高中化学 4.1原电池 新人教版选修4
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3.有盐桥装置的原电池为什么能够持续、稳定的产生 电流？ 提示：当有盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的 Cl-会移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液 和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进 行，从而使原电池不断地产生电流。
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【典例1】（双选）（2010·广东高考）铜锌原电池 （如图）工作时，下列叙述正确的是
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1.在必修2曾经学习过的将锌片和铜片直接置于CuSO4 溶液的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且 时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这 是什么原因造成的呢？
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提示：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，反应一段时间 后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原， 一旦有少量铜在锌片表面析出，指示向外输出的电流 强度减弱，当锌片表面完全被铜覆盖后，反应就终止 了，也就无电流再产生。
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A.正极反应为：Zn-2e- ==== Zn2+ B.电池反应为：Zn+Cu2+ ==== Zn2++Cu C.在外电路中，电子从负极流向正极 D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 【思路点拨】先由图示条件判断原电池的正负极→再 结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断。
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【自主解答】选B、C。Zn是原电池的负极，故A错；原 电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同， 故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电 流由正极流向负极，因电子流向与电流的方向相反， 即电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子 向正极移动，故D错。
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【思路点拨】电极X的材料应是发生氧化反应的物质， 电解质溶液Y应是含有发生还原反应的阳离子的电解质 溶液，此题中Y应是含有Ag+的可溶性的电解质溶液。
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【自主解答】根据所给氧化还原反应方程式，结合原 电池反应原理以及所给原电池装置，Cu作负极，AgNO3 溶液为电解质溶液，从而推知:（1）X的材料为铜，Y 是AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶液）。（2）银为 原电池的正极，发生的电极反应为Ag++e- ==== Ag；X 电极上发生的电极反应为Cu-2e- === Cu2+。（3）外电 路中的电子从铜电极流向银电极。
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2.从原电池装置中取出盐桥，为什么就不会产生电流 了？ 提示：盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯 中的溶液连成一个通路。取出盐桥不再形成闭合回路， 同时由于Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4 溶液因Zn2+增加而带正电；同时Cu2+获得电子成为金属 铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42-相对增加而带负 电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成 不产生电流的现象。
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2.为什么原电池反应可以加快化学反应速率？ 提示：以铜-锌-稀硫酸原电池为例：如果直接将锌放 入稀硫酸中，氢离子要在锌板表面得电子，生成氢气 逸出，同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落聚集在锌 板附近；因氢离子和锌离子都带正电，相互排斥，所 以氢离子不易直接连续从锌板上得电子。而构成原电 池后，氢离子在铜板上得电子，就解决了这一矛盾， 因而加快了反应速率。还有：锌铜两极的电势差还有 助于电子的转移，也对加快反应速率起作用。
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【典例2】依据氧化还原反应: 2Ag+（aq）+Cu（s）==== Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原 电池如图所示。 请回答下列问题: （1）电极X的材料是_____；电解质溶液Y是_____。 （2）银电极为电池的_____极，发生的电极反应为 __________，X电极上发生的电极反应为__________。 (3)外电路中的电子是从_____电极流向_____电极。
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3.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片， 下列叙述正确的是（ ） A.正极附近的SO42-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
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【解析】选D。本题符合铜锌原电池的形成条件，原电 池工作时，电子由负极（锌）经外电路（导线）流向 正极（铜）。负极锌片：Zn－2e- ==== Zn2+；正极铜 片：2H++2e- ==== H2↑，总反应为：Zn+2H+ ==== Zn2++ H2↑，原电池中没有产生O2。没有参与反应的 SO42-浓度不会逐渐增大。
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（2）电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作 负极；如生成气体（如H2）或溶液中的还原性离子发生 氧化反应，可用惰性电极（如Pt、碳棒）作负极。 发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。 本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。 （3）电解质溶液 一般选用含反应物的电解质溶液即可。如本例中可用 FeCl3溶液作电解质溶液。
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答案:（1）铜 AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶Байду номын сангаас） （2）正 Ag++e- ==== Ag Cu-2e- ==== Cu2+ （3）铜 银
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知识点一：原电池的工作原理 1.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是（ ）
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A.①③④⑤⑥ C.①②③④
B.①②③④⑤ D.①②③
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【解析】选D。依据构成原电池的条件分析：④中没有 构成闭合回路；⑤中两电极相同；⑥中酒精是非电解 质；只有①②③符合条件，故选D。
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2.某单质能和盐酸反应生成氢气，该单质与锌组成原 电池时，锌为负极，该金属可能为（ ） A.铝 B.铜 C.锡 D.石墨 【解析】选C。铜、石墨和盐酸不反应，铝、锡能和盐 酸反应生成氢气；与锌组成原电池时，锌为负极，说 明该金属不如锌活泼，故只有锡符合题意。
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1.请依据原电池原理，将反应2FeCl3+Cu2 ==== FeCl2+ CuCl2设计成一个原电池。写出电极反应，确定电极材料 和电解质溶液。 提示：（1）电极反应：将氧化还原反应拆成氧化反应 和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的 电极反应式。 负极：Cu-2e- ==== Cu2+ 正极：2Fe3++2e- ==== 2Fe2+。
