【知識解析】原電池的工作原理

原電池的工作原理（1）教材P94·實(shí)驗(yàn)4－1設(shè)計(jì)鋅銅原電池（單液電池與雙液電池的比較）實(shí)驗(yàn)裝置原電池的工作原理實(shí)驗(yàn)步驟將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個電流表；平行插入盛有1mol·L－1CuSO4溶液的燒杯中，觀察現(xiàn)象①將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個鹽橋（裝有含KCl飽和溶液的瓊膠）連接起來，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個電流表，觀察現(xiàn)象；②取出鹽橋，觀察現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電流表指針偏轉(zhuǎn)①電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②取出鹽橋，電流表的指針回到零點(diǎn)續(xù)表原電池的工作原理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電流變化一段時間后，電流會逐漸衰減產(chǎn)生的電流持續(xù)、穩(wěn)定電極反應(yīng)及電池總反應(yīng)銅片：Cu2＋＋2e－===Cu（還原反應(yīng)）鋅片：Zn－2e－===Zn2＋（氧化反應(yīng)）電池總反應(yīng)：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋續(xù)表原電池的工作原理（2）鋅銅原電池工作原理分析①有鹽橋存在時a．在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，Zn失去電子，生成的Zn2＋進(jìn)入溶液。b．Zn失去的電子，經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，CuSO4溶液中的Cu2＋從銅片上得到電子，被還原為金屬銅并沉積在銅片上。c．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，左邊燒杯溶液中c（Zn2＋）增大，右邊燒杯溶液中c（Cu2＋）減小。鹽橋中的Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使左、右燒杯中的溶液均保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以持續(xù)進(jìn)行，從而使原電池不斷地產(chǎn)生電流。原電池的工作原理（2）鋅銅原電池工作原理分析②取出鹽橋后由于鋅原子失去電子成為Zn2＋進(jìn)入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2＋增多而帶正電；同時Cu2＋得到電子成為銅并沉積在銅片上，使CuSO4溶液因

