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原电池、电解池综合练习
【例题精选】：
例1：右图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是
a极板 b极板 x电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4
B 石墨 石墨 负极 NaOH
C 银 铁 正极 AgNO3
D 铜 石墨 负极 CuCl2
解析：通电后a极板增重，表明溶液中金属阳离子在a极板上放电，发生还原反应析出了金属单质，因此可确定a极板是电解池的阴极，与它相连接的直流电源的x极是负极。选项C中x极为正极，故C不正确。A中电解液为CuSO4溶液，阴极a板上析出Cu而增重，阳极b 板上由于OH－离子放电而放出无色无臭的O2，故A正确。B中电解液为NaOH溶液，通电后阴极a上应放出H2，a极板不会增重，故B不正确。D中电解液为CuCl2溶液，阴极a板上因析出Cu而增重，但阳板b板上因Cl－离子放电，放出黄绿色有刺激性气味的Cl2，故D不正确。
答案：A。
例2：蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：
下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是：
A．放电时，Fe是负极，NiO2是正极
B．蓄电池的电极可以浸入某中酸性电解质溶液中
C．充电时，阴极上的电极反应为：
D．放电时，电解质溶液中的阴离子向正极方向移动
解析：蓄电池放电时起原电池作用，原电池的负极是较活泼的金属，A正确。放电时，Fe是原电池的负极，Fe失电子被氧化成Fe2+离子。由于负极——Fe的附近聚集较多的Fe2+离子，电解质溶液中的阴离子向负极移动，D不正确。充电时蓄电池起电解池作用，充电时电源的负极应与蓄电池的负极（Fe，此时作为电解池的阴极）相连接，发生还原反应：。C正确。该蓄电池的放电和充电时的电极反应分别是：
放电：负极
正极
充电：阴极
阳极
可见反应是在碱性溶液中进行的，B不正确。
答案：B、D。
例3：右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：
（1）直流电源中，M为 极。
（2）Pt电极上生成的物质是 ，其质量为 g。
（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2∶ ∶ ∶ 。
（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同） ，AgNO3溶液的pH ，H2SO4溶液的浓度 ，H2SO4溶液的pH 。
（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液为 g。
解析：电解5.00%的稀H2SO4，实际上是电解其中的水。因此在该电解池的阴极产生H2，阳极产生O2，且。据此可确定d极为阴极，则电源的N极为负极，M极为正极。在336mL气体中，，为0.01mol，，为0.005mol。说明电路上有0.02mol电子，因此在b极（Pt、阴极）产生，即 0.02mol的Ag。则n(e) ∶n(Ag) ∶n(O2) ∶n(H2)=
0.02∶0.02∶0.005∶0.01=2∶2∶∶1.
由Ag（阳）电极、Pt（阴）电极和AgNO3溶液组成的电镀池，在通电一定时间后，在Pt电极上放电所消耗溶液中Ag+离子的物质的量，等于Ag电极被还原给溶液补充的Ag+离子的物质的量，因此[AgNO3]不变，溶液的pH也不变。电解5.00%的H2SO4溶液，由于其中的水发生电解，因此[H2SO4]增大，由于[H+]增大，故溶液的pH减小。
设原5.00%的H2SO4溶液为xg，电解时消耗水0.01×18 = 0.18g，则：，解得：。
答案：（1）正；（2）Ag、2.16；（3）2∶∶1；（4）不变、不变、增大、减小；（5）45.18。
例4：有一硝酸盐晶体，其化学式表示为M(NO3)x·nH2O经测定其摩尔质量为242g·mol－1。取1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液。将此溶液倒入右图所示装置中，用石墨作电极进行电解。当有0.01mol电子通过电极时，溶液中的金属阳离子全部析出，在A极得到金属0.32g。回答：
（1）金属M的原子量为 ，x = ，
n = 。
（2）C极为 极。
（3）电解后溶液的pH为（设电解前后溶液的体积不变） 。
解析：（1），含金属M也为。M的原子量。
解得：
188 + 18 n =242，n = 3。
（2） 因为金属在A极析出，所以A极是电解池的阴极，则C极是电源的负极。
（3）有0.01mol电子通过电极，就有0.01mol OH－放电，在溶液中就生成0.01mol H+。
答案：（1）64、2、3；（2）负；（3）1。
【综合练习】：
一、选择题：
1、下列说法中正确的是：
A．在磷酸钠溶液中
B．pH=10的NaOH 溶液加水稀释100倍，溶液的pH=12
C．0.3的CH3COOH溶液中的[H+]是0.1 CH3COOH溶液中[H+]
的3倍
D．100℃时，纯水的pH=6，它显中性
2、25 mL pH=10的KOH溶液跟50 mL pH=10的Ba(OH)2溶液混合，混合溶液的pH是：
A．9.7 B．10 C．10.3 D．10.7
3、在1 L浓度为C的弱酸HA溶液中，HA、H+和A－－的物质的量之和为nC mol，则HA的电离度是。
A． B．
C． D．
4、相同温度、相同物质的量浓度的下列各溶液：①Na2SO3、②Na2SO4、③NaHSO4、④NH4HSO4，按pH由小到大的顺序排列，应是：
A．④<③<②<① B．②<①<③<④
C．②<③<④<① D．①<②<③<④
5、相同物质的量浓度的三种盐溶液：NaX、NaY、NaZ，其溶液的pH依次增大，则它们对应的三种酸的强弱顺序是：
A．HXC．HX6、一种一元强酸HA溶液中加入一种碱MOH反应后，溶液呈中性，下列判断正确的是：
A．加入的碱过量 B．混合前酸与碱中溶质的物质的量相等
C．生成的盐不发生水解 D．反应后溶液中A－、M＋物质的量浓度相等
7、下列四种溶液中，由水电离生成的氢离子物质的量浓度之比（①∶②∶③∶④）是：
①pH = 0的盐酸 ②0.1的盐酸 ③0.01的NaOH溶液
④pH = 11的NaOH溶液
A．1∶10∶100∶1000 B．0∶1∶12∶11
C．14∶13∶12∶11 D．14∶13∶2∶3
8、将体积都为10mL、pH都等于3的醋酸和盐酸，加水稀释至a mol和b mol，测得稀释后溶液的pH均为5。则稀释后溶液的体积：
A． B．
C．a < b D．a > b
9、在盛有饱和Na2CO3溶液的烧杯中插入惰性电极，保持温度不变，通直流电一段时间后，则：
A．溶液的pH增大 B．溶液的浓度增大，有一定量的晶体析出
C．溶液的浓度不变，有晶体析出 D．溶液的pH减小
10、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是。 根据此反应式判断，下列叙述中正确的是：
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原
D．电池放电时，H2是负极
11、用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气（标准状况），从而可知M的原子量为：
A． B． C． D．
12、下列关于铜电极的叙述正确的是：
A．铜锌原电池中铜是正极
B．用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极
C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极
13、在室温下等体积的酸和碱的溶液，混合后pH一定小于7的是：
A．pH = 3的硝酸跟pH = 11的氢氧化钾溶液
B．pH = 3的盐酸跟pH = 11的氨水
C．pH = 3的硫酸跟pH = 11的氢氧化钠溶液
D．pH =3的醋酸跟pH = 11的氢氧化钡溶液
14、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气，已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极： ；
正极：
今若制得Cl2 0.050mol，这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是：
A．0.025 mol B．0.050 mol C．0.10 mol D．0.20mol
15、在水电离出的的溶液中，能大量共存的离子组是：
A． B．
C． D．
16、将0.1的盐酸100 mol和0.1的偏铝酸钠溶液50 mL混合，在所得溶液中：
A．
B．
C．
D．
17、硫化氢水溶液中有如下动态平衡关系：H2SH++HS－，HS－H+ + S2－，H2OH+ + OH－。在稀氢硫酸溶液中，下列各关系正确的是：
A．
B．
C．
D．
18、已知0.1 NaHCO3溶液的pH = 8.4，0.1 Na2CO3溶液的
pH = 11.4，则NaHCO3溶液中的[OH－]是Na2CO3溶液中的[OH－]的：
A．3倍 B．倍 C．103倍 D．10－3倍
19、用0.1 NaOH溶液滴定100mL 0.1盐酸时，如果滴定误差在（指滴入NaOH溶液的体积）以内，则所得溶液的pH范围为（已知a分别为2、3、4、5时，lg a分别为0.30、0.48、0.60、0.70）：
A．6.7—7.1 B．3.3—10.7 C．4.3—9.7 D．6—8
20、用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氢氧化钠溶液时，下列实验操作会引起测定结果偏高的是：
①用天平称量NaOH固体时，将NaOH放在右盘，砝码放在左盘，并移动游码使之平衡。②配制NaOH溶液时，将称量的NaOH固体溶于水后立即移入容量瓶，并加蒸馏水至刻度线。③用蒸馏水洗净锥形瓶后盛入待测NaOH溶液进行滴定。④用蒸馏水洗净酸滴定管后盛入标准盐酸进行滴定。⑤滴定终点读取酸滴定管数据时，仰视刻度线。
A．①⑤ B．②④⑤ C．②③④⑤ D．①②③④⑤
二、填空题：
1、现有A、B、C、D四种金属，若将A和B用导线相连，浸入稀硫酸中，A上有气泡产生；若将D放入B的硝酸盐溶液中，D表面有B析出；若在含有A和C两种离子的盐溶液中进行电解，阴极上有C析出。试判断，这四种金属还原性递减的顺序是 ，若四种金属之一是铜，铜可能是 ，不可能是 。
2、在一定温度下，冰醋酸加水稀释的过程中，溶液的导电能力如右图所示。回答：（1）“0”点导电能力为0的理由 ，（2） a、b、c三点溶液的pH由小到大的顺序是 ，（3）a、b、c三点中电离度最大的是 ，（4）若使c点溶液中[CH3COO－]增大，溶液的pH也增大，可加入的物质有：① 、② 、③ 。
3、如下图所示，烧杯中都盛有稀硫酸。（1）中反应的离子方程式为 ，（2）中的电极反应：Fe： 、Sn： 、Sn极附近溶液的pH（填增大、减小或不变） ，（3）中被腐蚀的金属是 、其电极反应式为 。比较（1）、（2）、（3）中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是 。
三、计算题：
1、某温度下将一定量密度为1.15g/cm3的NaCl溶液用石墨电极通直流电，设NaCl恰好完全反应，且无其它反应发生，得到的溶液中氧元素的质量百分含量为80%。（1）求电解后溶液中溶质与溶剂的物质的量之比，（2）求原NaCl溶液的物质的量浓度。
2、稀硫酸和稀盐酸的混合液50mL，加入Ba(OH)2粉末2.137g，充分反应过滤得干燥沉淀物 1.165g，母液的pH为13，求原混合溶液中和Cl－的物质的量浓度分别为多少？
【答案】：
一、
1、D 2、B 3、C 4、A 5、C
6、D 7、A 8、D 9、C 10、CD
11、C 12、AC 13、D 14、C 15、B
16、C 17、A 18、D 19、C 20、B
二、
1、D>B>A>C，A或C，B或D。
2、（1）冰醋酸未发生电离反应，无自由移动的离子。
（2）b < a < c。
（3）C
（4）①加NaOH 固体、②加CH3·COONa固体、③加活泼金属。
3、（1）
（2）、增大。
（3）Zn、。
三、1、（1）1 ∶10，（2）4.48。
2、0.1、0.2。
部分习题解析：
一、
7、①，；
②，
③，
④，
①∶②∶③∶④。
10、放电时该装置作为原电池，氢元素由0价升高为+1价，H2是负极，H原子失电子变成H+离子，负极周围溶液的pH不断减小。镍元素由+3价降低为+2价，镍元素被还原。因此A、B不正确，D正确。充电时该装置作为电解池，氢元素由+1价降低为0价，氢元素被还原。C正确。
