2020版高中化学第1章第3节第1课时原电池的工作原理学案（含解析）鲁科版

2020版高中化学第1章第3节第1课时原电池的工作原理学案（含解析）鲁科版

第1课时　原电池的工作原理[核心素养发展目标]　1.宏观辨识与微观探析：以铜锌原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。一、原电池的工作原理1．原电池的构成与工作原理铜锌原电池如图所示，请回答下列问题：(1)有关的实验现象：①锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液的颜色变浅。②检流计的指针发生偏转，该装置中的能量变化是化学能转化为电能。(2)电极名称和电极反应：①锌电极为负极，发生氧化反应，电极反应式是Zn－2e－===Zn2＋；②铜电极为正极，发生还原反应，电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；③电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。(3)电子流动方向和电流方向①外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极；②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)原电池构成的条件：活泼性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液或熔融电解质中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。原电池原理示意图n例1　由原电池相关知识判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应(×)(2)原电池中电流的方向是负极→导线→正极(×)(3)原电池中负极发生的反应是还原反应(×)(4)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极(×)(5)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极(√)(6)铜、锌与硫酸组成的原电池中，锌为负极，质量减少，铜为正极，质量不变(√)考点　原电池的工作原理题点　原电池相关知识的判断2．盐桥原电池(或双液原电池)按下图所示装置完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，能观察到的实验现象：①锌片溶解，铜片加厚变亮；②检流计指针发生偏转；③硫酸铜溶液的颜色变浅。(2)离子移动方向①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动；②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动；③盐桥中：K＋移向正极区(CuSO4溶液)，Cl－移向负极区(ZnSO4溶液)。(3)若取出装置中的盐桥，检流计的指针是否还会发生偏转？不偏转，原因是取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池。原电池中盐桥的作用n(1)构成闭合回路，形成原电池。(2)避免电极与电解质溶液直接反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。(3)盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。相关链接(1)简单铜锌原电池与盐桥原电池的比较实验装置实验步骤将铜片和锌片用导线连接，并在中间串联一个检流计；平行插入盛有1mol·L－1CuSO4溶液的烧杯中，观察现象①用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个检流计，观察现象；②取出盐桥，观察现象实验现象检流计指针偏转①检流计的指针发生偏转；②取出盐桥，检流计的指针回到原点电极变化锌片逐渐溶解，铜片上有红色固体析出①左边烧杯中的锌片逐渐溶解，右边烧杯中的铜片上有红色固体析出；②取出盐桥，铜片上不再有固体析出，锌片也不再溶解电极反应铜片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)锌片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)电池总反应：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋(2)原电池原理中的注意事项①只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能。②电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。③原电池中电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。④原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。例2　关于下图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)nA．电子从锌电极通过检流计流向铜电极B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C．铜电极发生还原反应，其电极反应是2H＋＋2e－===H2↑D．取出盐桥后，检流计指针仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变答案　A解析　锌片做负极，铜片做正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，检流计指针不偏转，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。考点　原电池的工作原理题点　盐桥原电池例3　某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作为电极，但甲同学将电极放入6mol·L－1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的方程式：负极：________________________________________________________________________，正极：________________________________________________________________________。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的方程式：负极：________________________________________________________________________，正极：________________________________________________________________________。总反应离子方程式为____________________________________________________________。答案　(1)Mg－2e－===Mg2＋　2H＋＋2e－===H2↑(2)2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－　6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑　2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑解析　(1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg为负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋；Al为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。n(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极上为Al被氧化生成Al3＋后与OH－反应生成[Al(OH)4]－，电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－；正极产物为H2，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。考点　原电池的工作原理题点　电极反应式的书写及正误判断思维启迪——一般电极反应式的书写方法(1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。(2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。(3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。相关链接原电池正负极判断方法及注意的问题(1)在原电池中，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。如果给出电池总反应，可以直接根据化合价的升降来判断。