第05讲 原电池的工作原理-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（鲁科选择性必修一）

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第05讲 原电池的工作原理
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课程标准
课标解读
1．了解原电池的工作原理。
2．能写出电极反应式和电池反应方程式。
3．学会设计简单原电池装置。
1．能运用电极反应式和定量计算等手段说明原电池的组成及其变化，能分析原电池中能量转化与物质性质关系。
2．能从不同角度认识原电池反应，能运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示原电池原理的本质特征；能对具体物质的性质和化学变化做出解释或预测，能运用原电池原理分析说明生产、生活实际中的化学变化。
3．能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析并能解释原电池原理或解决复杂的化学问题。
知识精讲

知识点01 铜锌原电池实验探究
1．实验装置

2．实验现象

检流计指针
电极表面变化情况
Ⅰ
发生偏转
锌片质量减少，铜片质量增加
Ⅱ
发生偏转
锌片质量减少，铜片质量增加
3．电极材料及电极反应

负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－＝Zn2+
Cu2++2e－＝Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电池反应
Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+
电子流向
由锌极通过导线流向铜极
离子移向
阳离子移向正极，阴离子移向负极
盐桥作用
构成闭合回路，使离子通过，传导电流
【特别提醒】外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。
【即学即练1】（2021·忻州高二检测）在盛有稀H2SO4的烧杯中放入有导线连接的锌片和铜片。下列叙述正确的是（ ）。
A．稀硫酸浓度逐渐增大 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
【解析】选D。在盛有稀H2SO4的烧杯中放入有导线连接的锌片和铜片构成了铜锌原电池，Zn作负极，电极反应为Zn－2e－Zn2+；铜作正极，电极反应是2H++2e－H2↑，消耗了稀H2SO4，稀硫酸浓度逐渐减小，电子由负极锌通过导线流向正极铜，故只有D正确。
知识点02 原电池的工作原理
1．原电池
（1）定义：能把化学能转化为电能的装置。
（2）电极名称及电极反应
①负极：电子流出的一极，发生氧化反应；
②正极：电子流入的一极，发生还原反应。
（3）原电池的构成条件
①两个活泼性不同的电极（两种金属或一种金属和一种能导电的非金属）。
②将电极插入电解质溶液。
③构成闭合回路。
④能自发发生的氧化还原反应。
2．工作原理：电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。
（1）电子流向：外电路中电子由负极流向正极
（2）电流流向：外电路中电流由正极流向负极，内电路（电解质溶液）中电流由负极流向正极
（3）离子流向：内电路中，阴离子移向负极，阳离子移向正极；
【即学即练2】下列说法正确的是（ ）。
A．原电池是把电能转化为化学能的装置
B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应
C．原电池的电极发生的反应均为氧化还原反应
D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动
【解析】选D。原电池是把化学能转化为电能的装置，电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，电解质溶液中的阴离子向负极移动；电子流进的一极是正极，正极发生还原反应，电解质溶液中的阳离子向正极移动。
能力拓展

考法01 原电池的工作原理
【典例1】（2021·甘肃武威高二上学期期中）据图分析，下列有关该原电池的叙述正确的是（ ）。

A．工作时，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
B．取出盐桥后，检流计指针依然发生偏转
C．铜电极上有气泡逸出
D．反应前后铜电极的质量不变
【解析】选A。在该原电池中，Zn作负极，Cu作正极，阳离子移向正极，A项正确；取出盐桥后，不能构成原电池，故检流计指针不发生偏转，B项错误；Cu电极为正极，电极反应式为Cu2++2e－＝Cu，无气泡逸出，且铜电极的质量增加，C、D项错误。
【知识拓展】原电池的工作原理及电极判断
1．原电池的工作原理（以铜锌原电池为例）

2．原电池正负极的判断

考法02 原电池工作原理的应用
【典例2】（2022年湖北省新高考联考协作体高三3月模拟）已知Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，则关于下图所示原电池装置的说法中，正确的是（ ）。