11、电解时阴极增重，说明有金属析出，则电解方程式为：
。设金属M的摩尔质量为M，则：
M——
解得：
14、铅蓄电池的总反应式为：Pb + PbO + 2H2SO42PbSO4+2H2O。电解NaCl饱和溶液时，电路上有2 mol电子通过时消耗2 mol的H2SO4，此时在阳极应产生1 mol Cl2。若要制得0.050mol Cl2，需消耗H2SO4为0.10 mol。
18、NaHCO3：pH = 8.4，[H+]1=10－8.4，[OH－]1=10－5.6；Na2CO3：pH = 11.4，
[H+]2=10 －11.4，[OH－]2=10－2.6，。
19、如果误差为0.1%，即多滴了0.1mL NaOH，混合液中
，，pH = 9.7；
如果误差为－0.1%，即少滴入了0.1mL NaOH，混合液中
, pH = 4.3。
三、
1、设电解后溶液中含NaOH x mol、H2O y mol，则。解得：x∶y = 1∶10。电解方程式为：2NaCl + 2H2O2NaOH + H2+Cl2，可知电解前原溶液中含NaCl x mol，含H2O（x + y）mol。当x = 1、y = 10时，
。
2、已知，故可知混合液中。则。加入的Ba(OH)2中和掉混合液中的H2SO4后仍余，又母液pH = 13，可知Ba(OH)2中和掉混合液中的HCl仍有剩余，余Ba(OH)2为0.0025 mol，故与HCl中和的Ba(OH)2为0.0075－0.0025 = 0.005mol，则HCl为0.01mol，。
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原电池问题的解决
电化学知识是以电解质溶液为载体，以氧化还原反应为核心，原电池的负极和电解池的阳极是氧化极，原电池的正极和电解池的阴极是还原极。因此，要从电子得失角度去分析有关的电极和电极反应，书写总化学方程式。例如，原电池的问题可从下列三类来分析。
第一类原电池，如铜锌原电池，其组成条件有三条：(1) 两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)；(2) 电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应；(3) 两电极插入电解质溶液中且用导线连接。这种原电池中，较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应，负极材料失去电子被氧化，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，正极上发生还原反应，溶液中原有的阳离子在正极上得到电子被还原，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。电子总是从负极沿着导线流入正极。因此，原电池现象是“负极下，正极上，电子就在中间转”。其特点是金属电极与电解质溶液之间存在自发的氧化还原反应。
例1．某原电池的总反应是Zn ＋Cu2+ ＝Zn2+ ＋ Cu，该原电池的正确组成是( )
A. B. C. D.
正 极 Zn Cu Zn Cu
负 极 Cu Zn Cu Zn
电解质溶液 CuCl2 CuCl2 ZnCl2 ZnCl2
解析：从总反应可知，Zn失去电子，且Zn比Cu活泼，Zn应为负极。这是正规原电池，负极要能与电解质溶液发生置换反应，只能用CuCl2，故应选B。
第二类原电池的构成条件是：(1) 两个活动性不同的电极；(2) 任何电解质溶液( 酸、碱、盐皆可)；(3) 形成回路。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置换反应，电解质溶液只起导电作用。其正极反应一般是吸氧腐蚀的电极反应式：O2＋2H2O＋4e ＝ 4OH－。微电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生在酸性较强的溶液里，正极上H+还原)和吸氧腐蚀 (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原：O2＋2H2O＋4e ＝ 4OH－)。
例2. (89年广东高考题)把铁钉和碳棒用铜线联接后，浸入0.01 mol／L的食盐溶液中，可能发生的现象是 ( )
A. 碳棒上放出氯气 B. 碳棒近旁产生OH－ C. 碳棒上放出氧气
D. 铁钉上放出氢气 E. 铁钉被氧化
解析：由于Fe不与食盐溶液反应，属第二类原电池，溶液为中性，故发生吸氧腐蚀的反应。铁钉是负极，铁被氧化，Fe－2e ＝Fe2+；碳棒上：O2＋2H2O＋4e ＝ 4OH－。应选B、E。
例3．有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起博器的能源。它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。请写出两极反应的方程式。
正极 __________________________________，
负极 __________________________________。
解析：Pt、Zn和人体体液应构成第二类原电池，Zn为负极，其电极反应为：Zn－2e == Zn2+，Pt为正极，发生吸氧腐蚀的反应，O2＋2H2O＋4e ＝ 4OH－，但由于体液中有H+，产生的OH－将与H+反应生成水，正极反应即为上述两反应之和：
O2＋2H2O＋4e == 4OH－
4OH－＋4H+ == 4H2O
O2 ＋4H+ ＋ 4e == 2H2O
综上所述， 可得出如下结论：用导线连接或直接接触的任何两种活泼性不同的金属(其中一种可为碳棒)，只要其中一种是比Pt、Au活泼的金属，与任何电解质溶液接触均可构成原电池。原电池中，较活泼的金属作为负极；有的电解质溶液未参加反应，只是增加了溶液的导电性。
原电池是一次电池，蓄电池是二次电池。蓄电池在充放周期内可反复充电，反复使用，是可逆电池。如果我们把可逆电池看成是第三类“原电池”，则它与前两类原电池的区别在于前者的正极材料不参与反应，而蓄电池的两极都要参与反应，是一种可逆过程，充电即为电解过程，放电即为原电池，以此分析其电极反应。
例4．(94年高考题)银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：，在此电池放电时，负极上发生反应的物质是 ( )
A. Ag B. Zn(OH)2 C. Ag2O D. Zn
解析：放电为原电池的反应，即上述反应的逆过程，正、负极应是式子右边的物质。负极为Zn，电极反应为：Zn＋2H2O－2e ＝ Zn(OH)2＋2H+；正极为Ag2O，电极反应为：Ag2O＋2H+＋2e ＝ 2Ag+＋H2O 。故应选D。
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“原电池的原理及应用”教学反思
[教学原述]
通过铜—锌原电池的演示实验及动画演示电子流动情况，帮助学生理解原
电池的原理。我考虑到学生的知识迁移能力和概括能力还不是很强，没有让学生马上讨论“构成原电池的条件”。我对教材进行了处理，增加了一些演示实验（如下表），按铜—锌原电池的装置，变化电极材料和烧杯里的物质（其中实验6中锌和铜分别放在两个烧杯中），让学生通过预测、观察、对比、分析、归纳、得出结论。
序 号 电极材料 烧杯中物质 预测结果 实验结果
1 Zn——Zn 稀硫酸
2 Cu——Cu 稀硫酸
3 Zn——C（石墨） 稀硫酸
4 Zn——Cu 硫酸铜溶液
5 Zn——Cu 无水乙醇
6 Zn——Cu 稀硫酸
同学们一边兴致勃勃地预测实验结果，一边仔细观察实验现象。我一边引导学生积极思考，一边有序地做着实验。随着实验的进行，同学们顺利的得出了构成原电池的条件。然后学生通过练习巩固所学内容。从反馈来看，学生似乎掌握得很好了。
[问题分析]
课后有学生对我说，如果能让他们自己亲手做这些实验就好了。还有学生问：我家里的电动车里的电池的正负极及电解液是什么？每年要更换电池的原因是什么？怎样才能延长寿命？我被深深地触动了，我们往往只注重学生是否掌握了理论知识，而不注重学生是如何获得这些理论知识；只注重怎样让学生更快地掌握知识，而不舍得把时间还给学生，让学生自主探究理论知识。而且理论知识要联系生活实际，要为实际生活服务。我们是否就书本上的理论知识而理论知识？如此培养出来的学生显然缺乏应有的化学素养，只会是一个死读书的学生。
[反思视点]
反思一：本课例是典型的师导生学的教学模式，学生能很好地掌握知识点。但本课内容与生活联系很多，可以在对培养学生观察能力，动手能力，发现问题方面都有很好的资源连接，例如音乐卡片、废旧干电池、电动玩具、手机、电子手表、照相机、电动车、汽车等等。能不能调整课堂模式，让学生从生活中来提升学习知识能力呢？
反思二：学生在实际生活中有关原电池最关注的是什么？选择什么作为活动的切入点，怎样利用好所有的资源与活动内容进行最佳组合？怎样的形式来展开才能真正从学生的兴趣能力出发更好地引领学生？
反思三：找准切入点后整个活动的顺序安排怎样？从时间、材料、内容、重点难点、学生情况进行有机整合。
[模式改进]
课堂活动模式改为：
创设情境 → 探究活动 → 分析问题 → 探究加深 → 掌握新知
在一阵音乐贺卡的音乐声中开始了新的学习，学生们马上充满了好奇，音乐贺卡的工作原理是什么？然后我就顺水推舟的告诉学生要探究的主题。教师在每个桌子上提供以下材料：电极有铁、铜、锌、石墨；溶液有稀硫酸、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、无水乙醇；还有塑料绳、电线、电流计。学生从中挑选材料设计出原电池。学生先分组讨论，拟订实验方案，然后利用实验探究。教师参与其中，加以有效地引导、启发。学生实验完毕后，各小组汇报实验研究情况，小组间互相交流，从而理解原电池的原理及构成条件。最后教师设计问题情景让学生分析实际问题。课后布置家庭小实验——水果的原电池实验。
[课后体会]
在整个探究过程中，学生的学习热情如此高涨，课堂气氛相当活跃，最后提出的问题大大出乎意料。如有学生提问：在实验中把导线连接的铜片与锌片一同浸入稀硫酸中书本上说只有铜片上有气泡，可实验中明明锌片上也有气泡？铜—锌原电池中稀硫酸在不断的消耗，那手机上的电池为何不需要补充电解液？铜—锌原电池的装置改成铜—银原电池（电解质仍为稀硫酸），现象是否一样？教师引导学生自学课本内容，适当用课件辅助解决上述问题，并指导学生去查有关的资料。通过上述活动使学生增强了分析具体问题的能力，本课从提出问题到分析问题，解决问题后又诱使学生提出新的问题，从问题开始，最后又以问题结束，体现了一种全新的以问题为主链的课堂学习模式。
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电能（电力）：二次能源
资料卡片：一次能源和二次能源
化学能　　热能　　　机械能　　　　电能
燃烧
蒸汽
发电机
（分析火力发电的利与弊）
一、化学能与电能的相互转化
原电池：
把化学能转变为电能的装置.
[实验2-4]原电池原理的动画模拟
化学能　　　电能
？
（看书P37页回答问题）
电极材料 现象 电子得失 电极反应 原电池的电极
Zn片
Cu片
总的离子反应方程式
失
得
Zn－2e-＝ Zn2+
2H++ 2e-＝ H2↑
负极
正极
Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
有气体产生
Zn片溶解
原电池
“负极出电子，电子回正极”
必发生
失电子
的
氧化反应
必发生
得电子
的
还原反应
原 电 池 原 理
Zn—Zn与稀硫酸进行实验.
Cu—石墨与稀硫酸进行实验.
Zn—石墨与稀硫酸进行实验.
Fe—Zn与稀硫酸进行实验.
Cu—Zn与乙醇进行实验.
Cu—Zn与一个西红柿(或一个苹果)进行实验.
Cu—Zn与两个西红柿进行实验.
Cu—Zn与橙汁进行实验.
C
H2SO4
（不可以）
（不可以）
（可以）
（不可以）
原电池的构成条件
1、两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。
2、电解质溶液。
3、电极用导线相联构成闭合回路。
负极：电子流出的电极(较活泼的金属)
正极：电子流入的电极(较不活泼的金属、
石墨等)
原电池设计思路：
１．能自发进行的氧化还原反应
２．通常须两个活性不同的电极
３．电解质溶液
４．还原剂在负极失电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得电子,发生还原反应．
思 考 题
请根据反应
Fe + Cu2+ = Fe 2++ Cu
设计原电池，你有哪些可行方案
请同学们根据原电池的原理，指出下列原电池的正极与负极分别是什么？写出电极反应式和总反应方程式。
