第22讲 原电池的工作原理（解析版）-2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1）

这是一份第22讲 原电池的工作原理（解析版）-2024年新高二化学暑假讲义+习题（人教版2019选择性必修1），共16页。试卷主要包含了宏观辨识与微观探析，变化观念与平衡思想，5ml等内容，欢迎下载使用。
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)
【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，从而形成Cu－Zn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：a>b。
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：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
【方法技巧】设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择
(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(乙)均可以
【答案】C
【分析】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④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，描述合理的是
实验后的记录：
①Zn为正极，Cu为负极。
②H+向负极移动。
③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu。
④Cu极上有H2产生。
⑤若有1ml电子流过导线，则产生H2为0.5ml。
⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。
A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④
【答案】B
【解析】①Zn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，①描述错误。
②H+向正极移动，②描述错误。
③电子流动方向为由负极流向正极：从Zn经外电路流向Cu，③描述正确。
④Cu极上氢离子得电子生成氢气，则有H2产生，④描述正确。
⑤若有1ml电子流过导线，则2ml氢离子得电子产生0.5ml H2，⑤描述正确。
⑥负极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，⑥描述错误。
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-=Ag＋
D．电路中每转移2mle-，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2mle-，正极生成2mlAg，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2Fe3＋＋Fe=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+2H2O
C．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，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
A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)
C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)D．2FeCl3(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】A．CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)为氧化还原反应，可以设计成原电池；
B．HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(l)不是氧化还原反应，不能设计成原电池；
C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)是氧化还原反应，可以设计成原电池；
D．2FeCl3(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
A．a>b>cB．a>c>bC．b>c>aD．b>a>c
【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a>c；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b>a；结合以上分析可知，a、b、c三种金属的活动性顺序为b>a>c；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
A．X＞Y＞ZB．X＞Z＞YC．Y＞X＞ZD．Y＞Z＞X
【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X＞Z；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Y＞X；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A→B；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
A．A﹥B﹥E﹥DB．A﹥B﹥D﹥E
C．D﹥E﹥A﹥BD．D﹥A﹥B﹥E
【答案】D
【解析】当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A＞B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D＞A；B与E构成原电池时，电极反应式为：E2-+2e-→E，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B＞E，综上所述，金属活泼性为D＞A＞B＞E，故答案为：D。
1．下列装置能构成原电池的是
A．B． C． D．
【答案】B
【解析】A．没有构成闭合的回路，故不能构成原电池，A错误；
B．Cu、Fe为活泼性不同的两个电极，Fe为负极、Cu为正极，CuCl2为电解质溶液，B正确；
C．四氯化碳为有机物，非电解质，无法电离离子，C错误；
D．在两个烧杯中，没有构成闭合的回路，D错误；
故答案为：B。
2．对于原电池的电极名称，下列叙述有错误的是（ ）
A．发生氧化反应的为负极B．正极为电子流入的一极
C．比较不活泼的金属为负极D．电流的方向由正极到负极
【答案】C
【解析】
A．原电池中，失电子发生氧化反应的为负极，故A正确；
B．原电池中电子由负极经外电路流向正极，则正极为电子流入的一极，故B正确；
C．一般情况下，比较不活泼的金属为正极，活泼金属为负极，故C错误；
D．原电池中电子由负极经外电路流向正极，电子与电流流向相反，电流的方向由正极到负极，故D正确；
答案选C。
3．根据Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu的反应原理设计一个原电池，当铁为负极时，正极不可以选用的材料是
A．铂 B．石墨 C．铜 D．锌
【答案】D
【解析】当铁做负极时，正极的金属材料的金属活动性应该弱于铁的金属活动性，所以锌不可选，D项符合题意。
4．关于下图所示的原电池，下列说法正确的是

A．该装置将电能转化为化学能
B．锌片为正极
C．石墨电极上发生还原反应
D．电流出锌片通过导线流向石墨
【答案】C
【解析】A. 该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；
B. 锌是活泼的金属，石墨是非金属，锌片为负极，石墨为正极，B错误；
C. 石墨电极为正极，氢离子发生得到电子的还原反应，C正确；
D. 锌片为负极，石墨为正极，电流出石墨通过导线流向锌片，D错误；
答案选C。
5．下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A．CaCO3+2HCl＝CaCl2+CO2↑+H2OB．2CH3OH+3O2＝2CO2+4H2O