A．Co电极是原电池的正极
B．盐桥中可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物
C．该原电池的正极反应式为Ag++e－＝Ag
D．盐桥中的电解质阴离子向右侧烧杯移动
【解析】选C。本题装置为原电池装置，因为Ag+的氧化性强于Co2+的氧化性，故Co比Ag易失电子，故Co电极为负极，Ag电极为正极，A错误；本装置的银半电池中离子为Ag+，若盐桥中填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，则Ag+与Cl－反应生成AgCl沉淀，因此盐桥中不可填充KCl饱和溶液与琼脂的混合物，B错误；由分析可知，银电极为正极，正极反应式为：Ag++e－＝Ag，C正确；原电池中阴离子移向负极，即阴离子向左侧烧杯移动，D错误。
【知识拓展】原电池工作原理的应用
1．加快化学反应速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。
2．比较金属的活动性强弱
对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。
3．设计原电池

（1）分析原电池反应，判断正负极和溶液
①能设计成原电池的反应一定是自发的、放热的氧化还原反应
②负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以
（2）盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
分层提分

题组A 基础过关练
1．下列反应，不可以设计成原电池的是（ ）。
A．2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2
B．NaOH+HCl＝NaCl+H2O
C．2Fe+3Br2＝2FeBr3
D．2KMnO4+5SO2+2H2O＝K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
【解析】选B。NaOH+HCl＝NaCl+H2O不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。
2．（2021·石家庄高二检测）下列装置能组成原电池的是（ ）。

【解析】选C。形成原电池的条件有四个：①活泼程度不同的导电电极②电极浸入电解质溶液③形成闭合回路④发生自发的氧化还原反应。A中两电极均为Zn活泼程度相同，B中塑料棒不导电，D中酒精不是电解质溶液，故A、B、D均错。
3．以下铜锌原电池工作原理认知模型图中，不正确的是（ ）。

A．正负极标注 B．电极反应式
C．电子移动方向 D．H+的移动方向
【解析】选A。铜锌原电池的原理：Zn+2e－＝Zn2++H2↑，锌比铜活泼，锌失电子做负极，电极反应式为：Zn－2e－＝Zn2+，铜片做正极，电极反应式为：2H++2e－＝H2↑；Zn失电子做负极，Cu做正极，正负极标注有错，故A错误；锌片的电极反应式为：Zn－2e－＝Zn2+，铜片的电极反应式为：2H++2e－＝H2↑，故B正确；电子从负极经导线移动至正极，方向正确，故C正确；H+移向正极得电子，故D正确。
4．（2021·山西晋中高二上期中）下列根据反应Zn+Cu2+＝Zn2++Cu设计的原电池不符合该反应的是（ ）。




A
B
C
D
【解析】选A。锌为负极、铜为正极，H2SO4溶液为电解质溶液，原电池的总反应的离子方程式：Zn+2H+＝Zn2++H2↑，A符合题意；锌为负极，C（石墨）为正极，CuCl2溶液为电解质溶液，原电池的总反应的离子方程式：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，B不符合题意；锌为负极，铜为正极，CuSO4溶液为电解质溶液，原电池的总反应的离子方程式：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，C不符合题意；锌为负极，银为正极，CuCl2溶液为电解质溶液，原电池的总反应的离子方程式：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu，D不符合题意。
5．（2021·北京市西城区高二上期中）锌铜原电池装置如图（盐桥相当于导线，通过溶液中离子的定向移动起导电作用），下列说法不正确的是（ ）。

