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专题15 原电池 知识一 原电池 【例1】一个电池反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该反应的原电池正确组合是( )选项ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl【答案】C 【变式】1.(1)下列装置属于原电池的是_。 (2)在选出的原电池中，_是负极，发生_反应，_是正极，该极的现象是_。(3)此原电池反应的化学方程式为_。【答案】 (1)(2)Fe 氧化 Cu Cu表面有气泡产生(3)FeH2SO4=FeSO4H2【解析】 (1)构成原电池的条件：两个活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，属于原电池。(2)(3)在中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，Cu表面有气泡冒出，反应实质为FeH2SO4=FeSO4H2。2下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( ) 【答案】A【解析】B、C选项均无化学反应；D选项Zn与稀H2SO4反应，但装置不能形成闭合回路，只有A符合要求。3下列有关原电池的说法中正确的是( )A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中，只有金属锌作为负极C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池工作时，阳离子向负极方向移动【答案】C 知识二 原电池正负极的判断 【例2】对于原电池的电极名称，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比较不活泼的金属为负极D电流流出的一极为正极【答案】C 【变式】1.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是A. 正极附近的SO42离子浓度逐渐增大B. 电子通过导线由铜片流向锌片C. 铜片上有H2逸出D. 正极有O2逸出【答案】C【解析】在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，构成原电池，锌片是负极、铜片是正极；原电池中阴离子移向负极，故A错误；电子通过导线由锌片流向铜片，故B错误；铜片是正极，电极反应式是，所以铜片上有H2逸出，故C正确；铜片是正极，正极有氢气逸出，故D错误。2某原电池装置如图所示，下列对该装置的说法正确的是（ ） A. 锌片作负极B. 铜片上发生氧化反应C. 电子由铜片沿导线流向锌片D. 该装置可将电能转化为化学能【答案】A 3关于下图所示装置，下列说法正确的是（ ） A. 该装置能将电能转化为化学能B. 电子由铜片通过导线流向铁片C. 铁片上发生的反应为Cu2+ + 2e- = CuD. 负极上发生的是氧化反应【答案】A【解析】 该装置是原电池，能将化学能转化为电能，A错误；B. 铁的金属性强于铜，铁是负极，电子由铁片通过导线流向铜片，B错误；C. 铁片上发生的反应为Fe2e-Fe2+，C错误；D. 负极上失去电子，发生的是氧化反应，D正确，答案选D。 知识三 原电池原理的运用运用一：判断金属活动性的强弱【例3-1】有a、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：实验装置部分实验现象a极质量减小b极质量增加b极有气泡产生c极无变化实验装置部分实验现象d极溶解c极有气泡产生电流从a极流向d极由此判断这四种金属的活动性顺序是( )A.abcd B.bcdaC.dabc D.abdc【答案】C 【变式】1.有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；A、C用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是（ ）A.ABCDE B.ACDBEC.CABDE D.BDCAE【答案】B【解析】金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极；E先析出，故E不活泼。综上可知，金属活动性：ACDBE。运用二：加快反应速率【例3-2】实验室用锌粒和稀硫酸反应制取氢气，下列措施不能使反应速率加快的是A. 锌粉代替锌粒 B. 滴加少量硫酸铜溶液C. 滴加少量98%的浓硫酸 D. 降低反应温度【答案】D 【变式】1。把石灰石浸入盐酸中，下列措施能使反应速率增大的是( )加大盐酸用量 增大盐酸浓度 粉碎石灰石 增大体系压强A. B. C. D. 【答案】B【解析】固体和液体之间反应，加大盐酸用量，浓度未变，速率并不加快，错误；增大液体的浓度可以加快反应速率，正确；块状碳酸钙粉碎，可以增大接触面积，速率加快，正确；由于反应物中无气体，增大压强，并不改变反应物盐酸浓度，反应速率基本不受影响，错误；答案选B。2一定量铝片与过量的稀盐酸反应，为了加快反应速率，同时几乎不影响生成的氢气总量，不可以采取的措施是A. 加热，升高溶液温度 B. 将铝片改为等质量的铝粉C. 加入少量CuSO4溶液 D. 加入浓度较大的盐酸【答案】C【解析】升高温度可加快反应速率，且不影响生成的氢气总量，A错误； 铝片改为等质量的铝粉，增大反应物与酸的接触面积，反应速率加快，B错误；加入少量CuSO4溶液，铝与硫酸铜反应置换出铜，形成原电池，反应速率加快，由于铝片的量减少，所以影响了生成氢气总量，C正确；加入浓度较大的盐酸，速率加快，但不影响生成的氢气总量，D错误；正确答案：C。