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：
2＋
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Zn进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；
2＋
CuSO4溶液中，Cu从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。
－2＋
锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e===Zn；
2＋－
铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu＋2e===Cu。
2＋2＋
总反应式为Zn＋Cu===Zn＋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
2＋2＋2＋
原子失去电子成为Zn进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn过多，带正电荷。Cu获得电子沉积
2＋2－
为Cu，溶液中Cu过少，SO4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( )
1
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
－2＋＋－
的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn－2e===Zn，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．①②③⑤⑧ B．③④⑥⑦ C．④⑤⑥⑦ D．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===Ag
③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．①② B．②③ C．②④ D．③④ 答案 C
－2＋
解析 该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu－2e===Cu，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.28 Date：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。
2
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．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．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
－2＋＋－
为负极，电极反应为：Zn－2e===Zn，Cu为正极，电极反应为2H＋2e===H2↑，每转移1
＋2－
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，SO4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＋3＋－2＋
(2)能 Cu－2e===Cu 2Fe＋2e===2Fe
(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
－2＋3＋
以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu－2e===Cu，正极为石墨，电极反应式为2Fe
－2＋
＋2e===2Fe。
(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。
3＋2＋2＋
7．利用反应Fe＋Zn===Fe＋Zn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___________________________________________________。
3＋－2＋
答案 Pt 2Fe＋2e===2Fe
－2＋
Zn Zn－2e===Zn
使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性
3
－2＋
解析 根据反应Zn＋2Fe===Zn＋2Fe知该反应中的氧化反应为Zn－2e===Zn，故
3＋－2＋
应采用Zn片作负极，还原反应为2Fe＋2e===2Fe，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
2＋3＋
选含Zn的盐溶液如ZnSO4溶液，正极区选含Fe的溶液作电解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。
3＋
2＋
2＋
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<0 B．2CH3OH(l)＋3O2(g)―→2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0
C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0
D．3Cu(s)＋8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)＋2NO(g)＋4H2O(l) ΔH<0 答案 A
2．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)2 C．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。
＋2＋
4.根据反应：2Ag＋Cu===Cu＋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。
4
5．控制适合的条件，将反应2Fe＋2I判断不正确的是( )
3＋－
2Fe＋I2设计成如下图所示的原电池。下列
2＋
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
3＋
B．反应开始时，甲中石墨电极上的Fe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FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 答案 D
解析 由反应2Fe3＋＋2I－
－
2Fe2＋＋I2可知，反应开始时，甲中Fe3＋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FeCl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中I2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、K2FeO4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＋2K2FeO4＋8H2O===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
2－－－
B．电池正极的电极反应式为 2FeO4＋8H2O＋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
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D．外电路中每通过1.204×10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 H2 B．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 H2 D．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。
－2＋＋－
利用这一特点，我们从电极反应看：负极：Zn－2e===Zn；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氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。
8．下列关于实验现象的描述不正确的是( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡 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，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快 答案 C
＋＋
解析 铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中，铜片上的H获得由铁片传递过来的电子2H－
＋2e===H2↑，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：Zn
2＋2＋
＋Cu===Zn＋Cu，生成的Cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入FeCl3溶液，发生的反
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