A．锌电极上发生氧化反应
B．电子从锌片经电流计流向铜片
C．盐桥中Cl－向正极移动
D．铜电极上发生反应：Cu2++2e－＝Cu
【解析】选C。由于Zn的活动性比Cu强，所以Zn为原电池的负极，失去电子发生氧化反应，A正确；电子从负极锌片经由电路导线经电流计流向正极铜片，B正确；在盐桥中阴离子Cl－会向正电荷较多的负极区移动，C错误；Cu为正极，正极上溶液中的Cu2+得到电子发生还原反应，电极反应式为：Cu2++2e－＝Cu，D正确。
6．（2022年1月浙江学考化学仿真模拟试卷A）如图为发光二极管连接柠檬电池。下列说法不正确的是（ ）。

A．该装置的能量转化形式主要为化学能→电能
B．电子的流向：Zn→导线→Cu→柠檬液→Zn
C．锌片是负极，质量不断减小
D．铜片上的电极反应为：2H++2e－＝H2↑
【解析】选B。A项，该装置的能量转化是化学能变电能，A正确；B项，锌为负极，铜为正极，电子从锌流出，经过导线，流向铜，电子不能通过溶液，B错误；C项，锌为负极，反应生成锌离子，质量不断减小，C正确；D项，铜为正极，溶液中的氢离子得到电子生成氢气，D正确。
7．一种直接铁燃料电池（电池反应为：3Fe+2O2＝Fe3O4）的装置如图所示，下列说法正确的是（ ）。

A．Fe极为电池正极
B．KOH溶液为电池的电解质溶液
C．电子由多孔碳极沿导线流向Fe极
D．每5.6gFe参与反应，导线中流过1.204×1023个e－
【解析】选B。铁燃料电池中铁失去电子为电池负极，选项A错误；KOH溶液为电池的电解质溶液，为碱性电池，选项B正确；电子由负极Fe极沿导线流向正极多孔碳极，选项C错误；根据电池反应：3Fe+2O2＝Fe3O4可知，3mol铁参与反应时转移8mole－，故每5.6gFe参与反应，导线中流过1.605×1023个e－，选项D错误。
8．为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置，

按要求完成以下填空：
（1）此装置在工作时，可以观察到的现象是________________，电池的总反应式为___________________________________。
（2）原电池工作时，CuSO4溶液中SO42－向________移动。
（3）盐桥是通过________的定向移动实现导电的，若此盐桥内为KCl饱和溶液，则该电池在工作时，K+移向________（填“正”或“负”）极。
【解析】（1）该装置为铜锌原电池，总反应式为Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+，该电池工作时，观察到检流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。（2）该电池工作时，CuSO4溶液中SO42－向盐桥移动。（3）在原电池中，盐桥是通过离子定向移动实现导电的，若盐桥内为KCl饱和溶液，K+向正极移动。
【答案】（1）检流计的指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出；Zn+Cu2+＝Zn2++Cu（2）盐桥（3）离子；正
9．设计原电池Zn+2Fe3+＝Zn2++2Fe2+，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图（标出电极材料、电解质溶液）

负极：________，电极反应：______________________________；
正极：________，电极反应：______________________________。
【解析】分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属（石墨等）作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。
【答案】见下图；Zn；Zn－2e－＝Zn2+；Pt；2Fe3++2e－＝2Fe2+

