4.1.1原电池的工作原理 学案（含答案）

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1、第一节第一节 原电池原电池 第第 1 课时课时 原电池的工作原理原电池的工作原理 【课程标准要求】 1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 1.原电池的构成 (1)概念 把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件 闭合回路。 两极有电势差两个活动性不同的电极，相对较活泼的金属作负极。 电解质溶液或熔融电解质。 自发的氧化还原反应。 (3)实例 锌铜原电池装置如图所示： 缺点：原电池中氧化反应和还原反应并未完全隔开，锌与其接触的稀硫酸发生反 应，电流会逐渐衰减。 【微自测】 1.下列装置中，能构成原电池的是( ) 答案 D 解

2、析 A 装置中的酒精是非电解质，不导电，不能构成原电池；B 装置中两烧杯 中电解质不连通，不能形成闭合回路，故不能构成原电池；C 装置中两个电极材 料相同，不能构成原电池；D 装置符合原电池装置的构成条件，能构成原电池。 2.原电池的工作原理 (1)双液原电池的构成 Zn|ZnSO4溶液形成负极(填“正极”或“负极”，下同)，Cu|CuSO4溶液形成正 极。 中间通过盐桥相连接，形成闭合回路。 (2)工作原理 盐桥中的 Cl 移向 ZnSO 4溶液，K 移向 CuSO 4溶液，使氧化还原反应持续进行， 锌铜原电池得以不断地产生电流。 【微自测】 2.锌铜原电池装置如图所示，下列说法正确的是(

3、) A.铜片作负极 B.锌电极的反应式：Zn2e =Zn2 C.电流从锌片流向铜片 D.盐桥的作用是传递电子 答案 B 解析 A 项，Zn 失电子发生氧化反应而作负极，错误；B 项，锌电极的反应式： Zn2e =Zn2，正确；C 项，铜作正极，电流由铜片流向锌片，错误；D 项， 盐桥的作用是传递离子，电子不能通过溶液，错误。 3.原电池的设计 (1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得 到电子。 (3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。 【微自测】 3.将反应： Cu2Ag =2Ag

4、Cu2设计成带盐桥的原电池装置， 并填写下列空白： 是_溶液，是_溶液， 负极反应式：_， 盐桥中的 Cl 向_移动(填“铜片”或“银片”)。 答案 CuSO4 AgNO3 Cu2e =Cu2 铜片 一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理 【活动探究】 如下图所示， 将置有锌片的 ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液用一个盐桥连接 起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计。 (1)上述原电池装置中的正、负极材料分别是什么？电池工作时锌片和铜片分别发 生怎样的变化？ 提示：锌片作负极，铜片作正极；电池工作时，锌失去电子生成 Zn2 进入溶液， 锌片逐渐溶解，溶液中的 Cu

5、2 得到电子生成 Cu 沉积在铜片上。 (2)电池工作时，电子的运动方向是怎样的？盐桥中阴、阳离子的运动方向是怎样 的？ 提示：电子流向：Zn 片电流表 Cu 片 盐桥中离子流向：K Cu 片(正极)；Cl Zn 片(负极) (3)单液 ZuCuCuSO4原电池装置如下： 对比单液锌铜原电池与双液锌铜原电池装置，你认为哪种装量能产生稳定地、持 续时间长的电流？其原因是什么？ 提示：双液原电池能产生稳定地、持续时间长的电流。原因是双液原电池装置中 Zn 与氧化剂(Cu2 )不直接接触，仅有化学能转化为电能(单液原电池装置中 Zn 与 Cu2 接触发生反应)，避免了能量的损耗，故产生的电流稳定，持

6、续时间长。 (4)双液锌铜原电池装置中，电池工作一段时间后，锌片的质量减少 16.25 g，线路 中转移电子个数是多少？铜电极质量增加多少克？ 提示：负极反应式 Zn2e =Zn2，n(Zn) 16.25 g 65 g mol 10.25 mol，则线路中转 移电子： 0.25 mol20.5 mol， 即 0.5NA个电子， 正极反应式： Cu2 2e=Cu， 铜电极增加的质量为1 20.5 mol64 g mol 116 g。 【核心归纳】 1.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 2.原电池中盐桥的作用 (1)通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流 持续。

7、(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的 电极反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能。 3.原电池中正、负极的判断方法 (1)电子流向： 原电池中电子由负极流出， 经导线流向正极； 两极转移电子数相等。 (2)电流方向：电流方向与电子流向恰好相反，即由正极经导线流向负极。 (3)离子移动方向：溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在 导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动， 原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可 形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 【实践应用】 1.下列烧杯中

8、盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( ) 答案 A 解析 A 项装置 ZnCu稀 H2SO4形成原电池，Cu 作正极，电极反应式为 2H 2e =H 2，有气泡产生；B、C 装置中的 Cu 和 Ag 与稀 H2SO4均不反应，不 能形成原电池；D 项装置不能形成闭合回路，Cu 电极上不能产生气泡。 2.如图为锌铜原电池装置，下列有关描述正确的是( ) A.铜片和锌片能互换位置 B.若缺少电流计，则不能产生电流 C.盐桥可用吸有 KNO3溶液的滤纸条代替 D.Zn 发生氧化反应，Cu 发生还原反应 答案 C 解析 若铜片和锌片互换位置，则铜片置于 ZnSO4溶液中，锌片置于 CuSO4溶

