化学选择性必修1第四章 化学反应与电能第一节 原电池优秀导学案

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02
预习导学
自主梳理
一、原电池工作原理
1．概念：将 转化为 的装置，称为原电池，其反应实质是自发的氧化还原反应。
2．锌铜原电池工作原理
3.盐桥
(1)成分：含有琼胶的KCl饱和溶液。
(2)离子移动方向：Cl－移向 极区，K＋移向 极区。
4．原电池的构成条件
二、原电池的设计
1．原电池的组成：原电池是由两个 组成，如锌铜原电池是锌半电池和铜半电池通过 连接。
2．原电池设计关键
(1)外电路
负极( 的物质)eq \(――→,\s\up10(e－),\s\d7(导线))正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。
(2)内电路
将两极浸入 溶液中，使阴、阳离子做 。阴离子移向 极，阳离子移向 极。
预习检测
1．在如图所示的水果(柠檬)电池中，测得Y的电势更高，若X为铁，则Y不可能是
A．锌B．石墨C．银D．铜
2．某同学设计的原电池装置如图，下列说法错误的是
A．电池总反应为B．Cu极为负极
C．移向Cu极D．电流从C极流向Cu极
3．中国古代文化博大精深，下列对有关古文献内容的解读正确的是
A．AB．BC．CD．D
4．对如图实验现象描述或分析正确的是
A．溶液变蓝色B．片上有气泡
C．一段时间后，溶液的减小D．是氧化剂
5．在实验室中，将锌片和铜片用导线连接(导线中间接入一个电流表)，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，装置如图。下列说法正确的是
A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色
C．电子由铜片通过导线流向锌片D．该装置能将电能转变为化学能
6．10mL2ml/L溶液与过量锌粉反应，在一定温度下，为了使产生的速率减缓，但又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量的
A．溶液B．固体
C．溶液D．固体
探究提升
03
►环节一 原电池及其工作原理
【情境材料】
原电池原理
【问题探究】
1．打开甲、乙两装置中的K1与K2，检流计及锌片有何现象？
2．闭合K1、K2，甲、乙装置中的检流计、铜片及锌片有何现象？
3．乙中盐桥的作用是什么？
4．甲、乙两原电池中哪个工作效率高？
要点归纳
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
3．原电池电极反应式书写的一般步骤
4．盐桥的作用
盐桥在原电池中起导电作用，使整个装置形成闭合回路，盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流。
(1)自发进行的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液发生的反应，也可能是电极与溶液中溶解的O2等发生的反应，如将铁与石墨相连浸入食盐水中，Fe与O2发生反应。
(2)电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动；离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动。原电池中的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象的描述为“电子不下水，离子不上岸”。
(3)带盐桥的原电池装置中，负极半电池：还原性强的材料作负极，失去电子被氧化；正极半电池：电解质溶液中氧化性强的离子在正极得到电子被还原，其中盐桥不能用导线代替。
典例精讲
【例1】如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是
A．电子流动方向为：X→外电路→Y→溶液→X
B．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Zn
C．移向X电极，Y电极上有氢气产生
D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
【例2】根据反应设计如图所示的原电池，下列选项中的组合正确的是
A．AB．BC．CD．D
【例3】1799年意大利物理学家伏打发明了伏打电池，其在早期被称为“电堆”。他把金属条浸入强酸溶液中时，发现在两个金属条间产生了稳定而又强劲的电流。他又用不同的金属进行实验，发现铜和锌是最合适的金属，并发明了伏打电池(即为原电池的原型)。如图是伏打电堆的一种，下列有关该电池的说法正确的是
A．若湿布片所含的为饱和食盐水，则在电池工作时，铜片附近会有产生
B．该电池正极电极反应式为
C．电池工作一段时间后，湿布片上可能会有产生
D．电池工作一段时间后，电池质量一定不会变
►环节二 原电池原理的应用
【情境材料】
根据原电池工作原理，我们可以进行金属活动性强弱的比较，改变化学反应速率，同时设计新型原电池等。
【问题探究】
1．将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？
2．实验室用稀硫酸与锌粒反应制取H2时常加入少量铜片，其目的是什么？
3．已知2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，如何设计成原电池装置？
要点归纳
1．加快化学反应的进行
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应速率加快。
(2)应用：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。