10．现有A、B、C、D四种金属片：①把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，A上有气泡产生；②把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，D发生还原反应；③把A、C用导线连接后同时浸入稀H2SO4溶液中，电子流动方向为A→导线→C，根据上述情况，回答下列问题：
（1）在①中，金属片______发生氧化反应，金属片______作正极；
（2）在②中，金属片______作负极；
（3）如果把B、D用导线连接后同时浸入稀H2SO4溶液，则金属片______上有气泡产生；
（4）上述四种金属的活动性由强到弱的顺序是________________________。
【解析】（1）把A、B用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，A上有气泡产生，所以A是正极，B是负极，该极上发生氧化反应；（2）把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，D发生还原反应，所以D是正极，C是负极；（3）根据①可知金属活泼性顺序为B＞A，根据②可知金属活泼性顺序为C＞D，根据③可知金属活泼性顺序为A＞C，所以金属活泼性顺序是在原电池中，B＞A＞C＞D，如果把B、D用导线连接后同时浸入稀H2SO4溶液，则D为正极，该电极上有气泡产生；（4）根据①可知金属活泼性顺序为B＞A，根据②可知金属活泼性顺序为C＞D，根据③可知金属活泼性顺序为A＞C，所以金属活泼性顺序是在原电池中，B＞A＞C＞D。
【答案】（1）B；A（2）C（3）D（4）B＞A＞C＞D
题组B 能力提升练
1．（2022届广东省广州市高三上学期12月调研）我国首创的海洋电池以铝板、铂网作电极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，放电时（ ）。
A．铝电极上发生还原反应
B．阳离子移向负极
C．氧气在正极上得电子
D．电流由铝板经外电路流向铂网
【解析】选C。由题可得，放电时铝为负极，发生氧化反应；正极上通入氧气，发生还原反应。铝电极上发生氧化反应，因此A项错误；阳离子流向正极，因此B项错误；氧气在正极得电子，发生还原反应，因此C选项正确；电流由正极流向负极，因此应该由铂网流向铝板，因此D选项错误
2．（2021·天津南开区高二上期中）某同学用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂－KNO3的U形管）设计成一个原电池，如图所示，下列判断中正确的是（ ）。

A．该原电池的工作原理是Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+
B．实验过程中取出盐桥，原电池能继续工作
C．实验过程中，左侧烧杯中NO3－浓度不变
D．实验过程中电子流向为：Cu极→Cu（NO3）2溶液→AgNO3溶液→Ag极
【解析】选A。该原电池中发生的反应是Cu与银离子的置换反应，即工作原理是Cu+2Ag+＝2Ag+Cu2+，故A正确；实验过程中取出盐桥，该装置不能形成闭合回路，所以原电池不能继续工作，故B错误；实验过程中，NO3－向负极铜电极移动，所以左侧烧杯中浓度增大，故C错误；电子只能在电极和导线中移动，不能在溶液中移动，故D错误。
3．（2020~2021学年浙江省七彩阳光新高考研究联盟高二上期中）某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是（ ）。

A．a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出，该装置不能形成原电池
B．a和b用导线连接时铜片为负极，发生的反应为：Cu2++2e－＝Cu
C．无论a和b是否连接，反应的本质相同，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成
D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2+应向铜电极移动且能更快地在铜电极上析出铜
【解析】选B。a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，铁把铜置换出来，故A正确；导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－＝Fe2+，故B错误；根据选项A、B分析，无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成，故C正确；a和b用导线连接时，构成原电池，阳离子向正极移动，发生还原反应，溶液中的Cu2+应向铜电极移动且能更快地在铜电极上析出铜，故D正确。
4．（2021·天津和平区高二检测）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ）。

A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO42－）减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
【解析】选C。由铜锌原电池原理可知，锌电极为负极失电子发生氧化反应，铜电极为正极得电子发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c（SO42－）不变，B项错误；电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2++2e－＝Cu，其溶液中的离子转换为Cu2+～Zn2+，摩尔质量M（Cu2+）＜M（Zn2+），乙池溶液的质量增加，C项正确；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D项错误。
5．（青海省西宁市海湖中学2021届高三上学期第二阶段考试）芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种可用于商业化的新型锂金属电池，电池结构如图所示：电池工作时，下列说法错误的是（ ）。

A．该装置将化学能转化为电能
B．负极上发生的电极反应为Li－e－＝Li+
C．该电池可用LiOH溶液作电解质
D．电池工作时，电路中每流过1mol电子，正极增重7g
【解析】选C。该电池为原电池，所以该装置将化学能转化为电能，A项正确；负极是锂失去电子，发生氧化反应，电极反应为Li－e－＝Li+，B项正确；电解质溶液中水与电极锂发生氧化还原反应，该电解池不能用水溶液作电解液，C项错误；根据转移电子守恒，电路中每流过1mol电子，正极上发生还原反应，正极材料要结合1mol锂离子，所以增重7g，D项正确。
6．（2021~2022学年河北邯郸高二上学期期末检测）科研人员设想用如图所示装置生产硫酸，下列说法不正确的是（ ）。

