第24講-原電池的工作原理(學(xué)生版)

第24講第24講原電池的工作原理知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)精講知識(shí)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(wú)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(gè)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(gè)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(gè)活動(dòng)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(dòng)方向由極經(jīng)導(dǎo)線流向極（電流方向相反）。離子移動(dòng)方向陽(yáng)離子向極移動(dòng)，陰離子向極移動(dòng)。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(dòng)性兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，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(gè)氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成原電池時(shí)的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。3．設(shè)計(jì)原電池理論上，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計(jì)成原電池。利用原電池原理設(shè)計(jì)和制造原電池，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題型一：原電池的工作原理 【變1-1】（2021·大安市第一中學(xué)校高二開(kāi)學(xué)考試）原電池構(gòu)成是有條件的，關(guān)于如圖所示裝置的敘述，錯(cuò)誤的是A．Cu是負(fù)極，其質(zhì)量逐漸減小 B．H+向鐵電極移動(dòng)C．Cu片上有紅棕色氣體產(chǎn)生 D．Fe電極上發(fā)生還原反應(yīng)【例2】（2021·內(nèi)蒙古通遼實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期末）銅鋅電池原理如圖所示，下列說(shuō)法正確的是A．b電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e-=CuB．鹽橋中K＋移向a電極C．a(chǎn)電極發(fā)生還原反應(yīng)D．電子由Zn電極流出，經(jīng)鹽橋溶液流向b電極【變2】（2020·河北石家莊一中高二月考）控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I-2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷錯(cuò)誤的是A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中的石墨電極為正極B．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中的石墨電極上I-發(fā)生氧化反應(yīng)C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計(jì)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【變3-2】（2019·湖南益陽(yáng)市·）根據(jù)反應(yīng)2Ag+Cl2=2AgCl設(shè)計(jì)的一種原電池的裝置如圖。下列說(shuō)法正確的是A．負(fù)極反應(yīng)為Cl2+2e－=2Cl－B．放電時(shí)，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(shí)，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5】（2021·河北張家口·高二期末）3.25g鋅與100mL1mol·L-1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．加入少量鋅粒【變6】（2021·全國(guó)）設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。（1）寫(xiě)出能說(shuō)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(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：___________②正極：___________。（3）畫(huà)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】（2021·全國(guó)高二專題練習(xí)）某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)反應(yīng)設(shè)計(jì)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。

回答下列問(wèn)題：（1）此原電池的負(fù)極是石墨_____(填“a”或“b”)，電池工作時(shí)，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)?，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子為_(kāi)______mol。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】（2018·山東）下圖為番茄電池裝置示意圖，下列說(shuō)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(guò)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】（2021·天臺(tái)縣育才中學(xué)高二月考）下列關(guān)于下圖裝置(該鹽橋?yàn)楹琄NO3的瓊脂)的說(shuō)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Cu-2e-=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3】（2021·河南洛陽(yáng)·高二期末）用陰離子交換膜控制電解液中OH-的濃度制備納米Cu2O，反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2裝置如圖，下列說(shuō)法中正確的是A．電解時(shí)Cl-通過(guò)交換膜向Ti極移動(dòng)B．陽(yáng)極的電極反應(yīng)式：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2OC．陰極OH-放電，有O2生成D．Ti電極上生成的氣體和Cu電極上生成的固體的物質(zhì)的量之比為2：1【題4】（2021·浮梁縣第一中學(xué)高二月考）利用反應(yīng)NO2+NH3→N2+H2O(未配平)消除NO2的簡(jiǎn)易裝置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是A．a(chǎn)電極反應(yīng)式是2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2OB．消耗4.48LNH3時(shí)，被消除的NO2的物質(zhì)的量為0.15molC．若離子交換膜是陽(yáng)離子交換摸，裝置右室中溶液的堿性減弱D．整個(gè)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】（2021·全國(guó)）寫(xiě)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}7】（2021·浙江省余姚市第七中學(xué)）分別按圖甲乙所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)燒杯里的溶液為同濃度的稀硫酸，甲中A為電流表。（1）下列敘述正確的是___________A．兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負(fù)極C．兩燒杯溶液中濃度均減小D．甲產(chǎn)生氣泡的速率比乙慢（2）在甲裝置中，若把稀硫酸換成CuSO4溶液，一段時(shí)間后測(cè)得某一電極增重12.8g，則該電池反應(yīng)共轉(zhuǎn)移電子數(shù)目___________（3）甲裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為_(kāi)__________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)__________能，乙裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式為_(kāi)__________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)__________能（4）如果將反應(yīng)2FeCl3+Fe=3FeCl2設(shè)計(jì)成原電池，則正極電極反應(yīng)為_(kāi)__________，正極材料是___________，負(fù)極材料是___________，電解質(zhì)溶液是___________?！绢}8】（2021·大安市第一中學(xué)校高二開(kāi)學(xué)考試）反應(yīng)Fe+H2SO4=FeSO4+H2，請(qǐng)回答下列問(wèn)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(jì)成原電池，石墨棒為原電池某一極材料，則石墨棒為_(kāi)__極(填“正”或“負(fù)”)。石墨棒上產(chǎn)生的現(xiàn)象為_(kāi)__，該極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)__，原電池工作時(shí)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(guò)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(jì)成原電池。下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)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(gè)反應(yīng)設(shè)計(jì)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】（2021·廣東）化學(xué)電源應(yīng)用廣泛。某原電池裝置如圖所示，下列說(shuō)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(shí)間后溶液的c(H+)不變【練2】（2021·安徽省泗縣第一中學(xué)高二開(kāi)學(xué)考試）關(guān)于如圖所示的原電池，下列說(shuō)法正確的是A．鹽橋中的陽(yáng)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(huì)偏轉(zhuǎn)，鋅電極在反應(yīng)后質(zhì)量減少【練3】（2021·哈密市第八中學(xué)高二期末）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(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，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(shí)間后，甲池的c(SO42C．電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D．陰離子、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，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(dòng)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】（2021·牡丹江市第十五中學(xué)高一期中）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(xiě)出電極反應(yīng)式：正極：___________負(fù)極：___________。（3）溶液中的H+向___________極移動(dòng)，溶液中的SO向___________極移動(dòng)。（4）總反應(yīng)的離子方程式_