9、液 中，CuSO4溶液中 Zn 与 Cu2 直接发生反应，不能产生电流，A 项错误；锌铜原 电池中，电流计的作用是观察电流的产生，与电流能否产生无关，B 项错误；吸 有 KNO3溶液的滤纸条中有自由移动的 K 、NO 3，可代替盐桥，C 项正确；Cu 电极上是 Cu2 发生还原反应，D 项错误。 二、原电池原理的应用二、原电池原理的应用 【核心归纳】 1.加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：实验室制取氢气时，粗 锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率 加快。 2.比较金属活动性强弱 3.设计原电池 (1)电极材料的选择。负极

10、一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差 的金属材料或石墨等惰性电极。 (2)电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反 应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具 有相同的阳离子。 (3)设计示例 设计思路 应用示例 以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 将已知氧化还原反应拆分成氧化反应 和还原反应两个半反应，从而确定电极 反应 氧化反应(负极)：Cu2e =Cu2 还原反应(正极)：2Fe3 2e=2Fe2 以两极反应为依据，确定电极材料及 电解质溶液 负极：铜和 CuCl2溶液 正极：石墨(

11、或铂)和 FeCl3溶液 画出原电池装置示意图 【实践应用】 1.某原电池总反应为 Cu2Fe3 =Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是 ( ) 选项 A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3 溶液 Fe(NO3)2 溶液 CuSO4 溶液 Fe2(SO4)3 溶液 答案 D 解析 锌比铜活泼，锌作负极，电池反应为 Zn2Fe3 =Zn22Fe2，A 项错 误；金属铜和亚铁盐不反应，没有自发进行的氧化还原反应，B 项错误；锌比铁 活泼，锌作负极，电池反应为 ZnCu2 =Zn2Cu，C 项错误；铜比银活泼， 金属铜作负极，电池反应为 Cu

12、2Fe3 =Cu22Fe2，D 项正确。 2.设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。 限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。 (1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并作相应标注。 要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。 (2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙， 工作一段时间后，可观察到负极_ _。 (3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_， 其原因是_。 答案 (1)如图所示。 (2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出 (3)甲 电池乙的负极可与 CuSO4溶液

13、直接发生反应， 导致部分化学能转化为热能； 电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小 解析 以 Zn 和 Cu 作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还 发生 Zn 和 Cu2 的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其 不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免 Zn 和 Cu2 的直接接触，从而避 免能量损失，提供稳定电流。 核心体系建构 1.在如图所示的水果(柠檬)电池中，外电路上的电流从 X 电极流向 Y 电极。若 X 为铁，则 Y 可能是( ) A.锌 B.石墨 C.银 D.铜 答案 A 解析 电流的方向与电子的转移方向相反，由

14、已知条件可知电子由 Y 电极流向 X 电极，因此 Y 电极的金属活动性强于铁，故 Y 电极只能为选项中的锌。 2.下列关于原电池的叙述中不正确的是( ) A.构成原电池的正极和负极可以是金属也可以是导电的非金属 B.原电池是将化学能转变为电能的装置 C.在原电池中，电子流出的一极是负极，发生还原反应 D.原电池放电时，电流的方向是从正极到负极 答案 C 解析 A.原电池的两电极可以由金属材料或导电的非金属材料组成，故 A 正确； B.原电池是将化学能转变为电能的装置，故 B 正确；C.电子从负极流向正极，则 电子流出的一极是负极，发生氧化反应，故 C 错误；D.原电池放电时，电流的方 向是从正

15、极到负极，故 D 正确。 3.有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分 实验 现象 a 极质量减小； b 极质量增加 b 极有气体产 生； c 极无变化 d 极溶解；c 极 有气体产生 电流从 a 极流 向 d 极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A.abcd B.bcda C.dabc D.abdc 答案 C 解析 由第一个装置 a 极溶解可知 a 极是负极，金属活动性：ab；对于第二个 装置，依据还原性规律知，金属活动性：bc；由第三个装置 d 极溶解可知金属 活动性：dc；由第四个装置电流从 ad 可知电子从 da，故金属活动性：d

16、a。 故金属活动性：dabc。 4.为了避免锌片与 Cu2 直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了 如下装置。 按要求完成以下填空： (1)此装置工作时，可以观察到的现象是_ _， 电池总反应式为_。 (2)以上电池 中，锌 和锌盐溶液组成 _ ，铜和铜 盐溶液组成 _，中间通过盐桥连接起来。 (3)电池工作时，硫酸锌溶液中 SO2 4向_移动，硫酸铜溶液中 SO2 4向 _移动。 (4)此盐桥内为饱和 KCl 溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，K 移向_。 答案 (1)电流计指针发生偏转， 锌片逐渐溶解， 铜片上有红色物质析出 ZnCu2 =Zn2Cu (2)锌半电池 铜半电池 (3)锌电极 盐桥 (4)离子 正极区 (CuSO4溶液) 解析 该装置为锌铜原电池，总反应式为 ZnCu2 =CuZn2。电池工作时， 观察到电流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。其 中Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池， Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。 电池工作时， ZnSO4溶液中 SO2 4向负极(锌电极)移动，CuSO4溶液中 SO2 4向盐桥移动，而盐桥 中的 K 向正极区(CuSO 4溶液)移动，Cl 向负极区(ZnSO 4溶液)移动，这样靠离子 的移动形成闭合回路。