类型三 设计原电池【例3-3】可以将反应ZnBr2=ZnBr2设计成原电池，下列4个电极反应：Br22e=2Br，2Br2e=Br2，Zn2e=Zn2，Zn22e=Zn，其中表示放电时负极和正极反应的分别是( )A和B和C和D和【答案】C【解析】 放电时负极反应物为Zn，失电子被氧化，正极反应物为Br2，得电子被还原。【变式】1.某原电池总反应离子方程式为：2Fe3Fe=3Fe2，不能实现该反应的原电池是( )A正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液B正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液【答案】D 2.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。 CuSO4溶液 Y 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_极流向_极。 【答案】 (1)铜(或Cu) AgNO3溶液(2)正 Age=Ag Cu2e=Cu2(3)负(或Cu) 正(或Ag)【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的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为负极：Cu2e=Cu2，正极：Age=Ag，电子由负极(或Cu)出发，经外电路流向正极(或Ag)。知识四 原电池电极反应式的书写 【例4】.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LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是( )A.Li是正极，电极反应式为Lie=LiB.Li是负极，电极反应式为Lie=LiC.MnO2是负极，电极反应式为MnO2e=MnOD.Li是负极，电极反应式为Li2e=Li2【答案】B 【变式】1.将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别形成原电池。(1) 写出插入稀NaOH溶液中形成原电池的负极反应_。(2) 写出插入浓硝酸中形成原电池的正极反应_。【答案】 Al-3e-+4OH-Al+2H2O NO3+e-+2H+ =NO2+ H2O (2)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，铝钝化，所以Cu失电子作负极，Cu-2e-=Cu2+，总反应为Cu+4H+2NO3-=Cu2+ +2NO2+2H2O，因此正极反应式为NO3+e-+2H+ =NO2+ H2O，故答案为：NO3+e-+2H+ =NO2+ H2O。【例4-2】某原电池构造如下图所示。下列有关叙述正确的是（ ） A.在外电路中，电子由银电极流向铜电极B.取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转C.外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小6.4 gD.原电池的总反应式为Cu2AgNO32AgCu（NO3）2【答案】D 【变式】1.某新型电池，以NaBH4(B的化合价为3)和H2O2作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 ( ) A. 电池工作时Na从b极区移向a极区B. 每消耗3 mol H2O2，转移3 mol eC. b极上的电极反应式为：H2O22e2H=2H2OD. a极上的电极反应式为：BH48OH8e=BO26H2O【答案】D【解析】该电池工作时，a极电极反应式为BH48OH8e=BO26H2O；b极电极反应式为4H2O28e=8OH；随着不断放电，a极负电荷减少，b极负电荷增多，故Na从a极区移向b极区；每消耗3 mol H2O2转移6 mol e，故A、B、C错误，D正确。2.如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是 A. 溶液的质量变化：甲减小，乙增大B. 溶液pH变化：甲减小，乙增大C. 相同条件下产生气体的体积：V甲V乙D. 电极反应式：甲中阴极：Cu2+2e=Cu，乙中负极：Mg2e=Mg2+【答案】C=M3某高能电池以稀硫酸作为电解质溶液,其总反应式为CH2=CH2+O2=CH3COOH。下列说法正确的是（ ）A. 在电池工作过程中,溶液中的SO42-向正极移动B. 随着反应的进行,正极区域附近溶液的pH变小C. 当转移4 mol电子时,溶液中的CH3COOH分子数为NA(NA为阿伏加德罗常数的值)D. 负极的电极反应式为CH2=CH2-4e-+2H2O=CH3COOH+4H+【答案】D【解析】A、根据原电池的工作原理，阴离子向负极移动，即SO42向负极移动，故A错误；B、电解质是硫酸，正极反应式为O24H4e=2H2O，正极区域pH增大，故B错误；C、负极反应式为CH2=CH22H2O4e=CH3COOH4H，当转移4mol电子时，生成1molCH3COOH，但CH3COOH属于弱电解质，部分电离，因此溶液CH3COOH分子的物质的量小于1mol，故C错误；D、根据电池总反应，电解质是硫酸，因此负极反应式为CH2=CH22H2O4e=CH3COOH4H，故D正确。g2+，故D正确。4锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡【答案】C 1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=Zn2B. 电池反应为ZnCu2=Zn2CuC. 盐桥中的K移向ZnSO4溶液D. 