相對較多而帶負(fù)電。這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片，造成電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。原電池的工作原理教材延伸1．制作方法：在燒杯中加入2g瓊脂和60mL飽和KCl溶液，使用水浴加熱法將瓊脂加熱至完全溶解，然后趁熱將此混合溶液加入U(xiǎn)形玻璃管中，靜置待瓊脂凝固后便可使用。2．作用：鹽橋在原電池中起導(dǎo)電作用，使整個裝置形成閉合回路，鹽橋?qū)щ娎玫氖顷?、陽離子的定向移動，使電解質(zhì)溶液保持電中性，從而使原電池能相對持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。3．鹽橋不能用導(dǎo)線代替。鹽橋原電池的工作原理名師提醒1．實(shí)驗(yàn)安全：本實(shí)驗(yàn)涉及水解顯酸性的兩種鹽，且均為有毒的重金屬鹽，因此實(shí)驗(yàn)觀察過程中要佩戴護(hù)目鏡，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要洗手。原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，實(shí)驗(yàn)過程中有電流形成，需小心防護(hù)。2．鋅片和銅片表面要潔凈，可事先用砂紙打磨干凈。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件（1）原電池的概念原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。（2）實(shí)質(zhì)利用自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。（3）電極與電極反應(yīng)①負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，外電路電子流出的一極；一般情況下，較活潑金屬作負(fù)極。原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件電極反應(yīng)：較活潑金屬－ne－===金屬陽離子，如Zn－2e－===Zn2＋?，F(xiàn)象：一般負(fù)極溶解，質(zhì)量減小。②正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，外電路電子流入的一極；一般情況下，較不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體作正極。電極反應(yīng)：電解質(zhì)溶液中的陽離子＋ne－===單質(zhì)（或較低價(jià)態(tài)的陽離子），如2H＋＋2e－===H2↑?，F(xiàn)象：一般有氣體放出或正極質(zhì)量增大。注意：一般情況下，原電池中負(fù)極金屬的活動性比正極的強(qiáng)。原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件（4）構(gòu)成原電池的條件①具有兩個能導(dǎo)電的電極（一般為兩種活動性不同的金屬，也可以用其他導(dǎo)電材料作電極，如石墨等）；②具有電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)（兩電極均插入電解質(zhì)溶液中形成內(nèi)電路）；③電極間形成閉合回路（兩電極接觸或用導(dǎo)線連接）；④能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)（本質(zhì)條件）。原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件歸納總結(jié)原電池工作時形成外電路與內(nèi)電路，外電路通過電子的定向移動形成電流，內(nèi)電路通過離子的定向移動形成電流。1．電子流向：原電池中電子由負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極；兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。2．電流方向：電流方向與電子流向恰好相反，即由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極。原電池中的幾個方向原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件歸納總結(jié)3．離子移動方向：溶液中的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。可用圖表示電子流向、電流方向和離子移動方向：原電池的概念、反應(yīng)實(shí)質(zhì)及構(gòu)成條件注意：這里所說的自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)不一定是電極與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)，也可能是電極與溶液中溶解的氧氣等發(fā)生的反應(yīng)，如將鐵與石墨相連插入食鹽水中，F(xiàn)e與O2發(fā)生的反應(yīng)。典例詳析例1－1（雙選）圖為鋅銅原電池裝置，下列有關(guān)描述正確的是（）A．銅片和鋅片不能互換位置B．缺少電流表，則不能產(chǎn)生電流C．鹽橋可用吸有KNO3溶液的濾紙條代替D．Zn發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu發(fā)生還原反應(yīng)AC典例詳析解析：若銅片和鋅片互換位置，則銅片置于ZnSO4溶液中，鋅片置于CuSO4溶液中，CuSO4溶液中Zn與Cu2＋直接發(fā)生反應(yīng)，不能產(chǎn)生電流，A項(xiàng)正確；鋅銅原電池中，電流表的作用是觀察電流的產(chǎn)生，與電流能否產(chǎn)生無關(guān)，B項(xiàng)錯誤；吸有KNO3溶液的濾紙條中有自由移動的K＋、，可代替鹽橋，C項(xiàng)正確；Cu電極上是Cu2＋發(fā)生還原反應(yīng)，D項(xiàng)錯誤。點(diǎn)評：明確鋅銅原電池裝置中各部分的作用及反應(yīng)實(shí)質(zhì)是解答該題的關(guān)鍵，如果不了解實(shí)驗(yàn)裝置中鹽橋的作用，則會認(rèn)為C項(xiàng)錯誤；如果不理解原電池反應(yīng)原理，則會認(rèn)為B項(xiàng)也正確。NO-3典例詳析例1－2鋅銅原電池（如圖所示）工作時，下列敘述正確的是（）A．電池總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuB．該電池中電子由正極流向負(fù)極C．正極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋D．鹽橋中的K＋移向ZnSO4溶液A典例詳析解析：由題圖裝置和金屬的活動性順序可知，該原電池中Zn作負(fù)極，其電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，Cu作正極，其電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，電池總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu；外電路中，電子由負(fù)極流向正極；原電池中陽離子向正極移動，所以鹽橋中的K＋移向CuSO4溶液。點(diǎn)評：該題考查鋅銅原電池的工作原理，主要考查點(diǎn)是原電池的反應(yīng)實(shí)質(zhì)，原電池工作時的離子移動方向及電極反應(yīng)式等。典例詳析例1－3如圖所示，下列說法正確的是（）A．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－===Fe2＋B．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．裝置Ⅰ和裝置Ⅱ的鹽橋中的陽離子均向右側(cè)燒杯移動D．放電過程中，裝置Ⅰ左側(cè)燒杯和裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中溶液的pH均增大D典例詳析解析：裝置Ⅰ中Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，A項(xiàng)錯誤；裝置Ⅱ的正極為Cu，如果HCl足量，則正極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，B項(xiàng)錯誤；原電池中陽離子向正極移動，故裝置Ⅰ的鹽橋中陽離子移向左側(cè)燒杯，裝置Ⅱ的鹽橋中陽離子移向右側(cè)燒杯，C項(xiàng)錯誤；放電過程中，裝置Ⅰ左側(cè)燒杯中的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液pH增大，裝置Ⅱ右側(cè)燒杯中先發(fā)生H＋生成H2的反應(yīng)，若H＋反應(yīng)完，則發(fā)生反應(yīng)O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液pH增大，D項(xiàng)正確。典例詳析例1－4某合作學(xué)習(xí)小組的同學(xué)利用下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O。鹽橋中裝有含K2SO4飽和溶液的瓊膠，裝置如圖所示。下列敘述正確的是（）DA．乙燒杯中發(fā)生還原反應(yīng)B．甲燒杯中溶液的pH逐漸減小C．電池工作時，鹽橋中的

移向甲燒杯D．外電路的電流方向是從a到b典例詳析解析：由2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2（SO4）3＋K2SO4＋8H2O可知，Mn元素的化合價(jià)降低，得到電子，F(xiàn)e元素的化合價(jià)升高，失去電子，則乙中石墨為負(fù)極，甲中石墨為正極。乙燒杯中Fe2＋失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A項(xiàng)錯誤；甲燒杯中

得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為

＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，因消耗H＋而使溶液pH增大，故B項(xiàng)錯誤；在原電池內(nèi)電路中，陰離子向負(fù)極移動，則鹽橋中的

移向乙燒杯，故C項(xiàng)錯誤；在外電路中，電流由正極流向負(fù)極，即從a流向b，故D項(xiàng)正確。Mn