新高二化学复习：原电池及其工作原理

第18讲原电池及其工作原理

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模块一2原电池的工作原理

1.原电池的构成条件

(1)定义：把化学能转化为电能的装置。

⑵构成条件：

一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生。

二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。

三看是否形成闭合回路

形成闭合回路需三个条件：⑴电解质溶液;(2)两电极直接或间接接触；(3)两电极插入电解质溶液。

2.实验探究

将置有锌片的ZnS04溶液和置有铜片的CuS04溶液用一个盐桥连夜起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并

在中间串联一个电流表，观察现象。

电池名称单液电池双液电池(盐桥电池)

实验装置

实电流表指针偏转

验电极变化锌片逐渐溶解，铜片质量增加

现

电流变化一段时间后，电流逐渐衰减产生的电流持续、稳定

象

锌片的Zn失去电子形成区工进入溶液，质量减轻；

微观探析

电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转；

溶液中的CM'在铜片获得电子变成鱼沉积在铜片上，质量增加。

Zn片：Zn2e-=Zi?+（氧化反应）

极反应式

号表征Cu片：Ci?++2e■=Cu（还原反应）

池总反应Zn+Cu2+=Zn2++Cu

能量转换化学能转化为电能

3,原电池工作原理示意图

①电子移动方向：锌失电子逐渐溶解变成Z/+进入溶液,电子从负极经导线流入正极。

②离子移动方向：阴离子向鱼极移动（如SOF），阳离子向正极移动（如Zn2+和H+,溶液中H+在正极上得电

子形成氢气在他1上冒出）。

③电流方向：正极一导线一＞负极-电解质溶液一＞正极。

④两极电极反应式

负极（锌极）：Zn—2e=Zi?+（氧化反应）。

正极（铜极）：2H++2屋=凡（还原反应

总反应：Zn卜2H'=ZrF'+H?T°

【例1】在图中的8个装置中，属于原电池的是（）

A.①②③⑤⑧B.③④©©

C.④⑥⑦D.③⑤⑦

答案D

模块二原电池工作原理的应用

1.加快化学反应速率

（1）原理：在形成的原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，溶液中的离子运动时相互干扰

减小，电解质溶液中离子的运动更快，使化学反应速率加快。

（2）举例：在锌与稀H2sCh反应时加入少量CuSO4溶液，CuS04与锌发生置换反应生成Cu,从而形成微小

CuZn原电池，加快产生H2的速率。

2.比较金属的活动性强弱

原理：一般来说，负极金属的活动性强于正极金属。根据现象判断出原电池的正、负极，金属的活动性：

负极强r正极。

【例2】有@、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：

白

dUj

baCr®]dad

实验装置

二二F二二*3

笆

稀硫酸1稀嬴

C溶,夜稀硫酸

部分实验a极质量减小，b极有气体产生，cd极溶解，C极有气电流从a极流

现象b极质量增加极无变化体产生向d极

由此可判断这四种金属的活动性顺序是。

答案d>a>b>c

3.设计原电池

（1）理论上，自发的氧化还原反应可以设计成原电池。构成原电池的基本条件也是设计原电池的基本依据。

【例3】⑴请设计原电池，证明还原性：CU（镉）>Cu（钻）>A£银），氧化性：Ag+>C「>Cd'+。在下面的方

框内画出原电池的装置图（带盐桥），标出原电池的电极材料和电解质溶液。

⑵Mg(A)Al(B)盐酸(C)

负极：MR—2屋='3」；

正极：2H'+2e=H"：

总反应：MR+2H-=MR2'+H2T。

(3)Mg(A)Al(B)NaOH溶液(C)

负极：2Al—6e.+80H=2AK)2+4H2O；

正极：6H2O+6e=3向+601；

总反应：2AI+2OH+2H2O=2A1O9+3H2T。

(4)铁(A)铜(B)FeCb溶液(C)

负极：Fc-2c==Fc2’:

正极：2Fe3-+2e=2Fe2%

总反应：Fe+2Fe"=3Fe2。

(5)铁(A)铜(B)稀硝酸(C)

负极：Fe-3e-^=Fe1；

+

正极：NOJ+4H+3e-=NOt+2H2O：

+3

总反应：Fe+NO3+4H=Fe*+NOf+2H2Oo

［例5］带盐桥的原电池

某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。

(1)若X是AlCb溶液，丫是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式:

A1片().

Cu片().

