第19講原電池的工作原理

第一步：學

析教材學知識：教材精講精析、全方位預習

第二步：練

練習題強方法：教材習題學解題、強化關鍵解題方法

練考點會應用：核心考點精準練、快速掌握知識應用

第三步：記

串知識識框架：思維導圖助力掌握知識框架、學習目標復核內(nèi)容掌握

第四步：測

過關測穩(wěn)提升：小試牛刀檢測預習效果、查漏補缺快速提升

8析教材學知識

1.原電池的構成條件

(1)定義：能把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

(2)溝成條件:

①能自發(fā)進行的氧化還原反應;

②兩個活潑性不同的能導電的電極；

③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì);

④即成閉合回路。

2.鋅銅原電池的工作原理(含鹽橋)

裝置示意圖

現(xiàn)象鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)

能量轉(zhuǎn)換化學能轉(zhuǎn)化為電能

在硫酸鋅溶液中，負極一端的Zn關去電子形成Z/+進入溶液

微觀探析

在硫酸銅溶液中，正極一端的CM+獲得電子變成Cu沉積在銅片上

電子或離子電子：負極流向正極

移動方向鹽橋:CL移向ZnS04溶液,K+移向CuSO4溶液

負極：Zn—20一=21?+(氧化反應)正極：Cu2++2e-=Cu(還原反應)

工作原理

總反應：Zn-1-CuJ^=Zn2+Cu

3.鹽橋及其作用

(1)成分：含KC1飽和溶液的瓊膠。

(2)離子移動方向：C「移向叁成區(qū)，小移向正極區(qū)。

(3)作用：將兩個半電池形成通路，使氧化還原反應持續(xù)進行，并保持兩溶液的電中性。

4.原電池工作原理示意圖

5.原電池正、負極的判斷方法

1.增大氧化還原反應速率

原電池中，氧化反應和隨反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互干擾減小，反應

原理

速率增大

實驗室制H2時，粗鋅與稀硫酸反應比純鋅怏，或向溶液中滴入幾滴CuSCh溶液，也能增大

實例

反應速率

2.比較金屬的活動性強弱

原理一般原電池中，活潑金屬為負極，發(fā)生氧化反應,較不活潑金屬為正極,發(fā)生還原反應

兩種金屬a和b,用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)電

實例

極現(xiàn)象判斷出a是負極,b是正極,由原電池原理可知，金屬活動性：a>b

3.用于金屬的防護

原理使被保護的金屬作為原電池的正板而得到保護

實例要保護一個鐵閘，可用導線將其與一鋅塊相連，使鋅塊作為原電池的靈板，鐵閘作為正極

4.設計原電池

（1）理論上，任何一個自發(fā)的氧化還原反應都可以設計成原電池。

⑵設計示例

設計思路示例

以自發(fā)進行的氧化還原反應為基礎

2FeCI3+Cu=2FeCI2+CuCl2

把氧化還原反應分為氧化反應和還原反應兩氧化反應（負極）：Cu—2e-^Cu2

個半反應，從而確定電極反應還原反應（正極）：2Fe314-2e=2Fe2'

負極材料：Cu

以兩極反應為原理，確定電極材料及電解質(zhì)

正極材料：石墨或粕

溶液

電解質(zhì)溶液:FeCb溶液

Cu二（或Pt）

<

畫出示意圖

FeiChft$液

8練習題講典例

教材習題01（P102）解題方法

下列說法正確的是（）【解析】構成原電池的電極材料可以是導電的非

A.構成原電池正極和負極的材料必須是金屬金屬，如碳棒，A錯誤。在原電池中，電子流出

B.在原電池中，電子流出的一極是負極，該電極被還原的一極是負極，失電子被氧化，B錯誤。粗鋅中

C.實驗室欲快速制取氫氣，可利用粗鋅與稀硫酸反應含有雜質(zhì)，與稀硫酸可構成原電池，增大反應速

D.原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能率，C正確。原電池中的能量除轉(zhuǎn)化為電能外，

還有部分轉(zhuǎn)化為熱能等，D錯誤。

【答案】C

教材習題02（P102）解題方法

將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一【解析】乙燒杯中鋅片與銅片沒有接觸，不能構

段時間，以下敘述正確的是（）成原電池，但鋅可以與稀硫酸直接反應，放出

A.兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生H?。甲燒杯中銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫

B.甲中銅片是正極，乙中銅片是負極酸中構成了原電池，由于金屬活動性：Zn>Cu,

C.兩燒杯中溶液的pH均增大所以鋅為負極，銅為正極，銅片上有H2放出，

D.產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙小加快了鋅的溶解，故只有C項正確。

【答案】c

練考點強知識

考點一原電池的構成及工作原理

1.下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產(chǎn)生氣泡的是（）

【答案】A

【解析】裝置B、C中無化學反應發(fā)生；D不能形成閉合回路；只有A能形成原電池，銅電極上有氫氣產(chǎn)