在外电路中，电流从负极流向正极【答案】B【解析】A、该装置是原电池，较不活泼的金属铜作正极，正极上铜离子得电子发生还原反应，电极反应式为：Cu2+2e-=Cu，选项A错误；B、该原电池中，负极上锌失电子发生氧化反应，正极上铜离子得电子发生还原反应，所以电池反应式为：Zn+Cu2+=Zn2+Cu，选项B正确；C、该原电池放电时，盐桥中阳离子向正极移动，所以K+移向CuSO4溶液，选项C错误；D、原电池放电时，在外电路中电子从负极沿导线流向正极，选项D错误；答案选B。2将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 ( ) A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速度甲比乙慢【答案】C 3用铁片与稀硫酸反应制氢气时，下列不能使氢气生成速率加快的是( )A加热B不用稀硫酸，改用98%浓硫酸C加少量硫酸铜溶液D不用铁片，改用铁粉【答案】B【解析】加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率，A、D正确；铁在浓硫酸中钝化，不产生氢气，B错误；加入少量硫酸铜溶液，由于Cu2Fe=CuFe2，则构成铜铁稀硫酸原电池，加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率，C正确。4M、N、P、E四种金属：MN2=NM2 M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡 N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E22e=E，N2e=N2。四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )AP、M、N、EBE、N、M、PCP、N、M、EDE、P、M、N【答案】A【解析】由知，金属活动性MN；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PM；N、E构成的原电池N做负极，活动性NE。5在如图所示装置中，观察到电流计指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是( )选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液 【答案】C 6控制合适的条件，将反应2Fe32I2Fe2I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 A. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3被还原B. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应C. 电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D. 电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极；【答案】D【解析】根据常温下能自动发生的氧化还原反应都可设计成原电池，再利用正反应2Fe32I2Fe2I2可知，铁元素的化合价降低，而碘元素的化合价升高，则图中甲烧杯中的石墨作正极，乙烧杯中的石墨作负极，利用负极发生氧化反应，正极发生还原反应，并利用平衡移动来分析解答。【详解】A、由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，则甲中石墨电极上Fe3被还原，发生还原反应，A正确；B、因乙中I-失去电子放电，元素的化合价升高，发生氧化反应，乙中石墨电极上发生氧化反应，电极反应式为：2I-2e-I2，B正确；C、当电流计为零时，说明没有电子发生转移，则反应达到平衡，C正确；D、当加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，而乙中石墨成为正极，D错误；答案选D。7根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是( ) A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)【答案】A 8锌与100 mL 1 mol/L盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的醋酸钠，溴化铜，醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成H2的速率(mL/min)，预计三种方案的速率大小是( )ABCD【答案】C【解析】醋酸钠与盐酸反应减小了氢离子浓度，反应速率减慢；溴化铜与锌反应置换出铜，形成铜锌原电池，加快了反应速率；醋酸铜既有减小反应速率的因素又有加快反应速率的因素，不好判断以哪个因素为主。由的速率最大可确定答案为C。910 mL浓度为1 mol/L的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )AK2SO4BNaClCCuSO4DNa2CO3【答案】A【解析】Zn与稀盐酸发生反应：Zn2HCl=ZnCl2H2，若加入物质使反应速率降低，则c(H)减小。但是不影响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H)不变。A.K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H)减小，但没有消耗H，因此n(H)不变，符合题意，正确。B.NaCl与HCl不发生反应：不能减慢反应速率，错误。C.加入CuSO4溶液会与Zn发生置换反应：CuSO4Zn=CuZnSO4，产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合，错误；D.