相同条件下，纯锌粒和粗锌粒与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？
原电池分析
电极反应式的书写
总反应方程式的书写
化学电池的反应本质：氧化还原反应
原电池电极名称的确定方法
①根据电极材料的性质确定。
通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。
②根据电极反应的本身确定。
失电子的反应→氧化反应→负极
得电子的反应→还原反应→正极
二、发展中的电源
氢氧燃料电池本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
大学教材 与 原电池 相关内容
原电池
丹尼尔电池（1936年）
Zn + Cu2+ —→ Zn2+ + Cu
电子的转移，离子的运动 无序 热能（即由化学能 → 热能）
组成电池后，使电子定向移动 （化学能 有序 电能）
原电池的组成
半电池和电极
铜半电池：铜片，铜盐
　
负极：锌片，给出电子，Zn - 2e —→ Zn2+ 氧化反应
正极：铜片，得到电子，Cu2+ + 2e —→ Cu 还原反应
氧化还原反应在电极表面进行，电极反应为：
氧化型 + ne —→ 还原型
2e
原电池反应：Zn + Cu2+ —→ Zn2+ + Cu
正负极也可以是惰性电极，如：Pt、石墨等，只起导电作用。
外电路
用金属导线把一个灵敏电流计与两个半电池中的电极串连起来。
电子由锌 → 铜，电流由铜 → 锌。电子由锌 → 铜，电流由铜 → 锌。
盐桥（是一种电解质溶液）
加入盐桥，才能使电流完整，产生电流。
作用：沟通电路，使溶液中体系保持中性。
制作：称取30g KCl和2g琼脂，放在100ml蒸馏水中浸泡过夜，再用小火（或温水浴）加热至琼脂几近溶解，趁热把此溶液充入盐桥管，将此盐桥浸在饱和KCl中备用。
原电池表示方法
（—）Zn|Zn2+（1mol·L-1）‖Cu2+（1 mol·L-1）|Cu（+）
负极在左边 固相和 溶液 盐桥 电极
液相的接界 浓度 电 对
若有气体，注明气体压力
电极电势
电极电势
电极电势的概念
电流产生的原因：两极之间有电势差（电动势E）（如水自然流动的水位差）
电势差产生的原因：参与氧化还原反应的物质得失电子的能力不同。
单个电极的电势无法测定，而电动势可用电位计测定。选定某种标准电极，人为规定它的电势值为0，那么，它和另一电极所构成的原电池的电动势就是另一电极的电势（φ）。
标准氢电极
1953年瑞典会议选定标准氢电极电势 = 0
2H+（1mol·L-1）+ 2e H2（101.3KPa）
规定298.15K时，φθ（H+/H2）= 0 [φθ（氧化型/还原型）]
标准电极电势
某一电极和标准氢电极组成原电池的电动势
例1：
PH2= 101.3KPa
CZn2+=1.0mol·L-1 CH+=1.0mol·L-1
原电池：
（—）Zn|Zn2+（1mol·L-1）‖H+（1mol·L-1）|H2（101.3KPa），Pt（+）
Eθ = φθ+—φθ—
标准电极电势（电势差），由实验测得。
0.7628(V) = 0 -φθ(Zn2+/Zn)
∴φθ(Zn2+/Zn)= -0.7628V
0.337(V) =φθ(Cu2+/Cu) - 0
∴φθ(Cu2+/Cu)= 0.337V
电极的种类
ⅰ)金属—金属离子电极
Zn|Zn2+ 、 Cu|Cu2+
ⅱ）气体—离子电极
Pt，H2（1atm）|H+（1mol·L-1） 、 Pt，Cl2（1atm）|Cl—（1mol·L-1）
Pt：较常用，固体导体，不起反应
ⅲ）金属—金属难溶盐—阴离子电极
Ag|AgCl|Cl—（1mol·L-1HCl）
（Pt）Hg|Hg2Cl2|Cl—（1mol·L-1KCl）→ 甘汞电极，稳定性好，使用方便
ⅳ）氧化还原电极
Pt插入同一元素不同氧化数的二种离子的溶液中。
φθ(Fe3+/Fe2+)= 0.771V φθ(Sn4+/Sn2+)= 0.154V
φθ(Cr2O72-/Cr3+)= 1.33V φθ(MnO4-/Mn2+)= 1.51V
标准电极电势表 P530表3
格式：氧化型 + ne 还原型 φθ（氧化型/还原型）
注意：①本书采用的是还原电势（+ne，被还原），与氧化电势数值相同，符号相反。
②酸性介质，有H+出现，φθA
碱性介质，有OH—出现，φθB ，表中用“*” 表示
介质酸碱性使物质存在形式不同，φθ不同。
③φθ与电子得失多少无关，即与计量数无关。
φθ意义：①φθ指给定电极与φθ（H+/H2）组成原电池的Eθ；
②φθ正值越大，表示在电极反应中吸收电子能力越强，氧化性强；
反之，φθ负值越大，表示在电极反应中失电子能力越强，还原性强。
影响电极电势的因素：——Nernst方程
随着反应的进行，离子浓度发生变化，标准态变为非标准态，φ变化。
　
φ：电对在某一浓度时的电极电势
R：气体常数，8.314 J·K-1·mol-1
F：法拉第常数，96486 C·mol·L-1 C库仑
T：热力学温度，一般用298.15K
n：电极反应式中转移的电子数
从公式中可看出，φ首先取决于电对的本性（φθ，n），另外，R、F为常数，φ还与T、浓度有关。
将各常数代入，并将ln → lg，得：
　
例：P130，例4
应先写出电极反应，再写出能斯特方程
①[氧化型]或[还原型]对φ的影响
从φ表达式可看出，[氧化型]↑或[还原型]↓，使φ↑
例1：计算[Cu2+]= 0.001mol/l时, φ(Cu2+/Cu)
[Cu2+](mol/l) φ(V)
0.001 降 0.248 降，表中位置上移
1.0 0.337
例2：计算[OH—]= 0.1mol/l，PO2 = 101.3KPa时, φ(O2/OH—)
O2 + 2H2O + 4e 4OH—
　
　
　
[Cu2+](mol/l) φ(V)
0.001 降 0.248 降，表中位置上移
1.0 0.337
②酸度对φ的影响
P131，例7
根据电极反应式，写出φ表达式
代入[H+]，求出φ值
[H+]=1mol/l φ(MnO4—/Mn2+)=1.51V
第1节 电极电势的应用
氧化剂与还原剂的相对强弱
标准电极电势表，φθ正值越大，氧化性越强；
φθ负值越大，还原性越强
实验室或工业上：
氧化剂：φθ＞1.0V，KMnO4，K2Cr2O7，（NH4）2S2O8，H2O2，O2，MnO2等
还原剂：φθ≤0V，Mg，Zn，Sn2+，SO32-，S2O32-，H2等
氧化还原反应可能进行的方向和次序
当外界条件一定，且皆取标准态，反应方向一般是：
氧化剂与还原剂的相对强弱
标准电极电势表，φθ正值越大，氧化性越强；
φθ负值越大，还原性越强
实验室或工业上：
氧化剂：φθ＞1.0V，KMnO4，K2Cr2O7，（NH4）2S2O8，H2O2，O2，MnO2等
还原剂：φθ≤0V，Mg，Zn，Sn2+，SO32-，S2O32-，H2等
氧化还原反应可能进行的方向和次序
当外界条件一定，且皆取标准态，反应方向一般是：
强氧化型1 + 强还原型2 =弱还原型1 + 弱氧化型2
在标准电极电势表中，氧化型（左边）越往下，氧化能力越强；还原型（右边）越往上还原
能力越强。
∴反应发生方向：左下方的氧化型物质与右上方的还原型物质反应，即“对角线方向相互反应”。
例1： Zn|Zn2+ ‖ Cu|Cu2+
Zn2+ + 2e =Zn - 0.763
Cu2+ + 2e =Cu + 0.337
∴ Zn|Zn2+ 负极, Cu|Cu2+ 正极;Cu高价 + Zn低价
Zn + Cu2+ =Zn2+ + Cu
例2：2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+判断反应方向
Cu2+ + 2e =Cu + 0.337
×2） Fe3+ + e =Fe2+ + 0.771
∴Fe高价 + Cu低价
2Fe3+ + Cu → 2Fe2+ + Cu2+
例3：判断Fe3+，I—能否共存
φθ(Fe3+/Fe2+)= 0.771V φθ(I2/I—)= 0.5345V
∴Fe3+和I—能起反应，不能共存。
例4：根据φθ比较下列各电对中物质的氧化性、还原性相对强弱，找出最强的氧化剂、还原剂，并写出它们之间的反应式。
HClO/Cl2 Cl2/Cl— MnO4—/Mn2+
φθ（V） 1.63 1.36 1.51
φ值越大，其氧化型的氧化能力越强，φ值越小，其还原型的还原能力越强。
∴HClO的氧化能力最强，Cl—的还原能力最强。
Cl2 + 2e = 2Cl— 1.36V
2HClO + 2H+ + 2e = Cl2 + 2H2O 1.63V
2HClO + 2Cl— + 2H+ = 2Cl2 + 2H2O
即：HClO + Cl— + H+ = Cl2 + H2O
例5:在一含有I—、Br—的混合液中，
逐步通入Cl2 ，哪一种先游离出来？
要使I2游离，而Br2不游离，应选择Fe2（SO4）3还是KMnO4的酸性溶液？
φθ（V）
解：① I2（S）+ 2e = 2I— 0.5345
Br2（l）+ 2e = 2Br— 1.065
Cl2（g）+ 2e = 2Cl— 1.36
∴I—比Br—的还原性强，I2先游离出来。
② I2（S）+ 2e = 2I— 0.5345
Fe3+ + 2e = Fe2+ 0.771
Br2（l）+ 2e = 2Br— 1.065
MnO4— + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 1.51
应选择φθ在I2/I—和Br2/Br—之间
∴应选择Fe2（SO4）3 。
氧化还原反应进行的程度
例1：计算Cu—Zn反应的平衡常数。
将Zn投入CuSO4中，
Zn + Cu2+ =Zn2+ + Cu
K = [Zn2+]/[ Cu2+] V正 = k[Cu2+]，V逆 = k[Zn2+]
随着反应的进行：
a：从速度分析，随着反应的进行，[Zn2+]↑，[Cu2+]↓，正反速率逐渐相等，反应不再进行；
b从φ分析，
　
　
∴[Zn2+]↑，φ(Zn2+/Zn) ↑；[Cu2+]↓，φ(Cu2+/Cu)↓
至φ(Zn2+/Zn) =φ(Cu2+/Cu)，达到平衡，反应终止。
此时，
变形得：
即：
K=1.6×1037
∴反应进行地很完全。
公式：
或： 或：
n指总反应的电子转移数。
注意：①K与浓度无关，只决定于标准电极电势的大小，两值相差越大，反应进行得越完全；
②标准电极电势从热力学观点来衡量氧化还原反应进行的可能性和进行程度，但不能预测
反应速度；而实际反应中必须同时考虑。
如：2MnO4— + 5Zn + 16H+ = 2Mn2+ + 5Zn2+
K = 4.7×1051，但反应速度很慢，须催化。
5S2O82— + 2Mn2+ + 8H2O = 10SO42— + 2MnO4— + 16H+
K = 2.88×1084，但须加热，Ag+催化。
③不能应用于高温、固气相、非水溶液等。
元素电势图及其应用
什么叫元素电势图
例：已知：φ(O2/H2O2) = 0.682V, φ(H2O2/H2O) = 1.77V,
φ(O2/H2O) = 1.229V
元素电势图:(氧元素)
0 -1 -2
O2 0.682 H2O2 1.77 H2O
1.229
将元素不同氧化态,按氧化数由高到低顺序排列成行；（与电对的表示相一致）
在两物质间用直线连接表示一个电对；
在直线上标明此电对的标准电极电势。
元素电势图的应用
从元素电势图可清楚看出某元素各氧化态的氧化还原性以及介质对氧化还原性的影响；
1.56 1.49
φθA ClO4— +1.19 ClO3— +1.21 HClO2 +1.64 HClO +1.63 Cl2 +1.36 Cl—
θB ClO4— +0.36 ClO3— +0.33 ClO2— +0.66 ClO— +0.42 Cl2 +1.36 Cl—
0.52 0.62
φθA＞ 1V ；除φθ（Cl2/Cl—）外，φθB＜ 1V
∴氯的含氧酸作氧化剂时，应在酸性介质中进行；作还原剂时，应在碱性介质中进行。元素的一种氧化态同时向较高和较低的氧化态转化的过程称为歧化反应。
例1： φθB ClO— 0.42 Cl2 1.36 Cl—
φθB
2ClO— + 2H2O + 2e =Cl2 + 4OH— 0.42
Cl2 + 2e =2Cl— 1.36
∴歧化反应能够进行。
Cl2 + 2 OH— —→ ClO—+ Cl— + H2O
例2： Cu2+ 0.159 Cu+ 0.52 Cu
2 Cu+ —→ Cu2+ + Cu
∴φθ右﹥φθ左，歧化反应能够自发进行。
判断歧化反应的逆反应能否自发进行
例3：φθA HClO 1.63 Cl2 1.36 Cl—
φθA
Cl2 + 2e =2Cl— 1.36
2HClO + 2H+ + 2e =Cl2 + 2H2O 1.63
HClO + Cl— + H+ —→ Cl2 + H2O
∴φθ左﹥φθ右，歧化反应的逆反应能够自发进行。
第四节 氧化还原滴定分析
1．氧化还原反应
1．电极电位和Nernst方程式