(2)若X是浓硝酸，丫是NaCl溶液，写出电极名称及对应的电极反应式:

AIM()__________________________________________________________________________

Cu片()_________________________________________________________________________

答案⑴负极2AI-6e=2Al3'正极6H+6e=3H2T

+

(2)王极2NO5+2e-+4H=2NO2T+2H2O

负极CU-2C-=CU2+

题型归纳

【题型1原电池的工作原理】

1.1I.依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。盐桥是为了让两个

池形成闭合回路。

CuSO4溶液丫

(1)电极X的材料是；电解质溶液丫是。

(2)银电极为电池的极，发生的电极反应为,X电极上发生的电极反应为

(3)外电路中的电子是从电极流向电极。

(4)X电极看到的现象是,发生填氧化或还原反应。

(5)上述原电池每消耗64gCu同时转移电子数为o

II.事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，

(6)下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是(填字母)。

A.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)AH>0

B.NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(1)AH<0

C.2CO(g)+O2(g)=2CO2(l)AH<0

(7)以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极的电极反应式为。

【答案】(1)铜硝酸银

1.2某锌铜原电池装置如图，下列说法正确的是

电流计

I——0-——I

i（含KC1饱和点

Zn^J膂瞥加

ZnSO4溶液CuSOj溶液

左池右池

A.Zn电极发生还原反应

B.电池工作时，盐桥中的C「会持续往右池移动

C.取出盐桥，电流计的指针能继续发生偏转

【答案】D

1.3如图所示的原电池装置，X、丫为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此

装一置的产下列说法正确的是

右JLJ?

A.电子流动方向为：X-外电路一丫-溶液-X

B.若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，丫为Zn

D.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

【答案】C

1.4下图为两种不同的铜锌原电池，下左图为单液原电池，下右图为双液原电池。下列相关说法不正确的是

CuSCh溶液ZnSO,溶液CuSO,溶液

A.上右图所示原电池能量利用率比上左图所示原电池要高

【答案】B

【题型2原电池正负极的判断及电极反应式的书写】

上硫酸铅电极

I—-无水【.iCI-KS

IIH-钙电极

II"电池壳

A.硫酸铅电极是电池的负极

B.放电过程中，向负极移动

D.常温时，在正负极间接上检流计，指针不偏转

【答案】D

2.2锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而被重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池

的总反应方程式为Li+MnCh=LiMnO2，下列说法正确的是（）

A.Li是正极，电极反应式为Li—e-—Li+

B.Li是负极，电极反应式为Li—e=Li'

C.MnCh是负极，电极反应式为MnO2+-=MnOE

D.Li是负极，电极反应式为Li—2L=Li2+

答案B

解析根据锂电池的总反应式Li+MnO2=LiMnCh，失电子的金属Li为负极，电极反应式为口一片=口

+,A、D错误，B正确；MnCh是正极，电极反应式为MnCh+^-MnO],C错误。

2.3常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNCh中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度⑺随

时间⑺的变化如图2所示，己知。〜小原电池的负极是A1片，反应过程中有红棕色气体产生，下列说法

不正确的是（）

A.。〜小正极的电极反应式为2卜「+NO3+e-=NC）2T+H2O

B.O〜小溶液中的H向Cu电极移动

C.九时，负极的电极反应式为Cu+2e^=Cu2'

D."时，原电池中电子的流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍AI进一步反应

答案C

解析O〜力，AI在浓硝酸中发生钝化，铝氧化得到氧化铝，Cu为正极，NO］放电生成Nth，正极电极反

应式为2H++NO?+e—=NO2T+H2O,A正确；0〜八,Cu为正极，溶液中的H1■向Cu电极移动，B正确;

八时，铜为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+,C错误。

2.4如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。

(1)若a为镁、b为CuCb，则正极材料为，负极上的电极反应式为。

(2)若a为镁、b为NaOH,则Mg极上发生反应(填“氯化”或“还原”)，负极上

的电极反应式为o

⑶若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为,正极上的电极反应式为

(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑

2+

【答案】(1)A1Mg-2e-=Mg(2)还原Ai-3e~+40H-=AlO；+2H2O

(3)铝一铜2H++NO3+e-=H2O+NO2T(4)电解质的性质

【解析】(1)镁、铝均能与CuC12溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子做负极。(2)铝能与NaOH溶液反

