高中化学第四章第一节原电池课时作业新人教版选修4

第四章电化学基础
第一节原电池
[目标要求] 1.明白得原电池的工作原理，能够写出电极反映式和电池反映方程式。

2.了解半反映、盐桥、内电路、外电路等概念。

3.会判定原电池的正、负极，能够利用氧化还原反映设计简单的原电池。

一、原电池
1．原电池概念：将化学能转变成电能的装置。

2．实质：将氧化还原反映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．简单原电池的组成条件：
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映。

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

以铜锌原电池为例：
1．在ZnSO4溶液中，锌片慢慢溶解，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，通过导线流向铜片；
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，发生氧化反映，电极反映式为Zn－2e－===Zn2＋；
铜为正极，发生还原反映，电极反映式为Cu2＋＋2e－===Cu。

总反映式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，反映是自发进行的。

2．闭合回路的组成：
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，随着反映的进行，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＋过量，带正电荷。

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

当溶液不能维持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。

盐桥的存在就幸免了这种情形的发生，其中Cl－向ZnSO4溶液迁移，K ＋向CuSO
4溶液迁移，别离中和多余的电荷，使溶液维持电中性，反映能够继续进行。

知识点一原电池
1．下列装置中能组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映，不能组成原电池；B项符合原电池的组成条件，两电极发生的反映别离是Zn－2e－===Zn2＋，2H＋＋2e－===H2↑；C项中酒精不是电解质，故不能组成原电池。

2．下列各装置能形成原电池的是( )
答案 D
解析判定一个装置可否组成原电池，要看是不是符合原电池的组成条件：①电极材料(活动性不同的金属、金属与非金属、金属与金属氧化物)；②电解质溶液；③组成闭合回路；
④能自发进行的氧化还原反映。

A装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；B装置：酒精不是电解质溶液，不能组成原电池；C装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；D装置：符合原电池组成的条件，能形成原电池。

知识点二原电池的原理
3．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时刻，以下表达正确的选项是( )
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产动气泡的速度甲比乙慢
答案 C
解析因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能组成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后组成原电池，加速了Zn的溶解，故D错；又因两杯中的Zn都能与稀H2SO4反映产生H2而消耗H＋，故C正确。

4．把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连能够组成各类原电池。

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。

那么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，正极发生还原反映，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
5．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后别离向两极通入乙烷和氧气，那么有关此电池推断正确的选项是( )
A．通入乙烷的电极为正极
B．参加反映的乙烷与氧气的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时刻后，KOH的物质的量浓度减少
D．负极反映式为C2H6＋6H2O－14e－===2CO2－3＋18H＋
答案 C
解析乙烷燃烧的化学方程式为2C2H6＋7O2―→4CO2＋6H2O，在该反映中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；反映中参加反映的乙烷与氧气的物质的量之比应为2∶7，故B答案错误；考虑到该电池是以KOH 为电解质溶液的，生成的CO2会和KOH反映转化成K2CO3，反映中消耗KOH，KOH的物质的量浓度减少，故C答案正确；由于该电池是以KOH溶液为电解液的，D答案中负极生成的H＋显然在溶液中是不能存在的，故D答案错误。

考虑到电解质溶液的阻碍，现在该电池的总反映式应为2C2H6＋8KOH＋7O2―→4K2CO3＋10H2O，正极反映式为14H2O＋7O2＋28e－===28OH－(正极氧气得电子，理论上形成O2－，但该粒子在水中不稳固，必需以OH－形式存在)，负极反映式可用总反映式减去正极反映式取得：2C2H6＋36OH－－28e－===4CO2－3＋24H2O。

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。

按要求回答以下问题：
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一路利用。

请说明缘故
________________________________________________________________________。

(2)假设电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，可否组成原电池？________。

假设能，请写出电极反映式，负极：____________________，正极：________________________。

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

答案(1)二者连接在一路时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被侵蚀
(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侵蚀。

(2)因为FeCl3能与Cu发生反映：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，因此依照给出的条件能够设计成原电池，其负极为Cu，反映为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反映式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

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

练基础落实
1．下列关于实验现象的描述不正确的选项是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一路浸入稀硫酸中，铜片表面显现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面显现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出的速度加速
答案 C
解析铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H＋取得由铁片传递过来的电子：2H ＋＋2e－===H
2↑，因此可观看到铜片表面显现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反映Zn ＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液中，发生
的反映是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，并无单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中滴入几滴CuCl2溶液，发生反映Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，组成了原电池，加速2H＋＋2e－===H2↑反映，可观看到气泡放出的速度加速。

2．控制适合的条件，将反映2Fe3＋＋2I
－2Fe2＋＋I
2
设计成如以下图所示的原电池。

以
下判定不正确的选项是( )
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反映
B．反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反映达到化学平稳状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
答案 D
解析由反映2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2可知，反映开始时，甲中Fe3＋发生还原反映，乙中I
－发生氧化反映；当电流计读数为零时，那么反映达到了平稳状态，现在在甲中溶入FeCl
2固体，平稳向逆反映方向移动，乙中I2发生还原反映，那么乙中石墨电极为正极；应选D。