生。

2.有關電化學知識的描述正確的是（）

A.CaO+H2O=Ca（OH）2,可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池，把其中的化學能轉(zhuǎn)化為電能

B.某原電池反應為Cu+2AgNCh=Cu（NO3）2+2Ag,裝置中的鹽橋中可?以是裝有含KC1飽和溶液的瓊膠

C.原電池的兩極一定是由活動性不同的兩種金屬組成

D.從理論上講，任何能自發(fā)進行的氧化還原反應都可設計成原電池

【答案】D

【解析】CaO+H2O=Ca（OH）2不是氧化還原反應；KC1和AgNCh反應生成AgCl沉淀易阻止原電池反應的

發(fā)生；作電極的不一定是金屬，如石墨棒也可作電極。

3.如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中保

持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入M的濃溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是（實驗過

程中，不考慮兩球的浮力變化）（）

5.圖甲和圖乙均是雙液原電池裝置。下列說法不正確的是()

A.甲中電池總反應的離子方程式為Cd⑸+C02-(aq)=Co(s)+Cd”(aq)

B.反應2Ag(s)+Cd2+(aq)=Cd(s)+2Ag+(aq)能夠發(fā)生

C.鹽橋的作用是形成閉合回路，并使兩邊溶液保持電中性

D.乙中有1mol電子通過外電路時，正極有108gAg析出

【答案】B

【解析】由甲可知Cd的活動性強于C。，由乙可知C。的活動性強于Ag,即Cd的活動性強于Ag,故AN

不能置換出Cd,B項錯誤。

考點二原電池電極的判斷和電極反應式的書寫

6.某原電池裝置如圖所示。下列有關敘述中正確的是()

鐵hI石墨

m二;

NaCI溶液稀

鹽橋中裝有KC1飽和

溶液的瓊膠

A.電池工作中，鹽橋中的。向負極移動

B.負極反應式：2H2T

C.工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變

D.Fe作正極，發(fā)生氧化反應

【答案】A

【解析】根據(jù)原電池工作原理，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，鹽橋的作用是構成設合回路和平

衡兩燒杯中的電荷，所以C「向負極移動，故A正確；鐵作負極：Fe-2e-=Fe2\正極反應式為2H*+2e

-==H2T，故B錯誤；左燒杯中pH基本不變，右燒杯中消耗H,c(H+)減小，pH增大，故C錯誤；總電

極反應式為Fe+2H+=Fe2++H2f,鐵作負極，發(fā)生氧化反應，故D錯誤。

3+2+

7.咨制合適的條件，將反應2Fe+2r-2Fe+l2設計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()

A.反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應

B.反應開始時，甲中石第電極上Fe3+被還原

C.電流表讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)

D.電流表讀數(shù)為零后，向甲中加入FeCL固體，乙中的石墨電極為負極

【答案】D

【解析】由題圖并結合原電池原理分析可知，F(xiàn)e3+得到電子變?yōu)镕e?+,被還原，「失去電子變?yōu)镠被氧化,

A、B項正確；電流表讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)，C項正確：向甲中加入FeCb固體，對于2Fe3

++2「=2Fe2++L，平衡向逆反應方向移動，此時Fe?卡被氧化，h被還原，故甲中石墨電極為負極，乙

中心墨電極為止極，D項錯誤。

8.原電池的電極反應式不僅與電極材料的性質(zhì)有關，也與電解質(zhì)溶液有關。下列說法錯誤的是（）

A.由Fe、Cu、FeCh溶液組成的原電池，負極反應式為Cu—2e--C『+

B.由金屬Al、Cu和稀硫酸組成的原電池，負極反應式為Al—3e-==Ap+

C.由Al、Mg、NaOH溶液組成的原電池，負極反應式為Al+4OH--3e-=AKh+2比0

D.由金屬Al、Cu和濃硝酸組成的原電池，負極反應式為Cu—2b=Cu2+

【答案】A

【解析】鐵比銅活潑，鐵作負極，負極反應式為Fe-2e=Fe2+,故A錯誤；鋁比銅活潑，鋁作負極，負

極反應式為AI—3e—=AF+,故B正確；雖然鎂比鋁活潑，但鎂不與氫氧化鈉溶液反應，因此鋁作負極，

負極反應式為A1+4OH——3L=A1OE+2H20,故C正確；Al與濃硝酸發(fā)生鈍化反應，則銅作負極，負極

反應式為Cu—2丁=€^2',故D正確。

考點三原電池工作原理的應用

9.a、b兩個燒杯中均盛有100mL等濃度的稀H2so4,將足量的兩份鋅粉分別加入兩個燒杯中，同時向a

中加入少量CuSCh溶液，下列產(chǎn)生氫氣的體積（V）與時間⑺的關系正確的是（）

【答案】B

【解析】H2s的物質(zhì)的量相等、Zn粉過量，生成的H2的量由H2SO4的物質(zhì)的量決定。a中部分Zn與CuSO4

發(fā)生反應置換出Cu并形成“Zn|H2S0j|Cu”原電池，反應速率加快，但兩種情況產(chǎn)生%的體積相等。

10.如圖所示裝置，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A極逐漸變粗、B極逐漸變細，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C