A．a为负极，b为正极
B．生产过程中氢离子由左移向右
C．从左下口流出的硫酸的质量分数一定大于10%
D．正极反应式为O2+2H2O+4e－＝4OH－
【解析】选D。原电池中负极上失电子化合价升高、正极上得电子化合价降低，a电极上S元素化合价由+4价变为+6价、b电极上O元素化合价由0价变为－2价，则a为负极、b为正极，故A正确；放电时，电解质溶液阳离子向正极移动，所以放电时氢离子负极a移向正极b，即由左移向右，故B正确；a电极上电极反应式为SO2+2H2O－2e－＝H2SO4+2H+，负极上消耗水生成硫酸导致硫酸的质量增大，且氢离子移向b电极，溶液质量减少，所以导致左下口流出的硫酸的质量分数一定大于10%，故C正确；电解质溶液呈酸性，正极上不能生成OH－，正极反应式为O2+4H++4e－＝2H2O，故D错误。
7．原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。

（1）将纯锌片和纯铜片按图方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是______。
A．甲乙均为化学能转变为电能的装置
B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减少，乙中锌片质量减少
D．两烧杯中溶液的PH均增大
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲____乙（填“＞”﹑“＜”或“＝”）。
③该反应是______反应（填“放热”或“吸热”）。
④当乙中产生1.12L（标准状况）气体时，将锌﹑铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1L，测得溶液中c（H+）＝0.1mol•L－1（设反应前后溶液体积不变）。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为______，转移电子数为______个。
（2）电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，放电时电池总反应为Ag2O+Zn+H2O＝2Ag+Zn（OH）2，工作时电池正极区的pH______（填“增大”﹑“减小”或“不变”），当外电路中通过1.8NA个电子，理论上消耗的锌的质量______g。
（3）铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸，工作时该电池总反应式为：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O，据此判断：铅蓄电池的负极材料是______。工作时，电解质溶液的pH______（填“增大”﹑“减小”或“不变”）。工作时，电解质溶液中阴离子移向______极（填“正”或“负”）。
【解析】（1）①甲构成原电池，甲中锌作负极、Cu作正极，乙不能构成原电池，锌发生化学腐蚀。甲为化学能转变为电能的装置，乙不是，故A错误；乙不能构成原电池，铜和稀硫酸不反应，所以乙中铜片上没有明显变化，故B正确；甲中铜片上生成氢气，所以铜片质量不变，故C错误；两烧杯溶液中氢离子都得电子生成氢气，导致氢离子浓度降低，则溶液的pH均增大，故D正确；②原电池加快负极金属被腐蚀速率，所以在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲＞乙；③酸和金属的反应、原电池反应都是放热反应；④乙中生成n（H2）＝＝0.05mol，根据2H++2e－＝H2↑知，转移电子的物质的量为：n（e－）＝2n（H2）＝2×0.05mol＝0.1mol，其个数为：N（e－）＝0.1mol×NA/mol＝0.1NA。根据氢元素守恒：H2SO4~H2~2H+，n（H2SO4）＝n（H2）+n（H+）＝0.05mol+×0.1mol•L－1×1L＝0.1mol，c（H2SO4）＝＝1mol/L；（2）负极反应式为Zn+2OH－－2e－＝Zn（OH）2，正极反应式为Ag2O+H2O+2e－＝2Ag+2OH－，正极上生成OH－，则溶液pH增大；1.8NA个电子的物质的量为1.8mol，根据Zn+2OH－－2e－＝Zn（OH）2，n（Zn）＝n（e－）＝×1.8mol＝0.9mol，则消耗锌的质：m（Zn）＝0.9mol×65g/mol＝58.5g；（3）该反应中Pb中Pb元素化合价由0价变为+2价，PbO2中Pb元素由+4价变为+2价，所以Pb为负极，PbO2为正极，根据电池反应式知，放电时，硫酸参加反应导致硫酸的浓度减小，则溶液的pH减小。在原电池中电解质溶液中阴离子SO42－向负极移动、阳离子H+向正极移动。
【答案】（1）①BD②＞③放热④1mol/L；0.1NA（2）增大；58.5（3）Pb；减小；负
8．将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧（如图所示）。

