《新步步高》2014-2015学年高二化学苏教版选修4课时作业专题1第二单元第1课时原电池的工作原理

第二单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理[目标要求] 1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。

2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。

3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。

一、原电池1．原电池定义：将化学能转变为电能的装置。

2．实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。

即将化学能转化成电能。

3．简单原电池的构成条件：①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发进行的氧化还原反应。

二、原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。

以铜锌原电池为例：1．在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2＋进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中，Cu2＋从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。

锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反应是自发进行的。

2．闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，内电路：溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。

3．盐桥盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。

当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn 原子失去电子成为Zn2＋进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋过多，带正电荷。

Cu2＋获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2＋过少，SO2－4过多，溶液带负电荷。

当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。

盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl－向ZnSO4溶液迁移，K＋向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。

知识点一原电池1．下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案 B解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。

2．在图中的8个装置中，属于原电池的是()A．①②③⑤⑧B．③④⑥⑦C．④⑤⑥⑦D．③⑤⑦答案 D知识点二原电池的原理3．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型管)构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④答案 C解析该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极反应式为Ag＋＋e－===Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。

4．下图是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()NO.28Date：2009.11.8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Zn―→Cu。

Cu极上有H2产生。

⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol。

⑥正极的电子反应式为：Zn―→Zn＋＋2e－。

A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④答案 B解析本题考查了锌、铜和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。

Zn比Cu活泼，Zn 为负极，电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向铜片，溶液中H＋向正极移动，SO2－4向负极移动，故选B。

5．把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。

A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。

则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()A．A>B>C>D B．A>C>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A答案 C解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。

负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>C、C>D、D>B，故正确答案为C。

知识点三原电池的应用6．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。

按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。

请说明原因________________________________________________________________________。

(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________。

若能，请写出电极反应式，负极：___________，正极：_____________。

(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。

答案(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能Cu－2e－===Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(3)解析(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。

(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

(3)因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。

7．利用反应Fe3＋＋Zn===Fe2＋＋Zn2＋设计一个带盐桥的原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为_______________________________。

负极为________，电极反应式为____________________________________________。

此装置中盐桥的作用为___________________________________________________。

答案Pt2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Zn Zn－2e－===Zn2＋使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性解析根据反应Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋知该反应中的氧化反应为Zn－2e－===Zn2＋，故应采用Zn片作负极，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故应选择比Zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含Zn2＋的盐溶液如ZnSO4溶液，正极区选含Fe3＋的溶液作电解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。

练基础落实1．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()A．H2SO4(aq)＋BaCl2(aq)===2HCl(aq)＋BaSO4(s)ΔH<0B．2CH3OH(l)＋3O2(g)―→2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH<0C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH<0D．3Cu(s)＋8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)＋2NO(g)＋4H2O(l)ΔH<0答案 A2．有关原电池的下列说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中，只有金属锌作为负极C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动答案 C解析在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是Zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。

答案为C。

3．锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，则负极上发生反应的物质是()A．Ag B．Zn(OH)2C．Ag2O D．Zn答案 D解析判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。

由题给总方程式得Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，故Zn为负极。

4.根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是()A．X可以是银或石墨B．Y是硫酸铜溶液C．电子从铜电极经外电路流向X电极D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag答案 B解析根据题意，铜应为负极，X为正极，则X应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属，A项正确；电解质溶液应含Ag＋，B项错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，Ag＋在正极X上得电子，Ag＋＋e－===Ag，故C、D项正确。

5．控制适合的条件，将反应2Fe 3＋＋2I－2＋＋I 2设计成如下图所示的原电池。

下列判断不正确的是( )A ．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B ．反应开始时，甲中石墨电极上的Fe 3＋被还原C ．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D ．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl 2固体，乙中的石墨电极为负极答案 D解析 由反应2Fe 3＋＋2I －2＋＋I 2可知，反应开始时，甲中Fe 3＋发生还原反应，乙中I －发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入FeCl 2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I 2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选D 。

6.科学家正在研究高铁可充电电池，据研究人员推测，这种电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点，将有广泛的应用前景。

高铁电池放电时，锌、K 2FeO 4分别在两极上发生反应，以KOH 溶液为电解液，电池总反应为3Zn ＋2K 2FeO 4＋8H 2O===3Zn(OH)2↓＋2Fe(OH)3↓＋4KOH ，下列说法中错误的是( )A ．电池工作时，锌失去电子B ．电池正极的电极反应式为 2FeO 2－4＋8H 2O ＋6e －===2Fe(OH)3↓＋10OH －C ．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D ．外电路中每通过1.204×1023个电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案 C练方法技巧7．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol 电子时，下列说法正确的是( )A ．锌片溶解了1 mol ，铜片上析出1 mol H 2B ．两极上溶解和析出的物质质量相等C ．锌片溶解31 g ，铜片上析出1 g H 2D ．锌片溶解了1 mol ，硫酸消耗0.5 mol答案 A解析 在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，即两极得、失电子数相等。