實(shí)驗(yàn)14 原電池的工作原理銅鋅原電池1、掌握原電池的構(gòu)成條件2、掌握原電池的工作原理原電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可設(shè)計(jì)成原電池Zn +2H2SO4=Zn2SO4+ +H2 燒杯、導(dǎo)線、電流計(jì)、銅片、鋅片、碳棒、稀硫酸步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論及解釋將銅片插入到盛有稀鹽酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。再插入一根碳棒，觀察現(xiàn)象，一段時(shí)間后，將碳棒和銅片用導(dǎo)線連接（導(dǎo)線中間接一個(gè)電流表）銅片、碳棒插入到稀硫酸中無現(xiàn)象，用導(dǎo)線連接后也無現(xiàn)象，指針不偏轉(zhuǎn)銅、碳不與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，所以無現(xiàn)象，指針不偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)線中沒有電子的定向移動(dòng)，說明沒有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生無法形成原電池將一塊鋅片插入到盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。一段時(shí)間后，再插入一塊鋅片，觀察現(xiàn)象。再過一段時(shí)間，用導(dǎo)線連接（導(dǎo)線中間連接一個(gè)電流表）鋅片上有氣泡產(chǎn)生，用導(dǎo)線連接后，指針不偏轉(zhuǎn)Zn是活潑金屬能和稀硫酸發(fā)生反應(yīng)生成H2，所以有氣泡產(chǎn)生，用導(dǎo)線連接后，兩極都是鋅，產(chǎn)生的電勢相等，故無電流產(chǎn)生，無法使指針偏轉(zhuǎn)，說明原電池的兩極要存在活潑性的差異將一塊銅片插入到盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象，再將一塊鋅片平行插入，觀察現(xiàn)象，一段時(shí)間后，將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接（導(dǎo)線中間連接一個(gè)電流表）最開始銅片無現(xiàn)象，鋅片上有大量氣泡出現(xiàn)，用導(dǎo)線連接后，鋅片逐漸溶解，銅片上有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)銅不與稀硫酸反應(yīng)，Zn是活潑金屬能和稀硫酸發(fā)生反應(yīng)生成H2，用導(dǎo)線連接后，形成了閉合回路，鋅片逐漸溶解，銅片上有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明形成了原電池。Zn和稀硫酸發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電極材料Zn和Cu活潑性存在差異，且通過導(dǎo)線連接，Zn片：Zn2e=Zn2+失電子氧化反應(yīng)，電子通過導(dǎo)線流向銅片，Cu片：2H+2e=H2得電子還原反應(yīng)，電解質(zhì)H2SO4溶液中的H+在銅極得電子變成H2?？偟碾x子方程式：Zn+2H+=Zn2+H2通過的實(shí)驗(yàn)，原電池中，我們將失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)的一極叫負(fù)極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)的一極叫正極。正負(fù)兩極得失電子數(shù)相等。電子的流向是從Zn片（負(fù)極）沿導(dǎo)線流向Cu片（正極）。電解質(zhì)溶液中的H+（陽離子）移向正極，SO（陰離子）移向負(fù)極。電流的流向是從正極流向負(fù)極。工作原理：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子（M-ne=Mn+，如：Zn2e=Zn2+ ）正極發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子（如：2H+2e=H2）電子沿外電路（導(dǎo)線）定向移動(dòng)原電池工作原理示意圖原電池的形成條件1、 兩個(gè)電極（活潑性不同）負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等2、 必須形成閉合回路電解質(zhì)溶液；兩電極直接或間接接觸；兩電極插入電解質(zhì)溶液3、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)原電池正負(fù)極判斷的方法負(fù)極正極構(gòu)造方面較活潑的金屬較不活潑金屬或非金屬電池反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流向電子流出電子流入反應(yīng)現(xiàn)象不斷溶解電極增重或者有氣體產(chǎn)生離子移向陰離子移向陽離子移向原電池電流的產(chǎn)生原因？每個(gè)電極都有一定的電極電勢，金屬越活潑，電極的電勢越低。金屬越不活潑，電極的電勢越高，導(dǎo)線將兩者連接在一起就形成電勢差。電子定向移動(dòng)的電勢差就是電池的電壓。電子在內(nèi)電路中從正極通過電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移到負(fù)極的表達(dá)是否正確？