Pt2Fe32e=2Fe2ZnZn2e=Zn2

9、使兩個半電池連成一個通路；使兩溶液保持電中性解析根據(jù)反應(yīng)Zn2Fe3=Zn22Fe2知該反應(yīng)中的氧化反應(yīng)為Zn2e=Zn2，故應(yīng)采用Zn片作負(fù)極，還原反應(yīng)為2Fe32e=2Fe2，故應(yīng)選擇比Zn不活潑的金屬或非金屬石墨等作正極，根據(jù)應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子的電解質(zhì)溶液作電解液，故負(fù)極區(qū)應(yīng)選含Zn2的鹽溶液如ZnSO4溶液，正極區(qū)選含F(xiàn)e3的溶液作電解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。練基礎(chǔ)落實(shí)1在理論上不能用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H<0B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H&

10、lt;0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H<0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)H<0答案A2有關(guān)原電池的下列說法中正確的是()A在外電路中電子由正極流向負(fù)極B在原電池中，只有金屬鋅作為負(fù)極C原電池工作時，陽離子向正極方向移動D原電池工作時，陽離子向負(fù)極方向移動答案C解析在原電池中，電子從負(fù)極流向正極；原電池中活潑的金屬作負(fù)極，而不一定是Zn；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，陽離子在正極被還原，所以電解質(zhì)溶液中的陽離子向正極移動，而陰離子向負(fù)極移動。答案為C。3鋅銀電池廣泛用作各種電子儀器的電源，它的電池反

11、應(yīng)是ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2，則負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()AAg BZn(OH)2 CAg2O DZn答案D解析判斷原電池的正、負(fù)極，要根據(jù)總反應(yīng)式確定失電子物質(zhì)和得電子物質(zhì)，然后根據(jù)在原電池中失去電子的物質(zhì)作負(fù)極作出判斷。由題給總方程式得Zn2OH2e=Zn(OH)2，故Zn為負(fù)極。4.根據(jù)反應(yīng)：2AgCu=Cu22Ag，設(shè)計(jì)如圖所示原電池，下列說法錯誤的是() AX可以是銀或石墨BY是硫酸銅溶液C電子從銅電極經(jīng)外電路流向X電極DX極上的電極反應(yīng)式為Age=Ag答案B解析根據(jù)題意，銅應(yīng)為負(fù)極，X為正極，則X應(yīng)為活潑性比銅弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?，A項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液應(yīng)含Ag，B

12、項(xiàng)錯；在原電池中，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，Ag在正極X上得電子，Age=Ag，故C、D項(xiàng)正確。5控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上的Fe3被還原C電流計(jì)讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極答案D解析由反應(yīng)2Fe32I2Fe2I2可知，反應(yīng)開始時，甲中Fe3發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動，乙中I2發(fā)生還原反應(yīng)，

13、則乙中石墨電極為正極；故選D。 6.科學(xué)家正在研究高鐵可充電電池，據(jù)研究人員推測，這種電池具有容量大、放電電流大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，將有廣泛的應(yīng)用前景。高鐵電池放電時，鋅、K2FeO4分別在兩極上發(fā)生反應(yīng)，以KOH溶液為電解液，電池總反應(yīng)為3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH，下列說法中錯誤的是()A電池工作時，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為 2FeO8H2O6e=2Fe(OH)310OHC電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D外電路中每通過1.204×1023個電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5 g答案C練方法技巧7以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為

14、電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線中通過2 mol電子時，下列說法正確的是()A鋅片溶解了1 mol，銅片上析出1 mol H2B兩極上溶解和析出的物質(zhì)質(zhì)量相等C鋅片溶解31 g，銅片上析出1 g H2D鋅片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol答案A解析在涉及原電池的有關(guān)計(jì)算中，關(guān)鍵是要把握住一點(diǎn)，即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點(diǎn)，我們從電極反應(yīng)看：負(fù)極：Zn2e=Zn2；正極：2H2e=H2。當(dāng)溶解1 mol鋅時失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣也得到 2 mol電子，得失電子守恒，這樣即可推出A正確。8下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是()A把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅

15、片表面出現(xiàn)氣泡B用鋅片作負(fù)極，銅片作正極，在CuSO4溶液中，銅片質(zhì)量增加C把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快答案C解析銅片和鐵片緊靠并浸入稀H2SO4中，銅片上的H獲得由鐵片傳遞過來的電子2H2e=H2，所以可觀察到銅片表面出現(xiàn)氣泡；鋅片作負(fù)極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng)：ZnCu2=Zn2Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質(zhì)量增加；銅片插入FeCl3溶液，發(fā)生的反應(yīng)是Cu2Fe3=Cu22Fe2，并沒有單質(zhì)鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中，滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應(yīng)：ZnCu2=Zn2Cu，置換出的Cu與剩余的Z

16、n接觸，置于鹽酸中，構(gòu)成了原電池，加速2H2e=H2的反應(yīng)，可觀察到氣泡放出速率加快。9銀器皿日久表面會逐漸變成黑色，這是由于生成硫化銀，有人設(shè)計(jì)用原電池進(jìn)行“拋光”，其處理方法是：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時間后，黑色會褪去而銀恢復(fù)光澤，且不會損失，試回答：(1)食鹽的作用是_。(2)在此原電池反應(yīng)中，負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為_，正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_。(3)反應(yīng)過程中產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，溶液中發(fā)生的反應(yīng)為_，原電池總反應(yīng)方程式為_。(4)實(shí)際操作中，配制食鹽水時，通常還加入一定量的小蘇打，其主要作用是_，這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。答案(1)作電解

17、質(zhì)起導(dǎo)電作用(2)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2(3)2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S2Al3Ag2S6H2O=2Al(OH)33H2S6Ag(4)除去生成的H2S，防止污染空氣H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2解析(1)形成原電池需要電解質(zhì)導(dǎo)電，因此NaCl是作電解質(zhì)起導(dǎo)電作用。(2)根據(jù)題給信息“黑色褪去而銀不會損失”，必然發(fā)生Ag2SAg變化。鋁比銀活潑，為負(fù)極，失電子變成Al3，反應(yīng)為：Al3e=Al3。Ag2S變?yōu)锳g和S2，得電子，是原電池的正極，反應(yīng)為：Ag2S2e=2AgS2。(3)溶液中2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S因

18、此，總反應(yīng)為：2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S(4)硫化氫有毒，需除去，因此，NaHCO3的作用是除去生成的H2S，防止污染空氣，反應(yīng)為：H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2。練綜合拓展10依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如下圖所示。請回答下列問題：(1)電極X的材料是_；電解質(zhì)溶液Y是_；(2)銀電極為電池的_極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_；(3)外電路中的電子是從_電極流向_電極。答案(1)銅AgNO3溶液(2)正Age=AgCu2e=Cu2(3)CuAg解析根據(jù)所給氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程式，

19、結(jié)合原電池反應(yīng)原理以及所給原電池裝置，Cu應(yīng)作負(fù)極，AgNO3溶液為電解質(zhì)溶液，從而推知：(1)X的材料為銅，Y是AgNO3溶液。(2)銀為原電池的正極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為Age=Ag。X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2。(3)外電路中的電子從銅(負(fù))電極流向銀(正)電極。11某探究活動小組想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6 mol·L1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入6 mol·L1的NaOH溶液中，如圖所示。(1)寫出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極_，正極_。(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極_，正極_?？偡磻?yīng)離子方程式為_。(3)如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出_活動性更強(qiáng)，而乙會判斷出_活動性更強(qiáng)(填寫元素符號)。(4)由此實(shí)驗(yàn)，可得到如下哪些結(jié)論？_。A利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動性順序應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)B鎂的金屬性不一定比鋁