（通用版）2020版高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 第20讲 实验探究10 原电池工作原理探究

实验探究10 原电池工作原理探究

[教材实验原型]

原电池工作原理(人教版化学选修4 P71实验4-1)

锌铜原电池装置 [教材实验原理]

1．装置特点

(1)由左右两个容器组成，中间用盐桥连接。

2＋2＋

(2)Zn与含Zn的电解质溶液在同一容器中，Cu与含Cu的电解质溶液在同一容器中；避

2＋

免Zn与Cu接触而发生反应，防止化学能转化为热能。 2．实验现象

原电池工作时，锌棒不断溶解，铜棒不断变粗；电流表指针发生偏转；右池溶液颜色不断变浅。

3．电极反应和电池反应方程式

2＋－

正极：Cu＋2e===Cu

－2＋

负极：Zn－2e===Zn

2＋2＋

电池反应方程式：Zn＋Cu===Zn＋Cu 4．盐桥的组成和作用

(1)组成：盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。

(2)作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。

[命题角度探究]

1．原电池外电路中电流和电子流向路径是怎样的？

提示：原电池外电路中电流从正极流向负极；电子从负极流向正极。 2．原电池工作时，盐桥中的离子如何移动？能否用金属导线代替盐桥？

提示：盐桥中阳离子移向正极区，阴离子移向负极区；不能用金属导线代替盐桥。 3．用稀H2SO4代替CuSO4溶液时，电极发生哪些反应？

－2＋＋－

提示：负极：Zn－2e===Zn，正极：2H＋2e===H2↑。

－

4．铜锌原电池工作过程中，若有0.2 mol e转移，两极的质量相差多少？(假设开始时，两极质量相等)

－2＋

提示：负极反应：Zn－2e===Zn，

2＋－

正极反应：Cu＋2e===Cu。

－

当有0.2 mol e转移时，负极减少6.5 g，正极增加6.4 g，故两极质量差为12.9 g。

[典题真题体验]

1．(2020·高考安徽卷节选)常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，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。

图1 图2

0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是

＋

____________________________________，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，其原因是________________________________________________________________________。

－＋

解析：在0～t1时，正极上NO3得电子后结合H生成NO2和H2O；在原电池中，阳离子向正

＋

极移动，故H向正极移动；由于Al在浓硝酸中发生了钝化，生成的氧化膜阻止了反应的进行，此时Cu与浓硝酸反应而导致Cu作负极，电子流动方向发生了改变。

－－＋

答案：NO3＋e＋2H===NO2↑＋H2O 正 Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应

2．(高考经典题节选)能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。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(见下图)，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________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(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________________________________________________________________________。 解析：(1)因为电子的流向是从左到右，所以我们可以这样设计原电池：左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液，电极用锌片(或左侧烧杯内盛放FeSO4溶液，电极用铁片)，右侧烧杯内盛放CuSO4溶液，电极用铜片，即可实现Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu(或Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4)；(2)由所给的电极材料可知，当铜片作电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子，发生氧化反应)，反应现象是电极逐渐溶解，表面有红色固体析出；(3)以锌片和铜片作电极为例，如果不用盐桥，则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应，会使部分化学能以热能的形式转化掉，而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触，从而避免了化学能转化为热能，提高电池效率。 答案：(1)

(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出

(3)甲 负极不和铜离子接触，避免了铜离子直接与负极发生反应而使化学能转化为热能