錯(cuò)，電子的轉(zhuǎn)移只能通過導(dǎo)線發(fā)生定向移動(dòng)將反Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+設(shè)計(jì)成原電池？Cu2e=Cu2+ 發(fā)生氧化反應(yīng)，做負(fù)極；Fe3+e=Fe2+ 發(fā)生還原反應(yīng)，是正極。電極：負(fù)極銅片；正極碳棒或比銅活潑性弱的金屬電解質(zhì)溶液FeCl3溶液/Fe2(SO4)3溶液MgAl稀硫酸原電池和MgAlNaOH溶液原電池的負(fù)極都是Mg嗎？錯(cuò)，MgAl稀硫酸原電池中，鎂和鋁均與稀硫酸反應(yīng)，所以選擇活潑性較強(qiáng)的鎂做負(fù)極；MgAlNaOH溶液原電池中，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，所以在這做負(fù)極的是金屬鋁。1原電池是（）裝置A化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 D化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能【答案】A【解析】原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其中負(fù)極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)。而電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置是電解池。答案選A。2下列反應(yīng)，不能用于設(shè)計(jì)原電池的是（）APb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O B2A1+3I2=2AlI3CMg(OH)2+ H2SO4=MgSO4 +2H2O DO2+ 2H2=2H2O【答案】C【解析】APb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O 屬于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，能設(shè)計(jì)成原電池，故A不選；B2A1+3I2=2AlI3屬于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，能設(shè)計(jì)成原電池，故B不選；CMg(OH)2+ H2SO4=MgSO4 +2H2O中和反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)，不能用于設(shè)計(jì)原電池，故C選；DO2+2H2=2H2O燃燒反應(yīng)屬于自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，能設(shè)計(jì)成原電池，故D不選；故選C。3下列有關(guān)說法不正確的是（）A構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是兩種金屬B把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡C把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面不會出現(xiàn)一層鐵D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快【答案】A【解析】A構(gòu)成原電池正負(fù)極的材料不一定是兩種金屬，可能是金屬和導(dǎo)電的非金屬，如石墨，A錯(cuò)誤；B鐵比銅活潑，鐵為負(fù)極，銅為正極，氫離子在正極放電，銅片表面出現(xiàn)氣泡，B正確；C把銅片插入三氯化鐵溶液中發(fā)生反應(yīng)Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2，在銅片表面不會出現(xiàn)一層鐵，C正確；D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，鋅置換出銅，構(gòu)成原電池，反應(yīng)速率加快，即氣泡放出速率加快，D正確；答案選A。4已知空氣鋅電池的電極反應(yīng)為鋅片：Zn+2OH2e=ZnO+H2O；碳棒：O2+2H2O+4e=4OH。據(jù)此判斷，鋅片是（）A正極，被還原 B正極，被氧化 C負(fù)極，被還原 D負(fù)極，被氧化【答案】D【解析】原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽離子向正極移動(dòng)，正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)方程式可知鋅失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此鋅是負(fù)極，被氧化。碳棒是正極，氧氣得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原。答案選D。