2．比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属作 eq \a\vs4\al(负) 极，活动性较弱的金属作 eq \a\vs4\al(正) 极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上有气泡冒出，则金属活动性：A＞B。
3．利用原电池原理设计原电池
原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。
第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为
负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu。
第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。
负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。
正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。
电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。
第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。
(1)通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属 用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg—Al—NaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg＞Al。
(2)设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。
(3)设计原电池时，若氧化还原反应中无明确的电解液，可以用水作电解液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。
典例精讲
【例4】100mL6ml/LH2SO4跟过量的锌粉反应，在一定温度下，为了减缓反应速率，但又不影响生成氢气的总量。可向反应物中加入适量的
A．碳酸钠(固体)B．水C．硫酸铜溶液D．硝酸钾(固体)
【例5】M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e-=E，N-2e-=N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是
A．P>M>N>EB．E>N>M>PC．P>N>M>ED．E>P>M>N
04
课堂总结
05
强化训练探究提升
一、单选题
1．（2022秋·北京西城·高二校考期中）下列装置或过程能实现化学能转化为热能的是
A．AB．BC．CD．D
2．（2022秋·重庆璧山·高二重庆市璧山来凤中学校校考期中）“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg+O2+2H2O=2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是
A．镁片作为正极
B．食盐水作为电解质溶液
C．电池工作时镁片逐渐被消耗
D．电池工作时实现了化学能向电能的转化
3．（2023春·河北廊坊·高二固安县第一中学校联考开学考试）仅用提供的下列各组物质能组成原电池的
A．AB．BC．CD．D
4．（2022秋·云南楚雄·高二统考期末）下列装置中，能形成原电池的是
A．AB．BC．CD．D
5．（2022秋·河南漯河·高二统考期末）原电池原理的发现是化学对人类的一项重大贡献。关于如图所示原电池(盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液)的说法正确的是

A．正极上的反应为Cu2++2e-=Cu
B．铜电极为负极
C．盐桥中K+移向铜极
D．银电极区的NO通过盐桥移向铜电极区
6．（2022秋·新疆喀什·高二统考期中）下列化学反应的原理不能设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
7．（2022秋·河南洛阳·高二宜阳县第一高级中学校考阶段练习）如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液。一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)
A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端低，B端高；为绝缘体时，A端高，B端低
D．当杠杆为导体时，A端高，B端低；为绝缘体时，A端低，B端高
8．（2023春·河南焦作·高二统考期中）利用微生物电池可以将工业废水中的有机物(以葡萄糖为例)、硝酸盐、亚硝酸盐转化为大气循环系统中的物质，其反应机理如图所示。下列说法正确的是
A．外电路中：电流从非生物电极→灯泡→微生物电极
B．电池温度越高，越有利于N2的产生
C．非生物电极的电极反应式：
D．若生成1mlN2，则反应中一定转移8ml电子
9．（2023秋·广东广州·高二广州市白云中学校考期末）依据氧化还原反应设计的原电池如图所示。下列说法正确的是

A．X电极上发生的电极反应为：
B．电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是CuSO4溶液
C．银电极为电池的负极，被氧化
D．盐桥中K+移向CuSO4溶液
10．（2022秋·陕西西安·高二统考期末）燃料电池是利用燃料(如、、等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。下列关于甲烷燃料电池(溶液作电解质)的说法中正确的是