(2)在判断原电池正、负极时，不要只考虑金属活泼性的相对强弱，还要考虑其能否与电解质溶液发生反应。①镁、铝和稀盐酸构成的原电池中，镁做负极，铝做正极；若把稀盐酸换为氢氧化钠溶液，则铝做负极，镁做正极。②铝、铜和氢氧化钠溶液构成的原电池中，铝做负极；若把氢氧化钠溶液换为浓硝酸，则铜做负极。例4　根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。(1)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备硫酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是________________________________________________________________________，正极反应式是____________________________________________________________。(2)某原电池总反应为2FeO＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是_____________________________________________________________；正极反应式是_____________________________________________________________。答案　(1)2Cu－4e－===2Cu2＋　O2＋4e－＋4H＋===2H2O(2)3H2－6e－＋6OH－===6H2O　2FeO＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－解析　(1)将总方程式拆成氧化反应和还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：2Cu－4e－===2Cu2＋；氧化剂在正极上发生还原反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。(2)将总方程式拆成氧化反应和还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：3H2－6e－＋6OH－===6H2O；氧化剂在正极上发生还原反应：2FeO＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－。考点　原电池的工作原理n题点　电极反应式的书写及正误判断思维启迪——已知总反应式，书写电极反应式的方法(1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。(2)当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意电解质参与的反应。(3)若有一电极反应式较难书写，可先写较易写出的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。二、原电池原理的应用1．比较金属活动性强弱对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。例如：a和b两种金属，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a极为负极，b极为正极，金属活动性：a>b。2．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。3．设计化学电池(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、阳离子做定向移动。例5　依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是________________，电解质溶液Y是____________。(2)银电极的电极反应式是______________________________________________________；X电极的电极反应式是_________________________________________________________。(3)外电路中的电子是从________极流向________极。(4)该原电池的正极是____________，还可以选用__________________等材料。n(5)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，是否还需要硫酸铜溶液？________________________________________________________________________。答案　(1)铜　硝酸银溶液　(2)2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋　(3)负(或铜)　正(或银)　(4)银　铂、石墨　(5)不需要解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。考点　原电池工作原理的应用题点　设计原电池设计原电池的方法思路(1)根据原电池总反应式确定正、负极反应式。(2)根据正、负极反应式选择电极材料和电解质溶液。(3)要形成闭合回路(可画出装置图)。例6　(2018·铜仁一中期中)把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡。b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　)A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a答案　B解析　原电池中，活泼金属做负极，失去电子。a、b相连时a为负极，a＞b；c、d相连时c为负极，c＞d；a、c相连时，c极上产生大量气泡，c为正极，a＞c；b、d相连时，b为正极，d＞b。由此可得金属活动性：a＞c＞d＞b。考点　原电池工作原理的应用题点　比较金属活动性强弱相关链接根据原电池原理设计原电池(1)原电池的设计原理①用还原性较强的物质做负极，向外电路提供电子。②用氧化性较强的物质做正极，从外电路中得到电子。③原电池内部，两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。(2)原电池的设计思路n以自发进行的氧化还原反应为基础来设计原电池，把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个反应，从而确定电极反应；其次，以两电极反应原理为依据，确定电极材料和电解质溶液；最后，用导线连接构成闭合回路。(3)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接做负极。两电极材料的选择包括以下几种情况：①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池中，锌做负极，铜做正极。②金属和非金属。如锌锰干电池中，锌做负极，石墨做正极。③金属和化合物。如铅蓄电池中，铅板做负极，二氧化铅做正极。④均为惰性电极。如氢氧燃料电池中，正负极均为Pt电极。注意　两个电极必须均能导电。(4)确定电解质溶液一般来说，电解质溶液中的阳离子要在正极发生还原反应，而电解质溶液中的阴离子一般不参与反应，可根据实际情况确定电解质溶液。若设计的原电池中含有盐桥，需保证每个半电池中电极与电解质溶液均不能发生反应。说明　设计原电池时，若氧化还原反应中无明显的电解质溶液，可用水做电解质溶液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。1．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(　　)A．均发生了化学能转化为电能的过程B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向CunD．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高答案　B解析　甲、乙均为原电池，A项正确；Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，B项错误；电子均由Zn经导线流向Cu，C项正确；图乙Zn没有直接与CuSO4溶液接触，能最大限度地将化学能转化为电能，D项正确。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理2.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是(　　)A．电池工作中，盐桥中的Cl－向负极移动B．负极反应式：2H＋＋2e－===H2↑C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变D．Fe做正极，发生氧化反应答案　A解析　根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl－向负极移动，故A正确；铁做负极，电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故C错误；总电极反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，铁做负极，发生氧化反应，故D错误。