2．Nernst方程式应用
①计算电池的电动势 ↓电池标准电动势
②计算平衡常数：
③计算未知半电池反应的标准电位
3．氧化还原反应的方向、程度和速度：
电位高、氧化能力强：方向：①盐效应（次要）②沉淀效应（电对电位发生了改变）③
络合物效应（降低氧化形条件电位）④酸效应
进行程度： K 越大，反应越完全
反应完全程度要在99.9%以上
两个电对的标准电位或条件电位相差0.3~0.4v即可达要求
反应速度：①反应物性质②反应物浓度③溶液温度④催化剂的作用
2．氧化还原滴定
1．滴定曲线：


①滴定开始前：E无法计算
两式相加：求得Esp=1.06V
④计量点后：采用Ece4+/ce3+计算，如Ce4+有0.1%过量时，

将计算结果列表并作图
2．指示剂 ①自身指示剂：如 、 滴定
②（专属）特殊指示剂：如淀粉
③氧化指示剂：如邻二氮菲、亚甲蓝、二苯胺
3．滴定终点误差：
nT=滴定剂的电子转移数
nX=被测物的电子转移数
（MT）ep=终点时滴定剂的摩尔浓度
(Mx)ep=终点时被测物的摩尔浓度
(Mx)总=如果完全未被滴定，被测物在终点时应有的摩尔浓度
4．滴定前的预处理：
①加氧化剂：（NH4）2S2O8、H2O2、NaBiO3、KMnO4、HClO4
②加还原剂：Zn、Al、SnCl2、锌汞齐等
3．碘量法（Iodimetry）：碘 作氧化剂或碘化物作还原剂
碘标准液配制（间接法）
直接碘量法：I－3液直接滴定；

剩余滴定→加过量I2液，待反应完全后，用Na2S2O3标准溶液滴定剩余I2，如葡萄糖的含量测定
（间接法）Na2S2O3标准溶液配制：
①使用刚刚煮沸并已放冷的蒸馏水；
②加Na2CO3作稳定剂；
③盛于棕色瓶内；
④放置七天标定。
原理：
药物中微量水份测定（Karl Fischer法）→原理：根据碘和二氧化硫在吡啶和甲醇溶液中能与水起定量反应（的原理以测定水份）。
滴定剂：I2+SO2+C5H5N+无水CH3OH按一定比例组成

注意：调酸度用H2SO4，控制在1~2M适宜，不能用HNO3和HCl
KMnO4标准溶液：间接法配制（常混入MnO2杂质）用新煮沸过的冷蒸馏水溶解定 ，置于棕色玻璃瓶内。
指示剂：二苯胺磺酸钠或自身指示剂
标准常用基准物：Na2C2O4

5．亚硝酸钠法（Sodium nitrite method）
适用条件： ①酸性介质
②芳伯胺或芳仲胺类化合物
③永停法或外指示剂法确定终点。
NaNO2标准液Na2CO3 PH10稳定
标定基准物：对氨基苯磺酸
其它氧化还原滴定法：①KBrO3法②溴量法③铈量法④KIO4法⑤重铬酸钾法
　第五节 电位法及永停滴定法
●电化学分析：根据电化学原理进行物质成分分析。
电化学分析：
①电解法：通电时，待测物在电池电极上发生定量沉积的性质以确定待测物含量的分析方法。
②电导法：依据溶液的电导，以确定待测物含量。
③电位法：根据测量电极电位，以确定待测物含量。
④伏安法：依电解时得到的电流－电压曲线为基础进行分析。
1．电位法的基本原理
●电极电位（相界电位）：金属插入该金属盐的溶液中，形成双电层，达平衡后相界两边产生一个稳定的电位差。
●液接电位：两种组成不同，或组成相同浓度不同的电解质溶液接触界面两边存在的电位。
●化学电池：原电池：化学能→电能；电解池：电能→化学能。