若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反应：Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2，使溶液中的c(H)减小，但由于逸出了CO2气体，因此使n(H)也减小，产生氢气的物质的量减小，不符合题意，错误。 10关于如图所示的原电池，下列说法正确的是 A. 电子从锌电极通过电流计流向铜电极B. 盐桥的作用是让电子通过构成闭合回路C. 锌电极质量增重，铜电极质量减轻D. 盐桥可以用铜导线代替【答案】A 11 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )ABCD【答案】B【解析】利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则作原电池的负极，作正极，故活动性；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性；有气泡产生的电极发生的反应为2H2e=H2，为原电池的正极，故活动性；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性，由此可得金属活动性：。 12如图，在盛有稀 H2SO4 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， 下列说法正确的是( ) A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeCX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XY【答案】D 13某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其他电极均为Cu，则( ) A工作一段时间后，C烧杯的pH减小B电极发生还原反应C盐桥中的K移向A烧杯D电流方向：电极电极【答案】D【解析】由题意可知，该装置的 、 是原电池的两极， 是负极， 是正极，、是电解池的两极，其中 是阳极，是阴极；装置C是电镀池，硫酸铜浓度不变，C烧杯的pH不变，A错误；电极 是原电池的负极，发生氧化反应，故B错误；原电池中阳离子移向正极，盐桥中的K移向B烧杯，故C错误；电流方向：电极 电极 ，故D正确。14已知可逆反应：AsO2I2HAsOI2H2O。()如图所示，若向B中逐滴加入浓盐酸，发现电流表指针偏转。 ()若改为向B中滴加40%的NaOH溶液，发现电流表指针与()中偏转方向相反。试回答问题： (1)两次操作中电流表指针为什么会发生偏转？_。(2)两次操作过程中电流表指针偏转方向为什么相反？_。(3)操作()中，C 1棒上的反应为_。(4)操作()中，C 2棒上的反应为_。【答案】 (1)两次操作中均发生原电池反应，所以电流表指针均发生偏转(2)两次操作中，电极相反，电子流向相反，因而电流表指针偏转方向相反(3)2I2e=I2(4)AsO2OH2e=AsOH2O 15:如图所示，在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。 （1）当电解质溶液为稀硫酸时，Fe电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应式为_。当电解质溶液为NaOH溶液时，Al电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应式为_。（2）若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则Fe电极是_（填“正”或“负”）极，其电极反应式为_。【答案】（1）正 2H2eH2负 Al3e4OHAlO2H2O（2）正 NO2HeNO2H2O 16为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如图所示： 甲 乙 丙 丁 戊回答下列问题：（1）根据原电池原理填写下表：装置序号正极负极反应式阳离子移动方向甲乙丙丁戊 （2）电极类型除与电极材料的性质有关外，还与 有关。（3）根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应? (填“是”、“否”或“不一定”)，用上述电池说明： 。（4）上述电池放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲 ，丙 ，戊 。(均填“酸性减弱”或“碱性减弱”) 【答案】（1）装置序号正极负极反应式阳离子移动方向甲AlMg2eMg2+移向铝极乙PtFe2eFe2+移向铂极丙MgAl3e+4OH+2H2O移向镁极丁AlCu2eCu2+移向铝极戊石墨CH48e+10OH+7H2O移向石墨电极（2）电解质溶液的性质（3）不一定在题述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极材料发生了氧化反应（4）酸性减弱 碱性减弱 碱性减弱 （2）通过比较甲、丙电池可知，电极材料都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极反应不同，即电极类型与电解质溶液也有关。（3）大多数电池的负极材料发生氧化反应，但燃料电池的负极材料不参与反应，氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等可燃物在负极区发生氧化反应。（4）根据电解质溶液中的反应情况判断溶液酸碱性的变化。
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