A．正极反应为：
B．负极反应为：
C．放电时负极发生氧化反应，电子从负极经电解质溶液流向正极
D．随着放电的进行，溶液的pH保持不变
11．（2022秋·内蒙古包头·高二内蒙古第一机械制造（集团）有限公司第一中学校考期中）用过量铁片与稀盐酸反应，为减慢其反应速率而生成氢气量不变，下列措施中可行的有几项
①以铁屑代替铁片 ②用过量铜片代替铁片 ③在稀盐酸中加入少量溶液 ④在稀盐酸中加入固体 ⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的溶液 ⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液 ⑦在稀盐酸中加入固体
A．1B．2C．3D．4
12．（2022秋·湖北十堰）把A、B、C、D四块金属片用导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为
A．A>C>D>BB．A>B>C>DC．C>A>B>DD．B>A>C>D
二、填空题
13．（2023春·四川雅安·高二雅安中学校考阶段练习）Ⅰ．根据化学能转化为电能的相关知识，回答下列问题：
(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是___________(填字母，下同)。
A．B．
C．D．
Ⅱ.铅蓄电池是常用的化学电源。
(2)铅蓄电池属于 (填“一次”或“二次”)电池。已知硫酸铅为不溶于水的白色固体，生成时附着在电极上。写出该电池放电时，正极上的电极反应式： 。
(3)甲烷(CH4)燃料电池以30%KOH溶液为电解质溶液，该燃料电池放电时负极上的电极反应式为 ；正极附近溶液的碱性 (填“增强”、“减弱”或“不变”)。
(4)银锌电池总反应为：Ag2O+Zn+H2O=Zn(OH)2+2Ag。则该电池的正极电极反应式： 。
(5)如图为氢氧燃料电池的构造示意图。
①氧气从 (填“a”或“b”)口通入；电池工作时，OH-向 (填“X”或“Y”)极移动。
②某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质可以传导O2-，则电池工作时负极电极反应式为 。
14．（2022秋·江苏扬州·高二邵伯高级中学校考阶段练习）能源是现代社会发展的三大支柱之一，化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1)下列装置中能够实现化学能转化为电能的是 (填字母)。
(2)该装置正极为 (填电极的化学式)，写出该装置正极的电极反应式： 。发生了 反应(氧化或还原)。
(3)该装置溶液里的阴离子移向 极(填电极的化学式)。
(4)若装置中转移了0.2ml电子，则理论上溶液增加的质量是 (写出具体过程)。
15．（2022秋·山东济宁·高二济宁市育才中学校考阶段练习）按照要求回答下列问题。
(1)工业上，在强碱性条件下用电解法除去废水中的，装置如图所示，依次发生的反应有：
ⅰ．
ⅱ．
ⅲ．
①除去，外电路中至少需要转移 电子。
②为了使电解池连续工作，需要不断补充 。
(2)用溶液吸收烟气中的，将所得的溶液进行电解，可循环再生，同时得到，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。
①图中a极要连接电源的 (填“正”或“负”)极，C口流出的物质是 。
②放电的电极反应式为 。
(3)用零价铁去除水体中的硝酸盐已成为环境修复研究的热点之一，还原水体中的的反应原理如图所示。
正极的电极反应式 。
16．（2022秋·山东潍坊）原电池原理应用广泛。
(1)利用原电池装置可以验证Fe3+与Cu2+氧化性相对强弱。
如图所示，该方案的实验原理是自发进行的氧化还原反应可以设计为原电池。写出该氧化还原反应的离子方程式： ，装置中的负极材料是 （填化学式），正极反应式是 。
(2)某研究性学习小组为证明2Fe3++2I－2Fe2++I2为可逆反应，设计如下方案：组装如图原电池装置，接通灵敏电流计，指针向右偏转（注：此灵敏电流计指针是偏向电源正极），随着时间进行电流计读数逐渐变小，最后读数变为零。当指针读数变零后，在右管中加入1ml/LFeCl2溶液。
①实验中，“读数变为零”是因为 。
②“在右管中加入1ml/LFeCl2溶液”后，观察到灵敏电流计的指针 偏转（填“向左”、“向右”或“不”），可证明该反应为可逆反应。
课程标准
学习目标
1．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能正确判断原电池的电极并书写电极反应式。
3．认识化学能转化成电能的实际意义及其重要应用。
1．能从宏观与微观相结合的角度认识原电池的构成条件及工作原理。
2．能利用原电池的理论模型，建立对原电池装置的系统分析的思维模板，并能解决相关实际问题。
装置与
现象
锌片 ，铜片
上有 ，
电流表指针发生
电极名称
Zn电极—负极
Cu电极—正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向


反应类型
反应
反应
电极反应式
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
选项
古文献内容
解读
A
野火烧不尽，春风吹又生
枯草秸秆的燃烧需要点燃，是吸热反应
B
投泥泼水愈光明
向泥煤上加一点水，能够使泥煤产热更多
C
石胆化铁为铜
铁锅和硫酸铜溶液形成原电池，铁为正极
D
盖此矾色绿味酸，烧之则赤
硫酸亚铁在溶液中水解显酸性，灼烧发生氧化还原反应
选项
电极M
电极N
X
Y
A
锌片
铜片
溶液
溶液
B
铜片
石墨
溶液
溶液
C
石墨
铜片
溶液
溶液
D
石墨
铜片
溶液
溶液
A
B
C
D
风力发电
水果电池
燃料燃烧
手机充电
选项
A
B
C
D
电极材料
Al、Ag
C、C
Cu、Cu
Cu、Fe
电解质溶液
稀
稀
稀
酒精
A
B
C
D