3.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，以下说法正确的选项是( )
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质的质量相等
C．锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g H2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了 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。

利用这一特点，咱们从电极反映式看：负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。

当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气取得 2 mol电子，得失电子守恒，如此即可推出A正确。

练方式技术
4．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示用意如下图。

关于该电池的表达正确的选项是( )
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反映式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电进程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反映中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体错误! L 答案 B
解析由葡萄糖微生物燃料电池结构示用意可知，此燃料电池是以葡萄糖为燃料，以氧
气为氧化剂，以质子互换膜为隔膜，以惰性材料为电极的一种燃料电池。

由于是微生物电池，而微生物的生存温度有必然的范围，因此高温下微生物不必然能够生存，A 错误；放电时，
负极：C 6H 12O 6被微生物分解成CO 2、H ＋和电子，电极反映式：C 6H 12O 6＋6H 2O －24e －===6CO 2↑＋
24H ＋，B 正确；负极产生的H ＋透过质子互换膜进入正极室，C 错误；负极产生的电子沿外电
路从负极流向正极，在正极室与H ＋和氧气发生反映生成水。

总反映方程式为C 6H 12O 6＋
6O 2===6CO 2＋6H 2O ，由总反映方程式可知：每消耗1 mol 氧气，理论上能够生成标准状况下CO 2气体22.4 L ，D 错误。

5．据报导，我国拥有的完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供了效劳。

某种氢氧燃料电池的电解液为KOH 溶液，以下有关该电池的表达不正确的选项是( )
A ．正极反映式为O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －
B ．工作一段时刻后，电解液中KOH 的物质的量不变
C ．该燃料电池的总反映方程式为2H 2＋O 2===2H 2O
D ．用该电池电解CuCl 2溶液，产生2.24 L Cl 2(标准状况)时，有 mol 电子转移
答案 D
解析 此题考查燃料电池的工作原理。

氧气在正极发生还原反映，A 正确；该燃料电池中氢气与氧气反映生成水，KOH 没有消耗，也没有生成，故KOH 的物质的量不变，但其溶液
浓度变小，B 正确；H 2和O 2反映生成水是该电池发生的反映，C 正确；CuCl 2=====电解Cu ＋Cl 2↑，
2Cl －－2e －===Cl 2↑，n (Cl 2)＝2.24 L/22.4 L ·mol －1＝ mol ，n (e －)＝ mol ，D 错
误。

练综合拓展
6．某探讨活动小组想利用原电池反映检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同窗均利
用镁片与铝片作电极，但甲同窗将电极放入6 mol·L －1的稀H 2SO 4中，乙同窗将电极放入6
mol·L －1的NaOH 溶液中，如下图。

(1)写出甲池中发生的有关电极反映的反映式：
负极___________________________________________________________________， 正极___________________________________________________________________。

(2)写出乙池中发生的有关电极反映的反映式：
负极____________________________________________________________________， 正极___________________________________________________________________。

总反映离子方程式为______________________________________________________。

(3)若是甲与乙两位同窗均以为“组成原电池的电极材料假设是金属，那么组成负极材料的金属应比组成正极材料的金属活泼”，那么甲会判定出________活动性更强，而乙会判定出________活动性更强(填写元素符号)。

(4)由此实验，可取得如下哪些结论？________。

A ．利用原电池反映判定金属活动性顺序应注意选择适合的介质
B ．镁的金属性不必然比铝的金属性强
C ．该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有有效价值
D ．该实验说明化学研究对象复杂、反映条件多变，应具体问题具体分析
(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判定原电池中正、负极”的做法________(填“靠得住”或“不靠得住”)。

如不靠得住，那么请你提出另一个判定原电池正、负极可行的实验方案_____________________________________________________________。

答案 (1)Mg －2e －===Mg 2＋ 2H ＋＋2e －===H 2↑
(2)2Al ＋8OH －－6e －===2AlO －2＋4H 2O
6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－2＋3H2↑
(3)Mg Al (4)AD
(5)不靠得住将两种金属电极连上电流表而组成原电池，利用电流表检测电流的方向，从而判定电子的流动方向，再来确信原电池的正、负极
解析(1)甲池中电池总反映方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反映式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反映式为2H＋＋2e－===H2↑。

(2)乙池中电池总反映方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极上为Al被氧化生成Al3＋后与OH－反映生成AlO－2，电极反映式为2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O；正极产物为H2，电极反映式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。

(3)甲池中Mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，Mg为正极，假设依照负极材料金属比正极活泼，那么甲判定Mg活动性强，乙判定Al活动性强。

(4)选AD。

Mg的金属活动性必然比Al强，金属活动性顺序表是正确的，应用普遍。

(5)判定正、负极可依照回路中电流方向或电子流向等进行判定，直接利用金属活动性顺序表判定原电池的正、负极是不靠得住的。