应而镁不能，铝做负极失去电子变成A1O,电极反应式为Al-3e-+4OH-=A1O£+2H20。⑶常温下铝在

浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子做负极，正极上是NO］得到电子生成NO?。

【题型3原电池原理的应用】

3.1用过量铁片与稀盐酸反应，为减慢其反应速率而生成氢气量不变，下列措施中可行的有几项

①以铁屑代替铁片②用过量铜片代替铁片③在稀盐酸中加入少量CuSO4溶液④在稀盐酸中加入

CH3coONa固体⑤在稀盐酸中加入等体积等物质的量浓度的NaCl溶液⑥在稀盐酸中加入硝酸钾溶液⑦

在稀盐酸中加入Na2cCh固体

A.1B.2C.3D.4

【答案】B

3.2把A、B、C、D四块金属片底导线两两相连，浸入稀硫酸中组成原电池。若A、B相连时，A为负极；

C、D相连时，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A：B、D相连时，电子由D经导

线流向B,则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为

A.A>C>D>BB.A>B>C>DC.C>A>B>DD.B>A>C>D

【答案】A

【解析】原电池中，活泼金属做负极，若A、B相连时，A为负极，则金属活泼性A>B,C、D相连时，D

上产生大量气泡，D电极上H+得电子生成Hz，D为正极，C为负极，金属活泼性OD,A、C相连时，电

流由C经导线流向A,C为正极，A为负极，金属活泼性A>C,B、D相连时，电子由D经导线流向B,D

为负极，B为正极，金属活泼性D>B,综合分析，4种金属的活动性由强到弱的顺序为A>C>D>B,答案选

A»

3.3根据反应：2Ag++Cu=Cu2++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.丫是硫酸铜溶液

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Agi+「=Ag

答案B

解析由反应2Ag-+Cu=Cu2++2Ag知铜为负极，则X为正极，X材料为活动性比铜弱的金属或非金属

导体，A正确；电解质溶液中应含有Ag,B错误；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，C正确；

Ag+在正极X上得到电子，电极反应式为Ag++e-=Ag,D正确。

模块四

I.锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是

A.Cu电极为该原电池的正极

B.办电极是还原剂，又是电子导体

D.一段时间后有红色固体沉积在Cu电极表面

【答案】C

【分析】由图可知，锌的活泼性比铜强，则锌电极为铜锌原电池的负极，铜电极为正极。

【解析】A.由分析可知，铜电极为原电池的正极，故A正确；B.由分析可知，能导电的锌电极为铜锌原

电池的负极，故B正确；C.由分析可知，能导电的锌电极为铜锌原电池的负极，铜电极为原电池的正极,

氯化钾盐桥中氯离子将移向硫酸锌溶液，故C错误；D.由分析可知，铜电极为原电池的正极，铜离子在正

极得到电子发生还原反应生成铜，故D正确；故选C。

2.锌铜原电池的工作原理示意图如图，下列说法错误的是

B.氢离子在铜表面被氧化，产生气泡

C.原电池是一种将化学能转化为电能的装置

D.电池工作一段时间后，电解质溶液的质量将增大

【答案】B

3.如图为锌铜原甩池，盐桥中装有含KQ饱和溶液的琼脂，下列说法错误的是

C.锌片不断溶解D.电子从铜片经外电路流向锌片

【答案】D

【分析】锌铜原电池中锌较活泼失去电子发生氧化反应是负极，铜极得到电子发生还原反应是正极。由于

锌极阳离了―（Zn2+）越来越多，为了维持溶液电中性，盐桥的。会移向ZnSCh溶液。

4.铜锌原电池的装置如下图，下列说法正确的是

（含KC1饱和溶液的琼胶）

【答案】C

【分析】锌比铜活泼，铜锌原电池中锌发生失电子的氧化反应、为负极,Cu作正极，负极反应式为Zn2e=Z/+,

正极反应式为Cu2++2e=Cu,原电池工作时'电子由负极经外电路流向正极，阳离子向正极移动，阴离子向负

极移动，据此分析解答。

【解析】A.铜锌原电池中锌发生失电子的氧化反应生成Zr?+,故A错误；B.铜锌原电池工作时，Cu作

正极，正极反应式为C#++2e=Cu,故B错误；C.铜锌原电池工作时锌作负极，Cu作正极，阴离子向负极

移动，即盐桥中C1进入ZnSO4溶液，故C正确；D.铜锌原电池工作时锌作负极，Cu作正极，电子由负极

经外电路流向正极，即电子由Zn电极流向Cu电极，故D错误；答案选C。

5.某兴趣小组将下表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有等量锌粒（均过量且颗粒大小相等）的反应瓶中，