上图是Daniell电池：

电池反应：
电池电动势：
●指示电极：一种电极的电位随溶液中待测离子的活度（或浓度）的变化而变化。
①金属－金属离子电极
②金属－金属难溶电极
③惰性金属电极
④膜电极
●参比电极：电极的电位不受溶液组成变化的影响，其电位值基本固定不变。
①银－氯化银电极；②饱和甘汞电位（SCE）。
SCE可表示为：
●电极电位的测量：欲测某电极值，可将它作为负极，与一合适的参比电极作为正极组成原电池。
2．直接电位法：
●玻璃电位构造及原理：
构造：玻璃膜球、缓冲溶液、银氯化银电极、电极导线等组成。
原理：

玻璃电极的电位：
●测量原理：（一）玻璃电极|待测溶液||SCE（+）

两次测量法：先用－PH已知的标准缓冲溶液与玻璃电极和SCE组成电池。

☆ 离子选择性电极（ISE）：是一种对溶液中特定离子有选择性响应能力的电极。


●离子选择性电极的性能：X——选择响应离子。Y——发生干扰响应离子。

，愈小，电极对X离子响应的选择性愈高，离子的干扰作用愈小。
ISE测量待测物离子浓度：①两次测量法；②标准曲线法（作图法）；③标准加入法。
3．电位滴定法：见图
●确定终点的方法：