應是下列各組中的（）

A/L

AB

A.A是Zn,B是Cu,C為稀硫酸

B.A是Cu,B是Zn,C為稀硫酸

C.A是Fe,B是Ag,C為AgNCh溶液

D.A是Ag,B是Fe,C為AgNQa溶液

【答案】D

【解析】根據(jù)題意可知，在該原電池中，A極逐漸變粗，B極逐漸變細，所以B作負極，A作正極，B的

活潑性大于A的活潑性，所以排除A、C選項；A極逐漸變粗，說明有金屬析出，B選項中正極H+放電析

出氫氣，D選項中正極析出金屬Ag,D項正確。

11.某化學興趣小組利用反應Zn+2FeC13=ZnCl24-2FeC12,設計了如圖所示的原電池裝置，下列說法正確

的是（）

A.Zn為負極，發(fā)生還原反應

B.b電極反應式為2Fc”+2e—=2Fe2+

C.電子流動方向是a電極-FeCh溶液-b電極

D.電池的正極材料可以選用石瞿、鉗電極，也可以用銅

【答案】D

【蟀析】根據(jù)C「的移動方向可知，b電極為負極，a電極為正極，根據(jù)電池反應式可知，Zn發(fā)生失電子的

氧化反應，即b電極反應式為Zn—2e=Zn”,A^B項錯誤；電子流動方向是b電極一>導線->a電極，C

錯誤；正極材料的活潑性應比負極材料弱，D正確。

12.某電池的總反應離子方程式為2Fe3++Fe=3Fe2+,下列不能實現(xiàn)該反應的原電池是（）

選項正極負極電解質(zhì)溶液

ACuFeFeCL溶液

BCFeFe(NO3)3溶液

CFeZnFC2（SO4）3溶液

DAgFeFe2(SO4)3溶液

【答案】C

【解析】依據(jù)反應2Fe3++Fe=3Fe?+,Fe發(fā)生氧化反應，失去電子，為負極，用比Fe活動性弱的金屬或

非金屬導體為正極，用含F(xiàn)e3^?的溶液為電解質(zhì)溶液。A、B、D為可以實現(xiàn)，C不可以實現(xiàn)。

g串知識識框架

【學習目標】

1.會判斷原電池的組成。

2.會分析理解原電池的工作原理。

3.能正確判斷原電池的正極和負極。

4.會書寫其電極反應式。

【學習重難點】

1.原電池的工作原理。

2.原電池電極反應式的書寫。

o過關測穩(wěn)提升

1.（2425高二下?湖南長沙?期中）化學電源在生活、生產(chǎn)和科研中得到廣泛的應用，下列裝置能產(chǎn)生電流的

是

B.

NaOH溶液

【答案】D

【解析】無水乙醇為非電解質(zhì)，不導電，沒有電解質(zhì)溶液，所以不能產(chǎn)生電流，A不合題意；AI能與NaOH

溶液反應，但Mg和A1未用導線連接，不能形成閉合的回路，所以不能產(chǎn)生電流，B不合題意；兩電極均

為石墨電極，沒有自發(fā)進行的氧化還原反應，不能產(chǎn)生電流，C不合題意；已知Zn比Pb活潑，能與稀鹽

酸反應，且形成了閉合回路，則能夠形成原電池即產(chǎn)生電流，D符合題意：故選D。

2.（2425高二上?河北滄州?月考）下列裝置能構成原電池的是

【答案】B

【分析】構成原電池需具備以下條件：兩個活性不同的電極；電解質(zhì)溶液；形成閉合電路；存在能自動發(fā)

生的氧化還原反應，據(jù)此分析判斷。

3.（2425高二上?廣西?期末）電池在生產(chǎn)和生活中有著廣泛應用，下列裝置能產(chǎn)生電流的是

【答案】C

【解析】裝置中鋅與鐵沒有接觸也沒有通過導線相連，不能構成閉合回路，不能產(chǎn)生電流，A錯誤；缺少

一個電極，不能產(chǎn)生電流，B錯誤；裝置發(fā)生鋁與氫氧化鈉溶液的反應，構成了閉合回路，能產(chǎn)生電流，C

正確；碳與硫酸不反應，不能產(chǎn)生電流，D錯誤；故選C。

選項電極M電極NPQ

AFc石墨

BCu石墨

CAlCu

DZnFe

【答案】B

5.（2425高三上?北京東城?期末）用如圖所示裝置進行實驗，電流計指針偏轉(zhuǎn)。下列說法不?正?確的是

陽離產(chǎn)交換

A.該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能B.K'從a極經(jīng)陽離子交換膜移向b極