以研究硫酸铜溶液浓度对生成氢气速率的影响。实验结果显示，产生氢气速率最快的是E.下列判断错误的

是

实验组别ABcDEF

30v.MXV.v5

00.52.55V620

v7v8v9Yo100

B.产生氢气的快慢可通过测定生成等体积的氢气所需的时间来判断

C.实验F的反应速率比E慢可能是锌粒表面析出的铜阻碍反应进行

D.实验证明硫酸铜可降低稀硫酸与锌生成氢气的反应的活化能

【答案】D

【解析】A.对比试验效果，那么除了反应物的物质的量不一样以外，要保证其它条件相同，而且是探究硫

酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，六组反应的总体积也应该相同，A组中硫酸为30mL,那么

其它组硫酸量也都为30mL,而硫酸铜溶液和水的总体积应相同，F组中硫酸铜20mL,水为0,那么总体积

为50mL,所以Vi=30mL,V6=I0mL,V7=20mL,A正确；B.产生氢气的快慢可通过测定生成等体积的氢

气所需的时间来判断，B正确；C.实验F中硫酸铜溶液浓度大，与Zn置换生成铜可能覆盖在锌粒表面，

阻碍反应进行，使反应速率减慢，小于E实验，C正确；D.因为锌会先与硫酸铜反应，直至硫酸铜反应完

才与硫酸反应生成氢气，由于Zn和铜，稀硫酸能够形成微小的原电池反应，加快反应速率，但不是硫酸铜

具有催化剂的作用，D错误；故选D。

6.A、B、C、D四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。AB相连时，外电路电流从A流向B；

AC相连时，C为正极；BD相连时，B上有气泡逸出，据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是

A.ABCDB.DBACC.BDACD.DBCA

【答案】B

【分析】组成原电池时，负极金属较为活泼，可根据电子、电流的流向以及反应时正负极的变化判断原电

池的正负极，则可判断金属的活泼性强弱。

【解析】AB相连时，外电路电流从A流向B,说明B为负极，则金属的活泼性：B>A：AC用连时，C为

正极，则金属的活泼性：A>C；BD相连时，B上有气泡逸出，应为原电池的正极，则金属的活泼性：D>

B：综上分析可知活泼性：D>B>A>C,故本题选B。

7.A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，下列说法正确的是

tt

装置

稀硫酸甲C11SO4溶液乙稀硫酸丙

现象金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生

A.装置甲溶液中的阴离子移向B极

B.装置乙中C极的电极反应式为Cu2e=Cu2+

C.装置丙中电流由A-导线电解质溶液-A

D.四种金属活动性由强到弱的顺序是B>A>D>C

【答案】C

【解析】A.在装置甲中金属A不断溶解，则A作原电池的负极，B作原电池的正极，在电解质溶液中，

阴离子移向正电荷较多的A极，A错误；B.在乙中C电极的质量增加，则C电极为原电池的正极，B电

极为原电池的负极，C电极为正极，发生得到电子的还原反应，电极反应式为：Cu2++2e=Cu,B错误；C.在

装置内中，电极A上有气体产生，则A为原电池的正极，D为原电池的负极。负极失去电子发生氧化反应，

正极得到电子发生还原反应，外电路中电子定向移动，在内电路中离子定向移动，电流的方向为正电荷移

动方向。电流由正极经导线流向负极，因此电流方向为A—►导线-D—►电解质溶液一>A,C正确；D.在原

电池装置中，负极金属活泼性强于正极，根据装置甲可知金属活动性：A>B；根据装置乙中现象，可知金

属活动性：B>C；根据装置丙的现象可知金属活动性：D>A,故四种金属活动性由强到弱的顺序是：D>

A>B>C,D错误；故合理选项是C。

8.如图是某同学设计的原电池装置，下列说法正确的是

€>

电她陛极11

（pt）r，盐"?(Cu)

桥

FcC"溶液Cud2溶液

A.电极I上发生氧化反应

D.盐桥中K+向左侧移动，C「向右侧移动

【答案】D

9.锌铜原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是

A.正极反应为Zn2e=Zn"