电位滴定法实际应用：酸碱滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定、配位滴定、非水滴定。

4．永停滴定法（Dead－stop titration）
注意：该法属于电流滴定法而不属于电位滴 药典的法定方法：重氮化滴定，Karl－Fischer法测水分。把两个相同的指示电极插入待滴定的溶液中，在两个电极间外加一小电压（约几十毫伏），然后进行滴定。　
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原电池和电解池的比较
一．宏观认识：
二．不同点：
（1）原电池是对外供电的，是自发的；而电解池需要通电，是被动的。
（2）原电池是将内部的化学能转化为电能；而电解池则刚好相反，是将电能转化为化学能的。
（3）原电池的电子流向刚好跟电流的方向相反（电流是正电荷的流向，电子带负电）；电解池则刚好跟原电池电子的流向相反（电子经负极流出到电解池中）。电子的流向又代表电子的得失，因此，可据此写电极反应方程式。
（4）原电池是叫正、负极，电解池叫阴、阳极。
三．相同点：（1）都是发生氧化还原反应。非氧化还原反应与此无关。
（2）都需要电解质溶液。
（3）都需要形成闭合回路。
四．练习：
（低层次）
1．写出电解下列溶液的产物：
CuCl2 CuSO4 Na OH
NaCl Na2SO4
2．写出电解下列溶液的电极反应方程式及总方程式
CuCl2
NaCl
Na2SO4
NaNO3
(中层次)1.C 2.C
1． 用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，现加入一定质量的另一种物质（括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是
A. CuCl2 [CuSO4] B. NaOH [NaOH]
C. NaCl[HCl] D. CuSO4 [Cu(OH)2]
2．以铁为阳极，铜为阴极对足量 NaOH溶液电解，一段时间后得到了共2molFe(OH)3固体。那么此间共消耗了水（ ）
A. 3mol B. 4mol C. 5mol D.6mol
(高层次)
1.
1．（2004全国理综）（11分）电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液；是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
⑴若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为 ,
在X极附近观察到的现象是 。
② Y电极上的电极反应式为 ，检验 该电极反应产物的方法是
。
⑵如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是 ，电极反应式为
②Y电极的材料是 ，电极反应式为
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原电池图形题考点精评
原电池图形题是考察学生基本知识、实验的观察及分析能力、实际生活知识三者结合在一起的综合能力题。最初学生掌握起来难度较大。下面以8个考点为主线进行分析。
一、判断是否形成原电池
牢记形成原电池的三个条件：①两个活动性不同的金属或金属和非金属（如石墨）做电极。②电解质溶液。③形成闭合回路
考点一：原电池的电极（石墨电极和Pt电极是良好的惰性电极）
例：下图装置中能够组成原电池的是___________。
答案：③④⑤⑥
提示：③的粗锌与酸接触与生铁的钢铁腐蚀相似。
考点二：原电池的电解质溶液（至少能与其中一种电极反应的）
例：下图装置中不能组成原电池的是______。
答案：①②
考点三：原电池的闭合回路（可串联电流表或安培表）
例：下图装置中不能组成原电池的是_______。
答案：①②
提示：④、⑤、⑥两个电极直接相连，不形成外电路，但构成闭合回路，形成原电池。
二、电极的判断
电极特征：
正极：较不活泼金属或非金属作正极；发生还原反应（电极材料不反应）。
负极：较活泼金属作负极；发生氧化反应（电极材料反应）。
考点四：比较两种金属的金属性强弱
例：有A、B、C三种金属，两两分别接触并同处于稀H2SO4中，反应结果如图，三种金属活动性由大到小的顺序是_______。
答案：C＞B＞A。
考点五：金属腐蚀加快或减慢的判断。
例：分别放置在如图所示装置（都盛有0.1mol·L-1的H2SO4溶液）中的四个相同的纯锌片，腐蚀最快的是（ ）
答案：C
考点六：原电池的电极质量变化。
例：如下图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液。
（1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）_______。
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
（2）产生上述现象的原因是____________________________。
答案：（1）D（2）加入CuSO4溶液后，形成Fe-Ag原电池；Fe溶解，铁圈减轻，Cu2+在Ag圈上得电子析出，银圈增重
三、原电池的电极反应
原电池电极反应特征：①负极反应一般比较简单，金属原子失电子；②正极反应=氧化还原总反应－负极反应；③正、负极的电极反应的电子数必须相等。
考点七：电极反应方程式的书写。
例：如下图由浓H2SO4、Cu、Al组成一个原电池，已知Cu、Al过量。试写出可能的电极反应式，并指出正、负极及电极反应类型。
（1）Al片：___________、___________。（可不填满，也可补充，下同）；
（2）Cu片：___________、___________。
答案：（1）开始Al片为正极：2H2SO4+2e－＝SO2↑+2H2O+（或4H+++2e－＝SO2↑+2H2O）（还原反应）、后来为负极：2Al－6e－＝2Al3+（氧化反应）
（2）开始Cu片为负极：Cu-2e－=Cu2+（氧化反应）、后来为正极：6H++6e－＝3H2↑（还原反应）
思考：如果将浓H2SO4改为浓HNO3则情况相同。
考点八：实验设计能力
例：请利用氧化还原反应：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计一个原电池。
解析：化学反应符合设计要求，该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：
氧化半反应（负极反应）
Cu-2e－＝Cu2+
还原半反应（正极反应）：
2Fe3++2e－＝2Fe2+
结合原电池构成的条件而定，负极材料为铜，正极材料可用石墨，电解质溶液为FeCl3溶液。
答案：该原电池的设计图为：
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1．确定金属活动性顺序
例1．（1993年上海高考化学题）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）
A．D＞C＞A＞B B．D＞A＞B＞C
C．D＞B＞A＞C D．B＞A＞D＞C
解析：根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性A＞B。另可比较出金属活动性D＞A，B＞C。故答案为B项。
2．比较反应速率
例2．（2000年北京春季高考化学题）100mL浓度为2 mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）
A．加入适量的6mol·L-1的盐酸
B．加入数滴氯化铜溶液
C．加入适量蒸馏水
D．加入适量的氯化钠溶液
解析：向溶液中再加入盐酸，H+的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。本题答案为B项。
3．书写电极反应式、总反应式
例3．（2000年全国高考理综题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐 混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：
阳极反应式：2CO+2CO32--4e-== 4CO2
阴极反应式：_________________，
电池总反应式：_______________。
解析：作为燃料电池，总的效果就是把燃料进行燃烧。本题中CO为还原剂，空气中O2为氧化剂，电池总反应式为：2CO+O2==2CO2。用总反应式减去电池负极（即题目指的阳极）反应式，就可得到电池正极（即题目指的阴极）反应式：O2+2CO2+4e-== 2CO32- 。
4．分析电极反应
例4．（1999年全国高考化学题）氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是：
(1/2)H2+NiO(OH) Ni(OH)2
根据此反应式判断下列叙述中正确的是（ ）
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 　
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被还原　　　　　　　　　
D．电池放电时，H2是负极
解析：电池的充、放电互为相反的过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。根据氢镍电池放电时的总反应式可知，电解质溶液只能是强碱性溶液，不能是强酸性溶液，因为在强酸性溶液中NiO(OH)和Ni(OH)2都会溶解。这样可写出负极反应式：H2+2OH--2e- == 2H2O，H2为负极，附近的pH应下降。放电时镍元素由+3价变为+2价，被还原，充电时氢元素由+1价变为0价，被还原。故答案为C、D项。
例5．（2000年全国高考理综题）钢铁
发生电化学腐蚀时,负极发生的反应（ ）
A．2H++2e-==H2 B．2H2O+O2+4e-== 4OH-
C．Fe-2e-==Fe2+ D．4OH-+4e-==2H2O+O2
解析：钢铁在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，负极为铁，正极为碳，电解质溶液为溶有O2或CO2等气体的水膜。当水膜呈弱酸性或中性时发生吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H2O+O2+4e-== 4OH-；当水膜呈酸性时发生析氢腐蚀，负极反应为：Fe-2e-==Fe2+，正极反应为：2H++2e-==H2。钢铁的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。故答案为C项。
5．判断原电池的电极
例6．（2001年广东高考化学题）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：
由此可知，该电池放电时的负极材料是（ ）
A．Cd(OH)2 B．Ni(OH)2
C．Cd D．NiO(OH)
解析：此电池放电时为原电池反应，所列反应由右向左进行，Cd元素由0价变为+2价，失去电子，被氧化，故Cd是电池的负极反应材料。本题答案为C项。
例7．（2001年上海高考化学题）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ ）
A．阴极 B．正极 C．阳极 D．负极
解析：铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性Zn＞Cu，故Zn为负极。答案为D项。
6．原电池原理的综合应用
例8．（2004年天津高考理综题）下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是 ( )
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH--4e-== 2H2O+O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
解析：分析氢氧燃料电池原理示意图，可知a极为负极，其电极反应为：2H2-4e-==4H+，b极为正极，其电极反应为：O2+2H2O+4e-==4OH-，电池总反应式为：2H2+O2==2H2O。H2为还原剂，O2为氧化剂，H2、O2不需全部储藏在电池内。故答案为B项。
例9．（2004年江苏高考化学题）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l) ==
Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)
下列说法错误的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
解析： 该电池的电解液为KOH溶液，结合总反应式可写出负极反应式：Zn(s)+2OH-(aq)-2e- == Zn(OH)2(s)，用总反应式减去负极反应式，可得到正极反应式：2MnO2(s)+H2O(1)+2e- == Mn2O3(s)+2OH-(aq)。Zn为负极，失去电子，电子由负极通过外电路流向正极。1molZn失去2mol电子，外电路中每通过O.2mol电子，Zn的质量理论上减小6.5g。故答案为C项。
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原电池专题训练
1、 分别放置在图4—10所示装置(都盛有0.1 mol·L－1的H2SO4溶液)中的四个相同的纯锌片，腐蚀最快的是
2、有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀．将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈．将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化．如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出．据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是
　A．d、c、a、b B．d、a、b、c
　C．d、b、a、c D．b、a、d、c
3、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：
此电池放电时，负极上发生反应的物质是
　A．Ag B．Zn(OH)2 C．Ag2O D．Zn
4、实验室欲制氢气，所用稀盐酸和稀硫酸的浓度相同，反应速率最快的是
　A．纯锌与稀硫酸反应 B．纯锌和浓硫酸反应
　C．纯锌与稀盐酸反应 D．粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应
5、钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是
　A、2H+ +2 e－= H2 B、Fe2+ +2e－ =Fe
　C、2H2 O+O2+4e－ =4OH－ D、Fe3++e－ =Fe2+　
6、已知空气—锌电池的电极反应为：
锌片：Zn＋2OH－－2e－＝＝＝ZnO＋H2O；
碳棒：1/2 O2＋H2O＋2e－＝＝＝2OH－
据此判断，锌片是
　A．正极，并被还原 B．正极，并被氧化
　C．负极，并被还原 D．负极，并被氧化
7、在铁的电化学腐蚀中，发生还原反应的那个电极上进行的电极反应是
　A．2H2O＋O2＋4e－＝＝＝4OH－
　B．2H＋＋2e－＝＝＝H2
　C．4OH－－4e－＝＝＝2H2O＋O2
　D．Fe－2e－＝＝＝Fe2＋
8、家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中发生的化学反应的是
　A、4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
　B、2 Fe2+ + 2H2O + O2 +4 e－= 2Fe(OH)2