在每次实验时，记录电压表指针的移动方向和电压表的读数如下：
金属
电子流动方向
电压（V）
D
D→Cu
+0.78
C
Cu→C
－0.15
B
B→Cu
+1.35
A
A→Cu
+0.30
已知：构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越大。请依据表中数据判断：
（1）最活泼金属为________（填字母序号，下同）。
（2）若滤纸改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上能看到蓝色沉淀析出的是________金属，其负极的电极反应为___________________________。
（3）若（2）中滤纸上析出沉淀为9.8g，则转移电子为________mol。
【解析】（1）由电子流动的方向可知，A、B、D的活动性皆强于Cu，根据构成两电极的金属活动性相差越大，电压表的读数越大，可知B的金属活动性最大，为最强的还原剂，C的金属活动性弱于Cu，不能从CuSO4溶液中置换出铜。（2）由（1）的分析可知，只有C金属与Cu组成的原电池，铜失电子生成Cu2+，进而与OH－结合产生蓝色沉淀。负极反应式为Cu+2OH－－2e－＝Cu（OH）2。（3）因蓝色沉淀为Cu（OH）2，所以当析出9.8gCu（OH）2时，转移电子为×2＝0.2mol。
【答案】（1）B（2）C；Cu－2e－+2OH－＝Cu（OH）2（3）0.2
题组C 培优拔尖练
1．（2021·宁波高二上学期期中检测）将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线、电流计连接成原电池，此电池工作时，下列叙述中正确的是（ ）。

A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2+
B．负极反应式为：Al+4OH－－3e－＝AlO2－+2H2O
C．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的
D．原电池工作过程中溶液pH不变
【解析】选B。Mg比Al活泼，但是在NaOH溶液中，Al比Mg更容易失去电子，因为Al与NaOH会反应，故A错误；负极反应式为：Al+4OH－－3e－＝AlO2－+2H2O，故B正确；外电路中通过电子的定向移动形成电流，内电路中通过离子的定向移动形成电流，故C错误；该装置电池反应式为2Al+2NaOH+2H2O＝3H2↑+2NaAlO2，所以pH减小，故D错误。
2．利用铜和石墨作电极，在盐酸介质中，铜与氢叠氮酸（HN3）构成原电池，总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+＝2CuCl（s）+N2↑+NH4+。下列判断正确的是（ ）。
A．电子从石墨电极流向铜电极
B．溶液中Cl－向石墨电极移动
C．每转移1mol电子，负极减重64 g
D．正极反应式为HN3+2e－+3H+＝N2↑+NH4+
【解析】选D。该装置为原电池，铜为负极，石墨为正极，电子从铜电极流向石墨电极，故A错误；溶液中Cl－向铜电极移动，故B错误；负极为铜电极，负极的电极反应式为Cu+Cl－－e－＝CuCl（s），负极生成了CuCl（s），质量增重了，故C错误；总反应方程式为2Cu+2Cl－+HN3+3H+＝2CuCl（s）+N2↑+NH4+，负极的电极反应式为2Cu+2Cl－－2e－＝2CuCl（s），用总反应式减去负极反应式得到正极反应式为HN3+2e－+3H+＝N2↑+NH4+，故D正确。
3．对铜－锌－稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上的两极变化是：①锌片溶解了32.5g；②锌片增重了32.5g；③铜片上析出1g氢气；④锌片上析出1mol氢气（ ）。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
【解析】选A。锌－铜－稀硫酸组成的原电池装置中，较活泼的金属锌作负极，较不活泼的金属铜作正极，正极材料是铜，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应2H++2e－＝H2↑，锌作负极失电子生成锌离子，电极反应为：Zn－2e－＝Zn2+，当导线中有1mol电子通过时，负极上Zn失电子而溶解，Zn片溶解的质量m（Zn）＝64g/mol×＝32.5g，正极上氢离子得电子发生还原反应，所以铜片上生成氢气的物质的量n（H2）＝＝0.5mol，则反应产生氢气的质量是m（H2）＝0.5mol×2g/mol＝1g，所以正确的叙述为①③。
4．（2021·四川成都高二上学期期中）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