B.电池反应为Zn+Cu2+=Zi】2一+Cu

C.在外电路中，电流从负极流向正极

D.盐桥中的K一移向ZnSO4溶液

【答案】B

【分析】根据装置图，Zn比Cu活泼，则Zn极为负极，发生Zn2e=Zn2+；电池内电路中，阴离子向负极移

动，阳离子向正极移动，则盐桥中的钾离子向CuSCh溶液移动；

【解析】A.分析可知，Cu作正极，正极反应为Cu2++2e=Cu,A错误；B.Zn极为负极，发生Zn2e=Zr）2+,

Cu作正极，正极反应为Cu2++2e=Cu,电池反应为Zn+C/+=Zi?++Cu,B正确；C.在外电路中，电子从负

极流向正极，C错误；D.盐桥中的K+移向正极区，即CuSOj溶液，D错误；故选B。

10.适合的条件，将反应2Fe3++2/‘2Fe2++l2设计成如图所示的原电池，则下列说法正确的是

A.反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应

B.当电流表指针为零时，若向甲池中加入FeCL溶液，则乙中石墨电极为正极

C.反应开始时，盐桥中的阴离子会向甲池中移动

D.该反应达到平衡状态时，电流表指针仍会偏转

【答案】B

【分析】由方程式可知，甲中石墨电极为正极，铁离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，乙中

石墨电极为负极，碘离子在负极失去电子发生氧化反应生成碘。

【解析】A.由分析可知，反应开始时，甲中石墨电极为正极，铁岗子在正极得到电子发生还原反应生成亚

铁离子，故A错误；B.反应达至J化学平衡状态时，正逆反应速率相等，正、逆反应转移的电子数量相等，

电流表指针为零，向甲池中加入氯化亚铁溶液，平衡向逆反应方向移动，乙中石墨电极为正极，碘在正极

得到电子发生还原反应生成生成碘离子，故B正确；C.由分析可知，反应开始时，甲中石墨电极为正极，

乙中石墨电极为负极，则盐桥中的阴离子会向乙池中移动，故C错误；D.反应达到化学平衡状态时，正逆

反应速率相等，正、逆反应转移的电子数量相等，电流表指针为零，指针不再偏转，故D错误；故选B。

11.如图所示的新型电池可以处理含CN的碱性废水，同时还能淡化海水。卜.列说法正确的是

生物膜交换膜1交换膜II

A.电流由a极经导线流向b极

B.电池工作一段时间后，右室溶液的pH减小

C.交换膜I为阴离子交换膜，交换膜II为阳离子交换膜

D.工作时温度越高效果越好

【答案】C

【解析】A.由分析可知，a极为负极，b极为正极，则电子由a极经导线流向b极，电流由b极经导线流

向a极，A错误；B.b极发生反应1()H++10C=5H2T，溶液中H+玻消耗，电池工作一段时间后，右室溶液的

pH增大，B错误；C.电池工作时，a极消耗OH,海水中的C1透过离子交换膜移向a极区，则交换膜I为

阴离子交换膜，b极消耗H+,海水中的Na+透过离子交换膜移向b极区，则交换膜II为阳离子交换膜，C正

确：D.温度过高会使生物膜蛋白质变质，破坏生物膜的活性，D错误；故选U

A.Na2cO3B.CH3coONaC.NaNO?D.CuCh

【答案】B

【解析】A.加入碳酸钠，碳酸根离子能与氢离子反应消耗部分盐酸，氢气生成量减少，A错误；B.加入

醋酸钠，氢离子和醋酸根离子反应生成醋酸，导致溶液中氢离子浓度减小，反应速率减小，但是随着氢离

子与Zn的反应，氢离子浓度减小，醋酸又会电离出氢离子，氢离子总量不变，生成氢气的量不变，B正确;

C.加入NaNCh，氢离子、硝酸根离子与Zn反应生成NO不是氢气，氢气生成量减少，C错误；D.加入

氯化铜，铜离子可与Zn反应生成Cu单质，Cu、Zn、盐酸构成原电池，加快反应速率，D错误；故答案选

Bo

13.下列各装置中，有电流产生的是

【答案】C

【解析】A.酒精为非电解质，不符合构成原电池的条件，没有电流产生，故A不符合题意；B.没有氧化

还原反应发生，不符合原电池构成条件，没有电流产生，故B不符合题意；C.Cu与Ag+发生氧化还原反

应，构成闭合回路，有两个活动性不同材料作电极，符合构成原电池的条件，有电流通过，故C符合题意；

D.不能构成闭合回路，不符合原电池构成条件，没有电流产生，故D不符合题意。答案选C。

14.1836年丹尼尔发明了世界上第一个实用电池，下图是实验室模拟原电池原理组装的丹尼尔电池，盐桥

中装有饱和KC1溶液的琼胶，回答下列问题。

（1）上图装置中能量的转化形式为