　C、2H2O + O2 +4e－= 4OH－
　D、Fe－3 e－ = Fe3+
9、如图4—14所示的装置能够组成原电池且产生电流的是
10、把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池．若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极．则这四种金属的活动性顺序由大到小为
　A．A＞b＞c＞d B．A＞c＞d＞b
　C．C＞a＞b＞d D．B＞d＞c＞a
11、燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能．氢氧燃料电池的基本反应是：
X极：1/2O2(g)＋H2O(l)＋2e－＝＝＝2OH－
Y极：H2(g)＋2OH－＝＝＝2H2O(l)＋2e－
下列判断正确的是
　A．X是正极 B．Y是正极
　C．Y极发生还原反应 D．Y极发生氧化反应
12、铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4＝＝＝2PbSO4＋2H2O，下列结论正确的是
　A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小
　C．SO42－只向PbO2处移动 D．电解质溶液pH不断增大
13、埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是
　A．在含铁元素较多的酸性土壤中 B．在潮湿疏松的碱性土壤中
　C．在干燥致密不透气的土壤中 D．在含碳粒较多，潮湿透气的中性土壤中
14、实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取氯气,已知铅蓄电池放电时发生如下反应:负极 Pb+SO42－=PbSO4+2e－ 正极 PbO2+4H++SO42－+2e－=PbSO4+2H2O
今若制得Cl2l0.050摩,这时电池内消耗的H2 SO4的物质的量至少是
　A、0.025摩 B、0.050摩 C、0.10摩 D、0.20摩
15、下列关于实验现象的描述不正确的是
　A、把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
　B、用锌片做阳极，铁片做做阴极，电解氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌
　C、把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
　D、把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
16、氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是
　A、电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 　
　B、B、电池放电时，镍元素被氧化
　C、电池充电时，氢元素被还原
　D、电池放电时，H2是负极
17、如图4—15所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡．小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液．
片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)_______．
　A．铁圈和银圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变
　C．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜
18、下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是
　A、在氧化－还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多
　B、同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强
　C、甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能
　D、将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极
19、我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯已研制成功．这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源产生电流．只要把灯放入海水中，数分钟后就会发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20～50倍．试推测此种新型电池可能的基本结构及电极反应式：
(1)__________是负极，电极反应式为___________________________．
(2)__________是正极，电极反应式为___________________________．
20、如图4—16所示，组成一个原电池．
图4—16
(1)当电解质溶液为稀硫酸时：
①Fe电极是__________(填“正”或“负”)极，其电极反应为________________________，该反应是__________(填“氧化”或“还原”)反应；
②Cu电极是__________电极，其电极反应为______________________，该反应是__________反应．
(2)当电解质溶液为稀硝酸时：
①Fe电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
②Cu电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
21、如图4—17所示，烧杯内盛有浓HNO3，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时，Fe、Pb都有剩余．试写出可能的电极反应式，并指出正、负电极及电极反应类型．
(1)Fe：____________ _、
______________ _(可不填满，也可补充，下同)；
(2)pb片：____________________ _、
____________________ _．
22、某原电池中，电解质溶液为稀H2SO4,分别向负极通入CO(或CH4、或H2S),向正极通入O2(或Cl2),试完成下列问题：
(1)当分别通入CO和O2时：
　①正极反应：________________________；
　②负极反应：________________________；
　③电池总反应：________________________；
　④电解质溶液pH的变化_______．(填“增大”“减小”或“不变”．下同)
(2)当分别通入CH4和O2时：
　①正极反应：_______________；②负极反应：_______________；
　③电池总反应：_______________；④电解质溶液pH的变化：__________．
(3)当分别通入H2S和Cl2时：
　①正极反应：_______________；②负极反应：_______________；
　③电池总反应：_______________；
　④电解质溶液pH的变化：_______．
23、某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向负极通入C2H4、C2H2或Al(g)，分别向正极通入O2或Cl2．试完成下列问题：
(1)当分别通入C2H4和O2时：
　①正极反应：_______________；
　②负极反应：_______________；
　③电池总反应：________________________；
　④溶液pH的变化：__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)．
(2)当分别通入C2H2和O2时：
　①正极反应：_______________；
　②负极反应：_______________；
　③电池总反应：_______________；
　④溶液pH的变化：_______________．
(3)当分别通入Al(g)和Cl2时：
　①正极反应：_______________；
　②负极反应：_______________；
　③电池总反应：_______________；
　④溶液pH的变化：_______________．
24、已知可逆反应：
AsO43-＋2I－＋2H＋AsO33-＋I2＋H2O
据此设计出如图4—18所示的实验装置(装置中盐桥的作用是使整个装置形成一个闭合回路)．进行如下操作：
图4—18
(Ⅰ)向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安表指针偏转；
(Ⅱ)若改向(B)烧杯中滴加40% NaOH溶液，发现微安表指针向前述相反方向偏转．
试回答下列问题：
(1)两次操作过程中微安表指针为什么会发生偏转？
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？
(3)(Ⅰ)操作过程中，C1棒发生的反应为_______________．
(4)(Ⅱ)操作过程中，C2棒发生的反应为_______________．
25、锌－锰干电池是普遍使用的化学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。工作时反应方程式是：
Zn＋2MnO２＋2NH４＋＝Zn２＋+Mn２O３＋２NH３＋H２O
（1）试写出干电池放电时的正、负电极反应式：
正极：_________________________________负极：________________________________
干电池用久了就会变软，其原___________________________________________________。
（2）正极反应中，前后经历下列反应：2NH4＋＋2e－＝2NH3＋H2；2MnＯ2＋H2＝Mn2O3＋H2O，如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作。
试说明理由：_________________________________________________________________。
26、熔融盐燃料电池因具有高效率而受重视。可用Li2CO3和Na2CO3熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气作为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式。
阳极反应式：2CO＋2CO32－＝4CO2＋4e－
阴极反应式：___________________________________。
27、银器皿日久表逐渐变成黑色，这是由于生成了Ag2S，有人设计了用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中与容器接触，放置一段时间，黑色就会褪去而不会损失。
试回答：在此原电池反应中，负极发生的反应为：__________________，正极反应为：____________________，反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，则原电池总反应方程式为：_____________________________________。
28、据报道，最近摩托罗拉（MOTOROLA）公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量是现用镍氢电池和锂电池的10倍，可连续使用1个月充电一次。假定放电过程中，甲醇完全氧化产生的CO2被充分吸收生成CO32－
（1）该电池反应的总离子方程式为____________________________________________。
（2）甲醇在____极发生反应（填正或负），电池在放电过程中溶液的pH将____（填降低或上升、不变）；若有16克甲醇蒸气被完全氧化,产生的电能电解足量的CuSO4溶液，（假设整个过程中能量利用率为80％），则将产生标准状况下的O2________升。
（3）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3（Y：钇）的ZrO2（Zr：锆）固体，它在高温下能传导O2－离子（其中氧化反应发生完全）。以丁烷（C4H10）代表汽油。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
①电池的正极反应式为____________________________________________。
②放电时固体电解质里的O2－离子的移动方向是向____________极移动（填正或负）。
答案
1、C　 2、B 　3、D 　4、A 　5、C 　6、D 　7、A 　8、AC 　9、AC 　10、B
11、AD 　12、D 　13、C 　14、C 　15、C 　16、CD 　17、D 　18、CD
19、(1)Al 4Al－12e－＝4Al3＋　　　　　(2)石墨3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－
20、(1)①负Fe－2e－＝Fe2＋氧化　　　②正2H＋＋2e－＝H2↑还原
(2)①负Fe－3e－＝Fe3＋(或Fe－2e－＝Fe2＋)氧化　②正4H＋＋NO3－＋3e－＝NO↑＋2H2O还原
21、(1)开始时，Fe是正极：4H＋＋2NO3－＋2e－＝2NO2↑＋2H2O(还原反应)；后来，Fe是负极：3Fe－6e－＝3Fe2＋(氧化反应)．
(2)开始时，Pb是负极：Pb－2e－＝Pb2＋(氧化反应)；后来，Pb是正极：2NO3－＋8H＋＋6e－＝＝2NO↑＋4H2O(还原反应)．
22、(1)①O2＋4e－＋4H＋＝2H2O 　　②2CO－4e－＋2H2O＝2CO2＋4H＋
③2CO＋O2＝2CO2↑④不变
(2)①2O2＋8e－＋8H＋＝4H2O 　　　②CH4－8e－＋2H2O＝CO2↑＋8H＋
③CH4＋2O2＝CO2↑＋2H2O 　　　④变大
(3)①Cl2＋2e－＝2Cl－　　　　　　　　　　　　②H2S－2e－＝2H＋＋S
③Cl2＋H2S＋＝2Cl－＋2H＋　　　　　　④变小
23、(1)①3O2＋12e－＋6H2O＝12OH－②C2H4－12e－＋16OH－＝2CO32－＋10H2O③C2H4＋3O2＋4OH－＝2CO32－＋4H2O④减小
(2)①5O2＋20e－＋10H2O＝20OH－②2C2H2－20e－＋28OH－＝4CO32－＋16H2O
③2C2H2＋5O2＋8OH－＝4CO32－＋6H2O④减小
(3)①3Cl2＋6e－＝6Cl－②2Al－6e－＋6OH－＝2Al(OH)3↓(或2Al－6e－＋8OH－＝2AlO2－＋4H2O)③3Cl2＋2Al＋6OH－＝2Al(OH)3↓＋6Cl－(或3Cl2＋2Al＋8OH－＝6Cl－＋2AlO2－＋4H2O)④减小
24、(1)两次操作均发生原电池反应，所以微安表指针会发生偏转．
(2)两次操作，电极相反，电子流向相反，因而指针偏转方向相反．
(3)2I－－2e－＝I2
(4)AsO33－＋H2O－2e－＝AsO43－＋2H＋(或AsO33－＋2OH－－2e－＝AsO43－＋H2O)
25、（1）2NH4++2MnO2+2e－=2NH3+Mn2O3+H2O Zn－2e－=Zn2+ 电池放电过程中有水产生、锌筒变薄造成干电池变软
（2）正极反应的中间产物H2附着于石墨，增加电池内阻。
26、O2+2CO2+4 e－= 2CO32－
27、2Al－6e－=2Al3+ 3 Ag2S+6 e－=6Ag+3S2－
2Al+3 Ag2S +6H2O=Al（OH）3+6 Ag+3H2S↑