C．Zn+2HCl＝ZnCl2+H2↑D．4Al+3O2+6H2O＝4Al(OH)3
【答案】A
【解析】A、碳酸钙和盐酸的反应不是氧化还原反应，因为没有元素化合价升降，所以不能设计成原电池；
B、甲醇的燃烧属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；
C、锌和盐酸的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；
D、铝和氧气的反应属于自发的氧化还原反应且该反应放热，所以能设计成原电池；
综上所述，本题选A。
6．如图所示的水果电池中，电子的流向正确的是( )
A．锌片→LED灯→铜片
B．铜片→LED灯→锌片
C．锌片→柳橙→铜片
D．铜片→柳橙→锌片
【答案】A
【解析】柳橙提供电解质溶液，锌的活泼性比铜强，锌为负极失电子，电子从锌片出来，沿导线经LED灯流向正极铜，故选A。
7．下图为铜锌原电池示意图，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．锌为正极，铜为负极
【答案】A
【分析】原电池中较活泼的金属作负极，发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，据此解答。
【解析】A．锌的金属性强于铜，锌是负极，锌片逐渐溶解，A正确；
B．铜是正极，溶液中的氢离子放电，则烧杯中溶液不会呈蓝色，B错误；
C．锌是负极，铜是正极，电子由锌片通过导线流向铜片，C错误；
D．锌为负极，铜为正极，D错误；
答案选A。
8．下列关于原电池的叙述中，正确的是
A．电极只能由两种不同的金属构成
B．负极发生的电极反应是还原反应
C．工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极
D．能将化学能转变为电能
【答案】D
【解析】A．构成原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属和一种非金属，错误；
B．据原电池原理知，原电池负极失去电子，发生氧化反应，错误；
C．电子经外电路由负极流向正极，错误；
D．原电池是将化学能转化为电能的装置，正确；
答案选D。
9．下列说法正确的是
A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应
B．原电池中，电流的方向是负极—导线—正极
C．双液原电池中的盐桥也可以用金属导线代替
D．原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极
【答案】D
【解析】A．原电池中，负极上发生氧化反应，故A错误；
B．原电池中，电流的方向是电子移动方向的反方向，应是正极−导线−负极，故B错误；
C．盐桥的作用是通过离子的定向移动，构成闭合回路，不能用金属导线代替，故C错误；
D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，故D正确；
故选D。
10．下图中能组成原电池产生电流的是( )
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】分析：构成原电池的条件是活泼性不同的电极，插入电解质溶液并形成闭合回路。
详解：A选项中两个电极的活动性相同，不能构成原电池，A选项错误；B选项中具备构成原电池的条件，可以形成原电池，能够产生电流，B选项正确；C选项中酒精是非电解质，没有电解质溶液，同时两个电极的活动性相同，不能构成原电池，C选项错误；D选项中，Zn与ZnSO4不能够发生氧化还原反应，所以该装置不能自发进行氧化还原反应，所以不能形成原电池，D选项错误；正确选项B。
11．某原电池装置如图所示，当该电池形成闭合回路时，盐桥中的K+向右做定向移动，下列说法错误的是
A．反应能够自发进行
B．电极的电极反应式为
C．反应过程中Ni电极的质量会减小
D．Cr、Ni两种金属的还原性强弱顺序为Cr>Ni
【答案】C
【分析】盐桥中的K+向右做定向移动，所以Ni电极为正极，Cr电极为负极。
【解析】A．原电池反应为自发的放热反应，又原电池的反应为，所以反应能够自发进行，故A正确；
B．Cr电极为负极，发生失电子的氧化反应，反应式为，故B正确；
C．Ni电极为正极，发生还原反应，反应式为Ni2++2e-=Ni，则反应过程中Ni电极的质量会增加，故C错误；
D．原电池的反应为，则Ni、Cr两种金属的还原性强弱顺序为Cr>Ni，故D正确；
故答案为：C。
12．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
【答案】C
【解析】A．根据电子流动的方向，X为负极，Y为正极，电子从负极流出，经导线流向正极，电子不能经过电解质溶液，选项A错误；
B．X为负极，Zn为活泼金属，作负极，石墨作正极，选项B错误；
C．原电池中，阴离子向负极移动，移向X电极，稀硫酸作为电解质，正极上产生，选项C正确；
D．X为负极，失去电子，发生氧化反应，Y极为正极，得电子发生的是还原反应，选项D错误；
答案选C。
13．铜锌原电池工作时，下列叙述不正确的是
A．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从铜电极流向锌电极
D．盐桥中的K＋移向CuSO4溶液
【答案】C
【解析】在原电池中，负极为较活泼金属，失电子发生氧化反应，在外电路中，电子从负极移向正极，在溶液中，阳离子向正极移动，反应的总方程式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu。A. Zn是负极，电极反应式为：Zn−2e−=Zn2+，故A正确；B. 电池总反应式为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，故B正确；C. 在外电路中，电子由负极流向正极，所以电子是从锌电极流向铜电极，故C错误；D. 在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，所以盐桥中的K+移向CuSO4溶液，故D正确；答案选C。
14．由辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制CuSO4的工作原理如图所示。下列说法不正确的是
A．N极为正极
B．X交换膜为阴离子交换膜
C．M极上的电极反应式为：Cu2S+10e-+4H2O=2Cu2++8H++
D．该电池工作时在某一温度范围内反应速率最快
【答案】C
【分析】该装置为原电池，辉铜矿石(主要成分是Cu2S)制CuSO4可知该M电极为负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为，N电极为正极，电极反应式为，原电池工作时，阳离子移向正极N，阴离子移向负极M。
【解析】A．由分析知N极为正极，A正确；
B．根据离子移动方向及电荷守恒可知，通过X交换膜膜移向M极，则X交换膜为阴离子交换膜 ，B正确；
C．M极上的电极反应式为，C错误；
D．该电池工作时需要细菌，温度太低，细菌生长太慢，反应速率太慢，温度过高会杀死细菌，不利于其增长，在某一温度范围内反应速率最快，D正确；
故选C。
15．某化学兴趣小组利用反应，设计了如图所示的装置，下列说法正确的是（ ）
A．为负极，发生还原反应
B．石墨电极上发生的反应为
C．电子流动方向为石墨电极→电流表→锌电极
D．盐桥中移向溶液，移向溶液
【答案】B
【解析】A．根据反应总式可知，锌化合价升高失去电子，故为负极，发生氧化反应，A错误；
B．石墨为正极，在正极得电子发生还原反应，生成，B正确；
C．电子从负极（锌电极）流出，经电流表流向正极（石墨电极），C错误；
D．由于在石墨电极上得到电子生成，右侧烧杯中正电荷减少，所以盐桥中的阳离子移向溶液（阳向正），阴离子移向溶液（阴向负），D错误；
答案选B。
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：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)
正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)
总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
①化合价升高的物质
负极：Cu
②活泼性较弱的物质
正极：C
③化合价降低的物质
电解质溶液：FeCl3
示意图