5關(guān)于下圖所示的原電池，下列說法正確的是（）ACu為正極發(fā)生氧化反應(yīng)B負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e=Zn2+C電子由銅片通過導(dǎo)線流向鋅片D該裝置能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能【答案】B【解析】A在原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬性鋅強(qiáng)于銅，鋅是負(fù)極，銅是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯(cuò)誤；B鋅是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e=Zn2+，B正確；C鋅是負(fù)極，發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，則電子從鋅出來通過導(dǎo)線流向銅，C錯(cuò)誤；D原電池是將化學(xué)能變化電能的裝置，D錯(cuò)誤。答案選B。6下列有關(guān)原電池的說法中，正確的是（）A鋁片和鎂片用導(dǎo)線連接后插入NaOH溶液中，鎂片較活潑，作負(fù)極B鐵片和銅片用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸中，銅作負(fù)極C鍍鋅鐵和鍍錫鐵的鍍層破損后，前者較易被腐蝕D將反應(yīng)2Fe3+Fe=3Fe2+設(shè)計(jì)為原電池，則可用鋅片作負(fù)極，鐵片作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質(zhì)【答案】B【解析】A鋁片和鎂片用導(dǎo)線連接后插入NaOH溶液中，鋁可以與NaOH溶液反應(yīng)，而鎂片與NaOH溶液不反應(yīng)，所以鋁作負(fù)極，A錯(cuò)誤；B鐵片和銅片用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸中，鐵發(fā)生鈍化，銅能與濃硝酸反應(yīng)，所以銅作負(fù)極，B正確；C鍍鋅鐵和鍍錫鐵的鍍層破損后，前者鋅鐵形成原電池，鋅作負(fù)極被腐蝕從而保護(hù)鐵，而錫鐵原電池，鐵的活潑性強(qiáng)于錫，鐵作負(fù)極易被腐蝕，所以后者較易被腐蝕，C錯(cuò)誤；D鋅片作負(fù)極，鐵片作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質(zhì)形成的原電池中，鋅參與反應(yīng)生成鋅離子，與2Fe3+Fe=3Fe2+的設(shè)計(jì)目標(biāo)不符，應(yīng)該是鐵作負(fù)極，D錯(cuò)誤；答案選B。7有一種銀鋅電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH、電極反應(yīng)式分別為Zn+2OH2e=ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH，根據(jù)上述反應(yīng)式，下列說法正確的是（）A使用過程中，電極正極溶液的pH增大B使用過程中，溶液中氫氧根向Ag2O電極移動(dòng)C使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外路流向Zn極D使用過程中，Zn電極發(fā)生還原反應(yīng)，Ag2O電極發(fā)生氧化反應(yīng)【答案】A【解析】A正極發(fā)生Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH，c(OH)增大，所以電池正極區(qū)溶液的pH增大，A正確；D原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，則使用過程中，溶液中氫氧根向Zn電極移動(dòng)，B錯(cuò)誤；CZn為負(fù)極，Ag2O為正極，則使用過程中，電子由Zn極經(jīng)外電路流向Ag2O極，C錯(cuò)誤；DZn失去電子，Zn為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Ag2O得到電子是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，D錯(cuò)誤；答案選A。8某同學(xué)用如圖所示實(shí)驗(yàn)來探究構(gòu)成原電池的一般條件，下列說法中正確的是（）A左瓶的燈泡發(fā)光 B右瓶的銅棒變粗C右瓶中鐵棒為正極 D左瓶：Fe-2e=Fe2+【答案】B【解析】A左瓶電極插入苯中，苯是非電解質(zhì)，不能構(gòu)成原電池，燈泡不會發(fā)光，A錯(cuò)誤；B右瓶電極插入硫酸銅溶液中，且構(gòu)成閉合回路，形成原電池，鐵是負(fù)極，銅是正極，溶液中的銅離子得到電子析出銅，所以銅棒變粗，B正確；C金屬性鐵強(qiáng)于銅，因此右瓶中鐵棒為負(fù)極，C錯(cuò)誤；D左瓶不能形成原電池，鐵與硫酸銅溶液直接發(fā)生置換反應(yīng)，D錯(cuò)誤。答案選B。9MgH2O2電池可用于驅(qū)動(dòng)無人駕駛的潛航器。該電池以海水為電解質(zhì)溶液，示意圖如下。該電池工作時(shí)，下列說法正確的是（）A鎂電極是該電池的正極B過氧化氫在石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C石墨電極附近溶液的pH增大D溶液中氯離子向正極移動(dòng)【答案】C【解析】該反應(yīng)為原電池反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下，負(fù)極反應(yīng)：Mg-2e=Mg2+， Mg失電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極反應(yīng)：H2O2+2e=2OH，H2O2得電子，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)。