第24講原電池的工作原理（學(xué)生版）高二化學(xué)講義（人教2019選擇性必修1）

第24第24講原電池的工作原理知識導(dǎo)航知識導(dǎo)航知識精講知識精講實(shí)驗(yàn)探究——鋅銅原電池實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中鋅片上有氣泡冒出，銅片上無現(xiàn)象裝置中有電流產(chǎn)生，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能用導(dǎo)線連接鋅片和銅片銅片上有氣泡冒出用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)一、原電池的基本概念1．概念：原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2．本質(zhì)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個不同的區(qū)域進(jìn)行。3．電極：（1）負(fù)極：________電子，發(fā)生________反應(yīng)； （2）正極：________電子，發(fā)生________反應(yīng)。4．構(gòu)成原電池的條件：（1）自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；（2）兩個活動性不同的電極；（3）電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）；（4）形成閉合回路。二、鋅銅原電池的工作原理工作原理（反應(yīng)方程式）負(fù)極（Zn）正極（Cu）總反應(yīng)離子方程式：。電子移動方向由極經(jīng)導(dǎo)線流向極（電流方向相反）。離子移動方向陽離子向極移動，陰離子向極移動。三、鹽橋的作用（1）形成閉合回路；（2）平衡電荷，使溶液呈電中性；（3）避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，減少電流的衰減，提高原電池的工作效率。四、原電池的應(yīng)用1．比較金屬活動性兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負(fù)極的金屬比正極的金屬活潑。2．加快氧化還原反應(yīng)的速率一個氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成原電池時的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。3．設(shè)計原電池理論上，任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計成原電池。利用原電池原理設(shè)計和制造原電池，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。對點(diǎn)訓(xùn)練對點(diǎn)訓(xùn)練題型一：原電池的工作原理 【例1】由U形管、質(zhì)量為的鐵棒、質(zhì)量為的碳棒和溶液組成的裝置如圖所示，下列說法正確的是A．閉合K，電子通過電解質(zhì)溶液移到碳棒上B．閉合K，鐵棒上有紫紅色固體析出C．閉合K，當(dāng)電路中有個電子通過時，理論上碳棒與鐵棒的質(zhì)量差為D．閉合K，鐵棒表面發(fā)生的電極反應(yīng)為【變12】如圖所示是和形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡上的記錄如下。則卡片上的描述合理的是，實(shí)驗(yàn)后的記錄：①為正極，為負(fù)極②極上有氣泡產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)③向極移動④若有0.5電子流經(jīng)導(dǎo)線，則可產(chǎn)生0.25氣體⑤電子的流向是：⑥正極反應(yīng)式：，發(fā)生氧化反應(yīng)A．①②④ B．②④ C．②③④ D．③④⑤【變2】控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷錯誤的是A．反應(yīng)開始時，甲中的石墨電極為正極B．反應(yīng)開始時，乙中的石墨電極上I發(fā)生氧化反應(yīng)C．電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極題型二：帶離子交換膜的原電池【例3】利用反應(yīng)構(gòu)成的電池，既能實(shí)現(xiàn)有效減少氮氧化物的排放，減輕環(huán)境污染，又能充分利用化學(xué)能，裝置如圖所示。下列說法不正確的是A．電流從右側(cè)電極經(jīng)過負(fù)載后流向左側(cè)電極B．電極A上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極B為正極C．當(dāng)有(標(biāo)準(zhǔn)狀況)被處理時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.4molD．A電極的電極反應(yīng)式為【變32】根據(jù)反應(yīng)2Ag+Cl2=2AgCl設(shè)計的一種原電池的裝置如圖。下列說法正確的是A．負(fù)極反應(yīng)為Cl2+2e－=2Cl－B．放電時，離子交換膜右側(cè)溶液中有白色沉淀生成C．理論上，可以用NaCl溶液代替鹽酸D．當(dāng)電路中有0.01mole轉(zhuǎn)移時，交換膜左側(cè)溶液中約減少0.02mol離子題型三：原電池的應(yīng)用【例4】有abcd四個金屬電極，有關(guān)的反應(yīng)裝置及部分反應(yīng)現(xiàn)象見表，由此可判斷這四種金屬的活動性順序是實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流計指示，導(dǎo)線中電流從a極流向d極A．a(chǎn)>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c【例5】3.25g鋅與100mL1mol·L1的稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率而不改變H2的產(chǎn)量，可采取的措施是A．滴加幾滴濃鹽酸 B．滴加幾滴濃硝酸C．滴加幾滴硫酸銅溶液 D．加入少量鋅?！咀?】設(shè)計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。（1）寫出能說明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________。（2）若要將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：___________②正極：___________。