下列说法错误的是（ ）。
A．0～t1时，原电池的负极是Al片
B．0～t1时，正极的电极反应式是NO3－+2H++e－＝NO2↑+H2O
C．t1后，原电池的正、负极发生互变
D．t1后，正极上每得到0.3mol电子，则负极质量减少2.7g
【解析】选D。0～t1时，铝为原电池的负极，铜为正极，到t1时，铝在浓硝酸中钝化后不再反应，此时铜又成了原电池的负极。选项A，0～t1时，原电池的负极是Al片，正确；选项B，0～t1时，硝酸根离子在正极得电子生成红棕色气体NO2，正确；选项C，t1后，铝发生钝化，铜作负极，所以，电池的正、负极发生互变，正确；选项D，t1后，铜是负极，每有0.3mol电子发生转移，就有0.15mol铜失去电子，负极质量减少9.6g，错误。
5．（2021·贵阳高二上学期期末检测）锌与100mL 1mol·L－1盐酸反应的实验中，若设想向溶液中分别加入少量的：①醋酸钠；②溴化铜；③醋酸铜（均为可溶性），并测定生成H2的速率（mL·min－1），预计三种方案的速率大小是（ ）。
A．①＞③＞② B．③＞②＞①
C．②＞③＞① D．①＞②＞③
【解析】选C。加入少量醋酸钠固体，CH3COO－与H+结合生成CH3COOH（弱酸），氢离子浓度变小，反应速率减慢；加入溴化铜，锌可以置换出Cu，Cu能与Zn形成原电池，反应速率加快；加入醋酸铜，锌可以置换出Cu，Cu能与Zn形成原电池，反应速率加快，但是同时CH3COO－与H+结合生成CH3COOH，反应速率又减慢，所以反应速率介于①和②之间。
6．某同学研究FeSO4溶液和AgNO3溶液的反应，设计如下对比实验。
实验

Ⅰ

Ⅱ
现象
连通电路后，电流表指针向右偏转，分别取反应前和反应一段时间后甲烧杯中的溶液，滴加KSCN溶液，前者几乎无色，后者显红色
连通电路后，电流表指针向左发生微小的偏转，丙、丁烧杯中均无明显现象
下列说法正确的是（ ）。
A．仅由Ⅰ中的现象可推知Ag+的氧化性强于Fe3+
B．Ⅱ中电流表指针向左偏转的原因是Fe2+氧化了银电极
C．Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，电流表指针可能不再向左偏转
D．对比Ⅰ、Ⅱ可知，Ⅰ中NO3－氧化了Fe2+
【解析】选C。若Ag+的氧化性强于Fe3+，那么Ⅰ中原电池的总反应为Ag++Fe2+＝Fe3++Ag，而实验Ⅱ随着反应进行丁烧杯中也能生成Ag+，也可以构成原电池，生成Fe3+，溶液颜色会改变，但是实验Ⅱ中无明显现象，故Ⅰ中的现象是空气中的氧气氧化Fe2+导致，A错误；由分析可知，是空气中的氧气氧化银电极，故B错误；Ⅱ中若将银电极换成石墨电极，石墨为惰性电极，不能失去电子，不能形成原电池，电流表指针可能不再向左偏转，C正确；若是NO3－氧化了Fe2+，那么Ⅱ中的Fe2+也会被NO3－氧化，故D错误。
7．利用人工光合作用合成甲酸的原理为2CO2+2H2O2HCOOH+O2，装置如图所示。