考点　原电池的工作原理题点　盐桥原电池3．如图所示的装置中有电流产生，以下说法不正确的是(　　)A．Fe是负极，C是正极B．负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液nD．电流由石墨电极流向Fe电极答案　B解析　图示装置为原电池，负极(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋，正极(C)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，A项正确，B项不正确；内电路中，Fe电极失电子，生成Fe2＋，吸引阴离子，C项正确；外电路中，电流由正极(C)流向负极(Fe)，D项正确。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理4．利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成如下图所示原电池，回答下列问题：(1)写出电极反应式：正极：________________________________________________________________________；负极：________________________________________________________________________。(2)图中X是________，Y是________。(3)原电池工作时，盐桥中的________(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。答案　(1)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu－2e－===Cu2＋　(2)FeCl3　CuCl2　(3)阳解析　该原电池中Cu为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋；C为正极，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。X应为FeCl3，Y应为CuCl2。原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极(C)移动。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理题组一　原电池的构成及工作原理1．某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是(　　)nA．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极答案　D解析　a和b不连接时，Fe和Cu2＋直接发生氧化还原反应，铁片上会有金属铜析出，A项正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁为负极，铜为正极，电极反应式分别为Fe－2e－===Fe2＋，Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确；分析选项A、B可知，选项C是正确的；在原电池中，电流应由正极流出，经导线流向负极，D项错误。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理2.如图，下列说法不正确的是(　　)A．在①装置中锌棒逐渐变细，铜棒无变化B．在②装置中锌棒逐渐变细，铜棒逐渐变粗C．在②装置中部分化学能转化成了电能D．在①②装置中锌棒均被氧化答案　B解析　A项，在①装置中锌与氢离子反应生成锌离子和氢气，锌棒变细，铜不与氢离子反应，铜棒没有变化；B项，在②装置中锌棒与铜棒通过导线连接形成闭合回路，构成原电池，锌失去电子转化为锌离子，锌棒变细，氢离子在铜棒上得电子生成氢气，铜棒不会变粗；C项，②装置实现了化学能到电能的转化；D项，在①②装置中，锌均失去电子发生氧化反应。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理3.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示。关于该装置的下列说法正确的是(　　)A．外电路的电流方向为X→外电路→YnB．若两电极分别为铁和碳棒，则X为碳棒，Y为铁C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y答案　D解析　由图可知，原电池外电路中电子由X极流向Y极，则X极为负极，Y极为正极。考点　原电池的工作原理题点　原电池的构成与工作原理4．下列关于原电池的叙述正确的是(　　)A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应为Cu2＋＋2e－===CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同答案　D解析　该原电池中Cu做负极，Ag做正极，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D选项正确。考点　原电池的工作原理题点　盐桥原电池5．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是(　　)A．电极Ⅰ上发生还原反应，做原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－===CuC．该原电池的总反应：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是传递电子答案　C解析　该原电池所发生的反应实质是Fe3＋n与Cu的反应，C正确；电极Ⅰ上发生还原反应，做正极，A错；电极Ⅱ为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，B错；电子在负极上产生后经导线聚集在正极后被吸收掉，不可能通过溶液和盐桥，D错。考点　原电池的工作原理题点　盐桥原电池题组二　原电池电极的判断和电极反应式的书写6．对于原电池的电极名称，下列叙述错误的是(　　)A．发生氧化反应的一极为负极B．正极为电子流入的一极C．相对不活泼的金属为负极D．电流流出的一极为正极答案　C解析　原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。考点　原电池的工作原理题点　原电池正极和负极的判断7．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，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＋MnO2===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．MnO2是负极，电极反应式为MnO2＋e－===MnOD．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋答案　B解析　由总反应方程式Li＋MnO2===LiMnO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中做负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。考点　原电池的工作原理题点　电极反应式的书写及正误判断8．原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是(　　)A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋B．由金属Al、Cu和稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－D．由金属Al、Cu和浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋答案　An解析　铁比铜活泼，铁做负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；铝比铜活泼，铝做负极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，故B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝做负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－，故C正确；Al与浓硝酸发生钝化反应，则铜做负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故D正确。考点　原电池的工作原理题点　电极反应式的书写及正误判断题组三　原电池工作原理的应用9．M、N、P、E四种金属：①M＋N2＋===N＋M2＋　②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡　③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　)A．P、M、N、EB．E、N、M、PC．P、N、M、ED．E、P、M、N答案　A解析　由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面产生气泡，M做原电池正极，活动性：P＞M；N、E构成的原电池中N做负极，活动性：N＞E。