3.有盐桥装置的原电池为什么能够持续、稳定的产生 电流？ 提示：当有盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的 Cl-会移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液 和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进 行，从而使原电池不断地产生电流。
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【典例1】（双选）（2010·广东高考）铜锌原电池 （如图）工作时，下列叙述正确的是
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1.在必修2曾经学习过的将锌片和铜片直接置于CuSO4 溶液的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且 时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这 是什么原因造成的呢？
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提示：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，反应一段时间 后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原， 一旦有少量铜在锌片表面析出，指示向外输出的电流 强度减弱，当锌片表面完全被铜覆盖后，反应就终止 了，也就无电流再产生。
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A.正极反应为：Zn-2e- ==== Zn2+ B.电池反应为：Zn+Cu2+ ==== Zn2++Cu C.在外电路中，电子从负极流向正极 D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 【思路点拨】先由图示条件判断原电池的正负极→再 结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断。
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【自主解答】选B、C。Zn是原电池的负极，故A错；原 电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同， 故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电 流由正极流向负极，因电子流向与电流的方向相反， 即电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子 向正极移动，故D错。
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【思路点拨】电极X的材料应是发生氧化反应的物质， 电解质溶液Y应是含有发生还原反应的阳离子的电解质 溶液，此题中Y应是含有Ag+的可溶性的电解质溶液。
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【自主解答】根据所给氧化还原反应方程式，结合原 电池反应原理以及所给原电池装置，Cu作负极，AgNO3 溶液为电解质溶液，从而推知:（1）X的材料为铜，Y 是AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶液）。（2）银为 原电池的正极，发生的电极反应为Ag++e- ==== Ag；X 电极上发生的电极反应为Cu-2e- === Cu2+。（3）外电 路中的电子从铜电极流向银电极。
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2.从原电池装置中取出盐桥，为什么就不会产生电流 了？ 提示：盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯 中的溶液连成一个通路。取出盐桥不再形成闭合回路， 同时由于Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4 溶液因Zn2+增加而带正电；同时Cu2+获得电子成为金属 铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42-相对增加而带负 电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成 不产生电流的现象。
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2.为什么原电池反应可以加快化学反应速率？ 提示：以铜-锌-稀硫酸原电池为例：如果直接将锌放 入稀硫酸中，氢离子要在锌板表面得电子，生成氢气 逸出，同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落聚集在锌 板附近；因氢离子和锌离子都带正电，相互排斥，所 以氢离子不易直接连续从锌板上得电子。而构成原电 池后，氢离子在铜板上得电子，就解决了这一矛盾， 因而加快了反应速率。还有：锌铜两极的电势差还有 助于电子的转移，也对加快反应速率起作用。
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【典例2】依据氧化还原反应: 2Ag+（aq）+Cu（s）==== Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原 电池如图所示。 请回答下列问题: （1）电极X的材料是_____；电解质溶液Y是_____。 （2）银电极为电池的_____极，发生的电极反应为 __________，X电极上发生的电极反应为__________。 (3)外电路中的电子是从_____电极流向_____电极。
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3.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片， 下列叙述正确的是（ ） A.正极附近的SO42-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
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【解析】选D。本题符合铜锌原电池的形成条件，原电 池工作时，电子由负极（锌）经外电路（导线）流向 正极（铜）。负极锌片：Zn－2e- ==== Zn2+；正极铜 片：2H++2e- ==== H2↑，总反应为：Zn+2H+ ==== Zn2++ H2↑，原电池中没有产生O2。没有参与反应的 SO42-浓度不会逐渐增大。
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（2）电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作 负极；如生成气体（如H2）或溶液中的还原性离子发生 氧化反应，可用惰性电极（如Pt、碳棒）作负极。 发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。 本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。 （3）电解质溶液 一般选用含反应物的电解质溶液即可。如本例中可用 FeCl3溶液作电解质溶液。
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答案:（1）铜 AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶Байду номын сангаас） （2）正 Ag++e- ==== Ag Cu-2e- ==== Cu2+ （3）铜 银
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知识点一：原电池的工作原理 1.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是（ ）
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A.①③④⑤⑥ C.①②③④
B.①②③④⑤ D.①②③
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【解析】选D。依据构成原电池的条件分析：④中没有 构成闭合回路；⑤中两电极相同；⑥中酒精是非电解 质；只有①②③符合条件，故选D。
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2.某单质能和盐酸反应生成氢气，该单质与锌组成原 电池时，锌为负极，该金属可能为（ ） A.铝 B.铜 C.锡 D.石墨 【解析】选C。铜、石墨和盐酸不反应，铝、锡能和盐 酸反应生成氢气；与锌组成原电池时，锌为负极，说 明该金属不如锌活泼，故只有锡符合题意。
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1.请依据原电池原理，将反应2FeCl3+Cu2 ==== FeCl2+ CuCl2设计成一个原电池。写出电极反应，确定电极材料 和电解质溶液。 提示：（1）电极反应：将氧化还原反应拆成氧化反应 和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的 电极反应式。 负极：Cu-2e- ==== Cu2+ 正极：2Fe3++2e- ==== 2Fe2+。