（3）畫出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋題型四：原電池綜合考查【例8】某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)反應(yīng)設(shè)計如圖原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為，溶液的體積均為200mL，鹽橋中裝有飽和溶液?；卮鹣铝袉栴}：（1）此原電池的負(fù)極是石墨_____(填“a”或“b”)，電池工作時，鹽橋中的移向_____(填“甲”或“乙”)燒杯。（2）正極反應(yīng)式為：_______。（3）若不考慮溶液的體積變化，濃度變?yōu)椋瑒t反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子為_______mol。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】下圖為番茄電池裝置示意圖，下列說法正確的是A．銅片上發(fā)生氧化反應(yīng) B．鋅片質(zhì)量減小，發(fā)生還原反應(yīng)C．電子由鋅片通過導(dǎo)線流向銅片 D．該裝置可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能【題2】下列關(guān)于下圖裝置(該鹽橋?yàn)楹琄NO3的瓊脂)的說法正確的是A．銀電極是負(fù)極B．銅電極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2e=Cu2+C．外電路中的電子是從銀電極流向銅電極D．鹽橋中K+移向CuSO4溶液【題4】利用反應(yīng)NO2+NH3→N2+H2O(未配平)消除NO2的簡易裝置如圖所示。下列說法正確的是A．a(chǎn)電極反應(yīng)式是2NH36e+6OH=N2+6H2OB．消耗4.48LNH3時，被消除的NO2的物質(zhì)的量為0.15molC．若離子交換膜是陽離子交換摸，裝置右室中溶液的堿性減弱D．整個裝置中NaOH的物質(zhì)的量不斷減少【題5】欲提高Cu粉與1.2mol/L的HNO3溶液的反應(yīng)速度，可加入下列什么試劑（）A．蒸餾水 B．碳酸鈉固體 C．食鹽水 D．AgNO3溶液（少量）【題6】寫出Fe和-Cu-、濃硝酸構(gòu)成的原電池的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)式。負(fù)極反應(yīng)式：___________；正極反應(yīng)式：___________。電池反應(yīng)式：___________?！绢}8】反應(yīng)Fe+H2SO4=FeSO4+H2，請回答下列問題。（1）若要使該反應(yīng)的反應(yīng)速率加快，下列措施可行的是___(填字母)。A．將鐵粉改為鐵片 B．加入少量醋酸鈉固體C．滴加少量CuSO4 D．將稀硫酸改為98%的濃硫酸（2）若將上述反應(yīng)設(shè)計成原電池，石墨棒為原電池某一極材料，則石墨棒為___極(填“正”或“負(fù)”)。石墨棒上產(chǎn)生的現(xiàn)象為___，該極上發(fā)生的電極反應(yīng)為___，原電池工作時溶液中的SO移向___極(填正或負(fù))，若反應(yīng)產(chǎn)生3.36L氣體(已換算成標(biāo)況下)，則理論上消耗鐵的質(zhì)量是__。（3）實(shí)驗(yàn)后同學(xué)們經(jīng)過充分討論，認(rèn)為符合某些要求的化學(xué)反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計成原電池的是___。A．AgNO3+HCl=AgCl+HNO3B．NaOH+HCl=NaCl+H2OC．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)D．Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O在所選反應(yīng)中選擇其中某個反應(yīng)設(shè)計成原電池，該電池負(fù)極反應(yīng)為：___。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】化學(xué)電源應(yīng)用廣泛。某原電池裝置如圖所示，下列說法正確的是A．鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)B．鋅片和銅片都有O2產(chǎn)生C．電子由銅電極經(jīng)導(dǎo)線流向鋅電極D．原電池工作一段時間后溶液的c(H+)不變【練2】關(guān)于如圖所示的原電池，下列說法正確的是A．鹽橋中的陽離子向硫酸銅溶液中遷移B．可以用銅導(dǎo)線替代圖中的鹽橋C．銅電極發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)是D．取出鹽橋后，電流表仍會偏轉(zhuǎn)，鋅電極在反應(yīng)后質(zhì)量減少【練3】在下圖所示的檸檬水果電池中，外電路上的電子從電極Y流向電極X。若X為鉛電極，則Y可能是A．鋅 B．銀 C．石墨 D．銅【練4】鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是（）A．銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO42C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰離子、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動，保持溶液中電荷平衡【練5】X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導(dǎo)線連接，可以組成原電池，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋ǎ〢．Z＞Y＞X＞W(wǎng) B．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．Z＞Y＞W(wǎng)＞X D．Y＞Z＞X＞W(wǎng)【練6】如圖所示：（1）銅與鋅直接浸在同一電解質(zhì)溶液中，形成了___________池，銅是___________極；鋅是___________極；正極發(fā)生___________反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生___________反應(yīng)。（2）寫出電極反應(yīng)式：正極：___________負(fù)極：___________。（3）溶液中的H+向___________極移動，溶液中的SO向___________極移動。（4）總反應(yīng)的離子方程式________