考点　原电池工作原理的应用题点　比较金属活泼性强弱10．a、b两个烧杯中均盛有100mL等浓度的稀H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　)答案　B解析　H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率加快，但产生H2的体积相等。考点　原电池工作原理的应用题点　判断化学反应速率的大小11．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是(　　)A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池nC．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池答案　C解析　由电池反应可知，铁做负极，铁失去电子发生氧化反应。C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌做负极，发生氧化反应，与电池反应不符。考点　原电池工作原理的应用题点　设计原电池12.某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　)A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜答案　D解析　根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。考点　原电池工作原理的应用题点　设计原电池13．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，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___________________________________________________________。n(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)(下列三幅图中，作出任意一幅即可)(2)电极逐渐溶解　(3)甲　乙池的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；甲池的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小解析　(2)根据无盐桥原电池的工作原理，Zn(负极)|CuSO4(aq)|Cu(正极)、Fe(负极)|CuSO4(aq)|Cu(正极)，都能构成符合题目所要求的原电池。在这样的原电池中，负极金属失去电子被氧化。(3)在原电池甲中，负极不与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应只有原电池反应，而在原电池乙中，负极与CuSO4溶液直接接触，所发生的化学反应除原电池反应以外，还有非原电池反应，因此，在原电池甲和乙中，甲可更有效地将化学能转化为电能。考点　原电池工作原理的应用题点　设计原电池14．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。回答下列问题：n(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。(2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。(3)写出两烧杯中的电极反应式：甲：________________________________________________________________________，乙：________________________________________________________________________。(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。答案　(1)a　还原　(2)乙(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O　5Fe2＋－5e－===5Fe3＋(4)0.5解析　(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4为氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1mol·L－1变为1.5mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5mol·L－1×0.2L＝0.1mol，转移的电子为0.1mol×5＝0.5mol。考点　原电池工作原理的应用题点　设计原电池15．如图所示，甲池中电池反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，已知B电极质量不变，C、D为石墨电极，乙池中为200mL饱和NaCl溶液。回答下列问题：(1)A极为________极(填“正”或“负”)，电极材料为________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)。(2)写出乙池的电极反应式：阳极反应式为_____________________________________________________________；阴极反应式为____________________________________________________________。(3)A电极质量减少0.64g时，此时乙池中电解液中c(OH－)＝________mol·L－1(忽略反应过程中溶液体积的变化)，C电极上产生的气体在标准状况下的体积为________L。答案　(1)负　铜　氧化(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑(3)0.1　0.224解析　由题知，甲池为原电池，A为负极，电极材料为Cu；乙池为电解池，C为阳极，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，D为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2n↑。A极有0.64gCu反应时转移电子0.02mol，乙池C极上转移0.02mole－时生成0.01molCl2，溶液中生成0.02molOH－，C极产生气体标况下体积为0.01mol×22.4L·mol－1＝0.224L。考点　原电池的相关综合题点　原电池的综合应用16．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入电解质A溶液中组成原电池，如图1所示：　(1)若A为稀盐酸，则Al片做________极，该电极的电极反应式为________________________，Cu片电极反应式为_____________________________________________________________。(2)若A为NaOH溶液，则Al片做________极，该电极的电极反应式为__________________。(3)若A为浓HNO3，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0～t1s时，原电池的负极是________，正极的电极反应式为___________________________，溶液中的H＋向________极移动；t1时，原电池中电子流动方向发生改变，此时________做为负极，该电极的电极反应式为_________________________________________________。(4)若A为稀HNO3，则Cu片为________极，该电极的电极反应式为___________________。答案　(1)负　2Al－6e－===2Al3＋　6H＋＋6e－===3H2↑(2)负　Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－(3)Al片　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O　正(或Cu片)　Cu片　Cu－2e－===Cu2＋　(4)正　NO＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O解析　(1)Al|盐酸|Cu构成的原电池，Al为负极，电极反应式为2Al－6e－===2Al3＋；Cu为正极，电极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑。(2)Al|NaOH溶液|Cu构成的原电池，Al为负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－。(3)Al|浓HNO3|Cu构成的原电池，在0～t1时，Al片为负极，正极NO在酸性条件下得电子生成NO2和H2O，在原电池中，阳离子向正极移动，即H＋向正极移动，由于Al在浓HNO3中发生了钝化，生成的氧化膜阻止了反应的进行，此时Cu与浓HNO3反应而导致Cu为负极，电子流动方向发生改变。(4)Al|稀HNO3|Cu构成的原电池中Al片为负极，Cu片为正极，该电极上NO在酸性条件下得电子生成NO和H2O。考点　原电池的相关综合n题点　原电池的综合应用