【答案】D

【分析】對于H?、Cb、KOH燃料電池，通H2的a電極失電子，作負極；通入Cb的b電極得電子，作正

極。

【解析】該裝置是燃料電池為原電池，將化學能轉(zhuǎn)化為電能，A正確；在原電池中，陽離子向正極移動，

則K+從a極經(jīng)陽離子交換膜移向b極，B正確；原電池工作時，a極發(fā)生反應H?+2OH2e=2H2O,則工作一

段時間后，a極附近的pH減小，C正確；負極反應為H2+2OH2-2H2。，正極反應為Cb+2e=2Cl,則該裝

置的總反應為H2+C12+2OH=2Q+2H20,D不正確；故選D。

6.（2425高一下?遼寧沈陽?月考）根據(jù)原電池原理，下列有關說法正確的是

【答案】D

7.（2425高二上?河南駐馬店?月考）銅鋅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，下列有關敘述正確的是

A.銅電極上發(fā)生氧化反應

C.原電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加

D.陰、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡

【答案】C

【分析】由銅鋅原電池原理可知，鋅電極為負極，鋅失電子，發(fā)生氧化反應，銅電極為正極，銅電極上銅

離子得電子，發(fā)生還原反應，據(jù)此分析。

8.（2425高二上?湖北荊州?月考）新型鋰空氣電池能量密度高，應用前景廣闊。該電池放電時的工作原理如

圖所示，其中固體電解質(zhì)只允許Li+通過。下列說法正確的是

B.Li.通過固體電解質(zhì)向石墨烯電極移動

C.有機電解液可以改為水性電解液

D.放電時，電池中的化學能完全轉(zhuǎn)化為電能

【答案】B

【分析】由圖可知，新型鋰空氣電池中通入02的電極為正價，金屬鋰為負極，以此解答。

9.（2425高二上?四川南充?月考）AlMnO,電池是一種高能電池，以GazS為緩蝕劑,其示意圖如圖所示。

已知電池總反應為Al+MnO,+2H2O=[AI（OH）4]+M11O2,下列說法正確的是

A.負極反應為A13e-+4OH=[A1（OH）4]

B.電池工作時，電子由AI經(jīng)電解質(zhì)溶液流向Ni

C.電池工作時，K+向負極移動

D.電池工作時，Ni電極周圍溶液pH減小

【答案】A

【分析[從電池總反應和示意圖分析，鋁失去電子作負極，銀作正極，MnO4在正極得電子生成MnO2。

10.（2425高二上?湖南張家界?期木〉電化學氣敏傳感器可用丁監(jiān)測環(huán)境中NH3的含量，其工作原理示意圖

如圖。發(fā)生的總反應為：4NH3+3O2=2N2+6H2O,下列說法正確的是

A.電極a的電極反應式為：2NH36e+6OH=N2+6H2O

B.電極b的電極反應式為：0?+4e+4H+=2比0

C.電池工作時，電解質(zhì)溶液的pH不變

D.電池工作時，若電路中通過2moie,則電極b上消耗O2II.2L

【答案】A

【分析】Pt電極a通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，電極反應式為：2NH36C+6OH=

N2+6H2O,b為正極，氧氣得電子被還原，電極反應式為：0?+4e+2H?0=40H,據(jù)此分析。

【解析】根據(jù)分析，電極a為負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：2NH36e+6OH=N2+6H2O,A項正確；

電脩質(zhì)溶液為K0H溶液，電極反應式中不可能存在H+,正確的電極反應式為：O2+4e+2H2O=4OH,B項

錯誤；電池的總反應為：4NH3+3O2=2N2+6H2O,因反應生成水，導致堿性環(huán)境減弱，pH減小，C項錯誤;

未標明外界條件為標準狀況下，故無法確定電極b上消耗。2的為積，D項錯誤；故選A。

11.（2425高二上?湖北武漢?期末）黨的二十大報告指出：持續(xù)深入打好藍天、碧水、凈土保衛(wèi)戰(zhàn)。二氧化

硫作為空氣的一種主要污染物，消除其污染勢在必行。二氧化硫一空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實現(xiàn)了制硫酸、

發(fā)電、環(huán)保三位一體的結合，原理如圖所示。下列說法正確的是

A.該電池放電時電子從Pt2電極經(jīng)過外電路流向Ptl電極

B.Ptl電極是正極

C.Pl2電極附近發(fā)生的反應為0rMe+4H+=2比0

D.相同條件下，放