请回答下列问题：
（1）从能量角度分析，该装置将太阳能转化为___________。
（2）NaCl溶液的作用是___________。
（3）电极1为______（填“正极”或“负极”），电极2的电极反应式为___________。
（4）产生O2的电极是______（填“电极1”或“电极2”），每消耗0.5molCO2时，理论上生成O2体积为___________（标准状况下）。
【解析】根据总反应可知该装置中CO2转化为HCOOH，被还原，所以通入CO2的电极为正极，即电极2为正极，则电极1为负极，H2O被氧化生成O2。（1）该装置将太阳能转化为化学能和电能；（2）氯化钠为强电解质，氯化钠溶液可以增强溶液的导电性；（3）根据分析可知电极1为负极；电极2上中CO2被氧化为HCOOH，所以电极反应式为CO2+2H++2e－＝HCOOH；（4）电极1上水被氧化生成氧气，根据总反应可知每消耗0.5molCO2可以生成0.25molO2，标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。
【答案】（1）化学能和电能（2）增强溶液导电性
（3）负极；CO2+2H++2e－＝HCOOH（4）电极1；5.6L
8．按要求填空：
（1）某同学依据氧化还原反应：2Ag++Cu＝Cu2++2Ag设计的原电池如图所示：

①负极发生的电极反应为___________；
②电解质溶液中的NO3－向__________电极移动；（写出电极材料的名称）
（2）当反应进行到一段时间后取出电极材料，测得某一电极增重了5.4g，则该原电池反应共转移的电子数目是________；
（3）水是生命之源，也是化学反应中的主角。请回答下列问题：已知：2molH2完全燃烧生成液态水时放出572kJ的热量。
①若2mol氢气完全燃烧生成水蒸气，则放出的热量______（填“＞”“＜”或“＝”）572kJ；
②每克氢气燃烧生成液态水时放出的热量为________；
（4）天然气（主要成分CH4）和氧气反应生成二氧化碳和水，该反应为放热的氧化还原反应，可将其设计成燃料电池，构造如图所示，a、b两个电极均由多孔的碳块组成。

a电极的电极反应式是___________________________。
【解析】（1）①根据反应2Ag++Cu＝Cu2++2Ag可知：Cu失去电子，反应氧化反应，因此作原电池的负极，电极反应式为Cu－2e－＝Cu2+；②根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，溶液中的NO3－会向正电荷较多的负极Cu电极方向移动；在阴极发生反应：Ag++e－＝Ag，n（Ag）＝n（e－）＝5.4g÷108g/mol＝0.05mol，所以电子转移数目为0.05NA；（3）①2molH2完全燃烧生成液态水时放出572kJ的热量，若2molH2完全燃烧生成气态水，由于等质量的水蒸气含有的能量比液态水高，因此反应放出的热量比572kJ的热量少；②2molH2完全燃烧生成液态水时放出572kJ的热量，2molH2的质量为4g，则1gH2完全燃烧生成液态水时放出的热量为572kJ÷4＝143kJ；（4）根据图示可知a电极是通入燃料的电极，为负极，甲烷失去电子，由于电解质溶液为KOH溶液，显碱性，所以a电极的电极反应式是CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O。
【答案】（1）①Cu－2e－＝Cu2+②铜
（2）0.05NA（或3.01×1022）（3）①＜②143kJ
（4）CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O