A原電池中，Mg失電子，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，則Mg是該電池的負(fù)極，故A錯(cuò)誤；B在石墨電極上，H2O2得電子，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；C石墨電極是正極，OH濃度增大，pH增大，故C正確；D電解質(zhì)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)，則Cl-向負(fù)極移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選C。10將鐵棒和鋅棒用導(dǎo)線連接插入CuSO4溶液里，當(dāng)電池中有0.2mol電子通過時(shí)，負(fù)極質(zhì)量的變化是（）A增加5.6 g B減少0.1 g C減少6.5 g D增加6.4 g【答案】C【解析】鐵棒、鋅棒和硫酸銅溶液形成的原電池中，較活潑的金屬鋅棒作負(fù)極，鐵棒作正極，負(fù)極上鋅失電子變成鋅離子進(jìn)入溶液，所以負(fù)極質(zhì)量會減少，正極上銅離子得電子生成銅單質(zhì)，所以正極上鐵棒質(zhì)量會增加，根據(jù)電極方程式Zn-2e=Zn2和轉(zhuǎn)移電子的關(guān)系計(jì)算即可鐵棒、鋅棒和硫酸銅溶液形成的原電池中，較活潑的金屬鋅棒作負(fù)極，鐵棒作正極，負(fù)極上鋅失電子質(zhì)量減少，正極上銅離子得電子質(zhì)量增加。設(shè)負(fù)極上質(zhì)量減少x。負(fù)極上的電極反應(yīng)式為：Zn2e=Zn2+，65g 2mol x0.2molx=65g0.2mol/2mol=6.5g，所以負(fù)極質(zhì)量減少6.5g，故選：C。11將質(zhì)量相等的鐵片和銅片用導(dǎo)線相連浸入500mL硫酸銅溶液中構(gòu)成如圖1的裝置：（以下均假設(shè)反應(yīng)過程中溶液體積不變）。（1）鐵片上的電極反應(yīng)式為_。（2）若2min后測得鐵片和銅片之間的質(zhì)量差為1.2g，計(jì)算：導(dǎo)線中流過的電子的物質(zhì)的量為_mo1；【答案】（1）Fe2e=Fe2（2）0.02 【解析】將質(zhì)量相等的鐵片和銅片用導(dǎo)線相連浸入 500mL 硫酸銅溶液中構(gòu)成原電池，鐵的活潑性大于銅，所以鐵是負(fù)極、銅是正極，電池總反應(yīng)為Cu2+Fe=Cu+Fe2+，負(fù)極反應(yīng)為Fe2e=Fe2+、正極反應(yīng)為Cu2+2e=Cu；根據(jù)以上分析，（1）鐵的活潑性大于銅，鐵片是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為Fe2e=Fe2+。（2）根據(jù)Cu2+Fe=Cu+Fe2+，負(fù)極溶解鐵的物質(zhì)的量與正極生成銅的物質(zhì)的量相等，若2min后測得鐵片和銅片之間的質(zhì)量差為1.2g，設(shè)負(fù)極溶解鐵的物質(zhì)的量為xmol，則56x+64x=1.2，x=0.01mol，根據(jù)負(fù)極反應(yīng)式Fe2e=Fe2+，導(dǎo)線中流過的電子的物質(zhì)的量為0.02mo1。12（1）在下圖的8個(gè)裝置中，屬于原電池的是_。（2）航天飛機(jī)常采用燃料電池作為電能來源，燃料電池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物質(zhì)與O2一起構(gòu)成的電池裝置，它可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。如圖是甲烷燃料電池原理示意圖，回答下列問題：電池的負(fù)極是_(填“a”或“b”)，該極的電極反應(yīng)是_。消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L O2時(shí)，有_mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。開始放電時(shí)，正極附近溶液的pH_(填“增大”“減小”或“不變”)【答案】（1）（2）a CH410OH8e=CO7H2O 1 增大【解析】（1）根據(jù)原電池中有兩個(gè)電極可以排除掉；而且兩電極活潑性不同，排除；注意都含有兩種活潑性不同的金屬或非金屬，即含兩個(gè)電極；必須存在電解質(zhì)溶液，可排除；電極與電解質(zhì)溶液要形成閉合回路，不符合要求；都滿足形成原電池的條件。因此，本題正確答案是：；（2）甲烷燃料電池中，甲烷在負(fù)極失電子，a為負(fù)極，氧氣在正極得電子，電極反應(yīng)式為：O2+4e+2H2O=4OH，用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得負(fù)極反應(yīng)式：CH410OH8e=CO7H2O，5.6L氧氣的物質(zhì)的量為：=0.25mol，根據(jù)電極反應(yīng)：O2+4e+2H2O=4OH，消耗5.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)O2時(shí),轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：0.25mol41mol，開始放電時(shí)，正極上是氧氣發(fā)生得電子得還原反應(yīng)，即O2+4e+2H2O=4OH，產(chǎn)生氫氧根，在該極附近溶液氫氧根離子濃度增大。