28、（1）、2CH3OH+3O2+4OH－=2CO32－+6H2O（2）、负下降13.44（3）、①　O2+4e－=2O2－
②　负
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第四节 原电池原理及应用
实验3-8：现象
左杯：铁丝上有气泡产生
右杯：铜丝上也有气泡产生
原电池概念：
把化学能转化为电能的装置叫原电池。
电极名称：
负极（较活泼金属）：
电子流出的一极
正极（较不活泼金属或惰性电极）：
电子流入的一极
一、原电池
原电池原理：
氧化还原反应（在两极上发生）
正极：发生还原反应
负极：发生氧化反应
如：2H+ + 2e- === H2↑
如：Zn – 2e- === Zn2+
电池反应：
Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
构成原电池的条件：
1、电极：
活动性不同的金属或金属和非金属
3、电解质溶液
2、电极要接触（或用导线）
电极 电极材料 电极反应 反应类型 得失电子的粒子 电子流动方向
负极 锌片 Zn－2e－==Zn2+ 氧化反应 Zn原子 Zn片→
Cu片
正极 铜片 2H++2e－==H2↑ 还原反应 H+离子
电极 电极材料 反应类型 电子流动方向
负极 还原性较强的金属 氧化反应 负极向外电路
提供电子
正极 还原性较弱的金属 还原反应 正极从外电路
得到电子
Zn
练习：
下列装置能否构成原电池？若可，请写出电极方程式并标出电极符号和电子流向
原电池原理的应用：
二、化学电源
1、干电池
负极（锌筒）：Zn – 2e- === Zn2+
正极（石墨）：2MnO2+2NH4++2e- === Mn2O3+2NH3+H2O
2、铅蓄电池
正极：PbO2
负极：Pb
电解质溶液：H2SO4
(密度为1.25g/cm3
— 1.28g/cm3 )
3、银-锌蓄电池
用于卫星、火箭、空间电视转播站
4、锂电池
优点：高能、质轻、电压高、工作效
率高和储存时间长。
用途：电脑、照相机、手表、心脏
起搏器、手机和火箭、导
弹的动力电源。
5、新型电池
负极：2H2- 4e- = 4H+
正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
电池反应：
2H2+O2===2H2O
优点：能量转化率高、
不污染环境。
废旧电池回收
减 少 污 染
节 约 资 源
三、金属的腐蚀
1、化学腐蚀
2、电化腐蚀
（1）析氢腐蚀
负极(Fe)：Fe-2e- == Fe2+
正极(C)：2H++2e- == H2↑
思考：用锌和稀硫酸制取氢气时，滴加少量硫
酸铜会加快产生氢气的速率，为什么？
2、吸氧腐蚀
负极(Fe)：2Fe – 4e- == 2Fe2+
正极 (C)：2H2O + O2 + 4e- == 4OH-
3、金属的防护
（1）制成合金
（2）喷油漆、涂油脂、电镀、
喷镀、钝化
（3）电化学保护法。
小 结
原电池
构成原电池的条件（判断）
原电池概念（正负极判断）
原电池原理（电极反应式、
电子流动方向）
化学电源
干电池
铅蓄电池
银-锌蓄电池
锂电池
新型电池
金属腐蚀
1、化学腐蚀
2、电化腐蚀
析氢
吸氧
金属防护
（1）制成合
（2）喷油漆、涂
油脂、电镀、
喷镀、钝化。
（3）电化学保护。本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
高中化学竞赛辅导练习
第1节 化学平衡与电解质溶液
一．现将25℃时PbCl2在HCl液中溶解度列于下表：
PbCl2于1.00mol/L HCl溶解度最小，请说出可能原因。
二．在一个典型的实验里，将43mL 95％（质量百分数）乙醇（密度0.79g/mL）、19mL 83％醋酸（密度1.15g/mL）和0.5mL 浓硫酸（密度1.8g/mL）的混合物，在连有回流冷凝器的容器中进行长时间煮沸后，生成乙酸乙酯的质量分数为15.6％。
1．计算在使用300L 70％含水乙醇（密度0.85g/mL）、500L 75％乙酸（密度1.18g/mL）以及按比例量的硫酸，并在与上述同样的回流温度下反应时，生成酯的量是多少？
2．如何用实验方法测定出酯的产量？
3．使用同样的原料，怎样才能提高酯的产量？
三．已知293K时氢氧化钙的溶解度为0.165克/100克水及在0.9282巴的二氧化碳压力下碳酸钙的溶解度为0.109克/100克水。
请用计算说明，当持续把二氧化碳（压强为0.982巴，下同）通入饱和石灰水，开始生成的白色沉淀会否完全“消失”？
在多次实验中出现了下列现象，请解释。
1．把由碳酸钙和盐酸（6mol/L）作用生成的二氧化碳直接通入饱和石灰水溶液，所观察到的现象是：开始通二氧化碳时生成的沉淀到最后完全“消失”。
若使生成的二氧化碳经水洗后再通入饱和石灰水溶液，则开始生成的白色沉淀到最后就不能完全“消失”，为什么？
2．把饱和石灰水置于一敞口容器中，过了一段时间后溶液表面有一层硬壳。把硬壳下部的溶液倒入另一容器中，再通入经水洗过为二氧化碳，最后能得清液，请解释。
若把硬壳取出后，全部放回到原石灰水溶液中，再持续通入经水洗过的二氧化碳，最后能得清液吗？
3．用适量水稀释饱和石灰水溶液后，再持续通入经水洗过的二氧化碳，结果是因稀释程度不同，有时到最后能得清液，有时得不到清液。请估算用水把饱和石灰水稀释多少倍时，谁能得到清液？（设反应过程中温度保持恒定，即293K）
五．已知碘的碘化钾水溶液里存在如下的化学平衡：
I2十I－I3－
其平衡常数为：
式中的方括号均表示各物质的平衡浓度；而碘的总浓度CI2==「I2」＋［I3－］。
在碘的碘化钾水溶液里加入四氯化碳，碘将分配于水和四氯化碳两种液相中，达平衡时平衡常数：
式中的方括号分别表示碘在四氯化碳和水中的平衡浓度，而C I2（CCl4）/ C I2（H2O）==D，则称为分配比。
1．通常测定水溶液中的碘的方法是用已知浓度的Na2S2O3水溶液滴定，因为下面的反应是定量进行的，并可用淀粉作为指示剂：
2Na2S2O3＋I2==Na2S4O6＋2NaI
请设计一个实验方案来测定碘在水和四氯化碳中的浓度（不要求写出实验的细节）。
2．写出用你的实验测得的碘的浓度来计算KD值的数学关系式。
四．像你所知道的，水能“分裂”出一个质子而离解，此处打引号是由于分裂出来的质子不是以游离状态存在于真实的化学体系中，而是立即与另一水分子结合：
H2O＋H2OH3O＋十OH－
K1==［H3O＋］［OH－］／［H2O ］==1.8 ×10－16（25℃）
或 9.9×10－15（100℃）
氢氧根离子的进一步离解则是相当少的；
OH－＋H2OH3O＋十O2－
K2==［H3O＋］[O2－]／［OH－］==10－36（25℃）
1．计算25℃时纯水中所有粒子的浓度。
2．在多少体积的水里含有一个氧负离子？
3．纯水的离解度等于多少？当0.569氢氧化钾溶于ldm3水中时离解度的变化如何？
4．确定在25℃和100℃时纯水的pH值。按照你的计算，沸水将是怎样的反应介质——中性的、碱性的或酸性的？
5．试解释，哪一种水（轻水1H2O或重水D2O）将具有较大的离解度，为什么？
六．酸碱的概念在化学上非常普遍，人们多次以各种方式给它们下定义．其中最常见的定义有：质子定义——凡是提供质子的分子或离子是酸，凡能接受质子的分子或离子是碱；溶剂定义——凡能增加由溶剂派生出的阳离子的溶质都是酸，凡能增加由溶剂派生出的阴离子的溶质是碱；Lewis（路易斯）定义——酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体，试回答下列问题：
1．在BrF3溶剂中，BrF2AsF6属于哪类物质？试说明之。
2．纯硫酸具有高沸点、高粘度，所以在外电场作用下，一般离子在纯硫酸中的迁移速度很慢，试推测什么样的离子在纯硫酸中的迁移速度特别快，并解释你的推测。
3．H3PO3与碱反应仅形成两种类型的盐，这说明H3PO3是几元酸？画出其结构式并写出固体H3PO3加热时的分解方程式。
4．当SbF3加到氟磺酸中，获得一种超酸（superacid），试写出有关反应式来说明超酸的形成。超酸体系能否在水溶液中形成？试说明你的结论（注：超酸的酸性比强酸如HNO3、H2SO4的浓水溶液大106～1010倍）。
七．将难溶化合物的沉淀和其饱和溶液之间的多相平衡状态，以称为溶度积KSP常数来表述。溶度积数值在化学实践中广泛用于与溶解度和沉淀的析出有关的许多计算中。
1．试用KSP的概念说明沉淀的生成和溶解的条件。
2．室温时氢氧化镁的溶度积等于6.8×10－12，求此化合物在指定条件下在水中的溶解度（mol/L或g/L）。在何pH值时，由10％的氯化镁溶液（密度为1.07g/mL中开始析出氢氧化镁沉淀？
3．若氢氧化铝的KSP==3.2×10－34，它的溶解度是多少？
4．计算氢氧化铝在0.lmol/L KOH溶液中的溶解度．计算时认为生成四烃基合铝酸盐离子。
5．溶解0.39g的氢氧化铝，需要多大起始浓度的氢氧化钠溶液100mL？
6．溶解1g氢氧化铝，需要0.01mol/L NaOH溶液多少体积？
一些参考数据：
KSP==[A]n·[B]m，此处[A]和[B]为饱和溶液中离子A和B的平衡浓度（mol/L）；水的离子积KSP== [H＋]·[OH－]==10－14；铝的羟基配合物的稳定常数K稳==[Al(OH)n3－n]／（[Al3＋]·[OH－]n），其数为108.9（n=1），1017.8（n=2），1026（n=3），1033（n=4）。
第2节 氧化还原与电化学
一．如图示实验中，把四根洁净的金属条A、B、C、D轮流放置在没有盐溶液的滤纸上面并压紧。在每次轮流实验时，记录了电压表指针的移动方向和电压表的读数（如右表）。
1． 金属可能是最强的还原剂；
2． 金属不能从硫酸铜溶液中置换铜。
二．在酸性溶液（H2SO4）中，KBrO3能把KI氧化为KIO3，本身可还原为Br2，KIO3与KI反应生成I2。现在酸性溶液中混合等物质的量的KBrO3和KI，生成哪些氧化还原产物？写出相应的反应方程式，这些氧化还原产物的物质的量比为多少？
三．以金属锌（阴）和铜（阳）为电极组成电解槽，以含有酚酞和淀粉的碘化钾水溶液为电解液。电解开始不久，阴极区溶液呈红色，而阳极区溶液仍为无色。过了相当长时间后阳极区溶液才呈蓝紫色。
1．写出阴、阳极上发生的化学反应方程式；
2．怎样才能使阳极区溶液在电解开始后不久即呈蓝紫色？
四．在一个盛有硝酸银溶液的烧杯里，放人质量相同的锌片和银片。两个金属片与一个小灯泡相连。经过一段时间后，从溶液中取出金属片，这时发现，二者的质量有相同的变化。试确定所形成原电池的有效功率（完成的电流功对理论可能功之比）。假设整个过程是定量地进行的，而且原电池的电压不变。
高中化学竞赛辅导练习与试题解析
化学平衡与电解质溶液
一．当HCl浓度较小时，由于同离子效应占优势，使PbCl2溶解度减小；当HCl浓度较大时，由于盐效应特别是形成H2[PbCl4]而使PbCl2溶解度增大。1.00mol/L HCl正好是一分界点，因而PbCl2溶解度最小。
二．1．14.8%
2．乙酸乙酯产率的测定可通过对液体混合物试样中的CH3COOH进行反滴定来实现。
3．从反应混合物中将生成的酯蒸出，即能破坏酯化反应的平衡，提高酯的产量。
三．饱和石灰水浓度0.0223mol/L；在0.982巴下碳酸钙的溶解度为0.0109mol/L；不能全溶。
1．由于生成的CO2中带有HCl气体之故；
2．硬壳是CaCO3，其生成并取出使石灰水浓度减小，再通CO2于其中则生成的CaCO3量小于上条件下CaCO3溶解浓度，所以可得清液。（略） 3．1.05倍
四．1．取V体积的I2－KI水溶液用Na2S2O3水溶液滴定，测得c1=CI(H2O)。再取V体积的I2—KI水溶液，加入V体积的CCl4，达分配平衡后用分液漏斗将CCl4相分开，然后用Na2S2O3水溶液滴定，得c2，因此，cI(CCl4)＝c1－c2，该值应是几轮结果的平均值。
2．KD==（1＋Kβ[I－]）D==（1＋Kβ[I－]）（c1－c2）/c2
五．1．[H2O]==55.56mol/L [O2－]==10－36mol/L [OH－]==[H3O＋]==1.0×10－7mol/L
2．1.7×1012L 3．1.8×10－9 1.8×10－14 减小105倍
4．7.00 6.12 中性 5．D2O中D —O键比H2O中H—O键强，轻水离解度大。
六.2BrF3BrF2＋＋BrF4－;BrF2AsF6BrF2＋＋AsF6－
BrF2AsF6在BrF3中是酸（溶剂酸）。
2．HSO4－和H3SO4＋两种离子在纯H2SO4中迁移速度特别快，这是因为H2SO4分子之间通过氢键连接成网状，在外电场作用下，HSO4－和H3SO4＋在网上迁移，所以 HSO4－和H3SO4＋在纯H2SO4中迁移速度特别快。
超酸体系不能在水溶液中形成，因为在任何水溶液体系中，其酸度都被存在于水溶液中的H3O＋所限定，即使最强的酸在水溶液中也只能是H3O＋，达不到超酸的酸性。
七．1．若溶液中[A]a·[B]b＞Ksp，沉淀生成；
[A]a·[B]b＜Ksp，沉淀溶解；
2．6.90×10－3mol/L pH=8.39 3．3.2×10－13mol/L
4．0.024mol/L 5．0.21mol/L 6．5.38L
氧化还原与电化学
一．1．C， 2．B
电子由C流向Cu，Cu为正极，C为负极，测出电动势数值最大，说明C比A、D为更强的还原剂。
Cu和B组成原电池，电子由Cu流向B，电动势数值最小，说明 B的金属活泼性小于Cu，B不能置换出硫酸铜中的铜。
二．氧化还原产物的物质的量之比为： Br2:I2:KIO3＝15:3:24
三．1．阴极：2H2O＋2e→H2＋2OH－
阳极：2I－－2e→I2 2Cu＋I2→2CuI
2．换成不易和I2反应的金属，如锡；或在电解前把铜极表面镀上锡。
四．得到银的化学过程：Zn＋2Ag＋→Zn2＋＋2Ag与银在银片上的电化学沉积（同时有锌溶解）平行地进行。
若对于每1mol参加反应的锌，有x mol的锌在电化学过程中溶解，则同时有2x mol的银在银电极上沉积。于是在化学过程中被溶解的锌为（l－x）mol，同时在锌电极上被沉积的银则为2（l－x）mol。根据题给条件，两个电极上的增量相等：
108×2（l－x）－65x－65（1－x）＝108×2x
由此可得：x=0.35mol
即有0.35mol的锌参与电化学过程，原电池的有效功率为35%。
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关于开展《原电池》研究性学习的计划
徐海东 毕业于兰州大学化学系，河北唐山市第一中学任高中化学老师。一直致力于教学改革工作，将多媒体引入课堂教学，使课堂更加生动活泼，制作的化学课件多次在省市课件制作评比中获奖。从2000年起担任研究性学习课程的教学与辅导工作。
课题名称
原电池的原理及应用
课题概述
对于高中学生，已具有一定的自主学习的能力。在本课程中，引导学生变被动学习为主动学习，在掌握了一定的化学知识、技能基础之上，通过各种途径，就某些学生感兴趣的问题展开研究。
在对教材《原电池》一节的学习中，将学生分成若干组，通过各种途径（如：网络、书籍、相互讨论等）获取有关资料，以小组形式讨论、研究有关学术问题。每位学生将利用Microsoft Word软件写一篇较为详细地阐述他们在研究过程中的发现或心得的小论文，每组学生还将共同利用Microsoft PowerPoint建立一个展示他们的研究结果的演示文稿，提供时机促使学生相互间交流协作，在有条件的情况下利用Microsoft Frontpage制作出网页，以最大限度地共享他们的成果。通过本课程的学习，学生将了解原电池发展史上一些重大事件，了解原电池的发展对社会的进步所起的重大意义。通过研究性学习，拓展知识面，学会发现问题、应用知识解决一些问题；学会自主学习、合作学习、研究性学习；通过研究性学习，获得成功与失败的启示，树立正确的人生观、价值观。
目标或学习成果
巩固已有的化学知识、拓宽知识面，提出对原电池的新设想，并用实验验证。
学会解决一些实际问题，逐步培养创新精神和实践能力。
学会在网上查找和搜集材料；通过收集文字材料和数据的过程，掌握对资料收集、筛选、归纳的方法。
学会自主学习、合作学习、研究性学习。
感受原电池的发现和发展历程，获得成功的启示和经验，树立正确的人生观、价值观。
使学生会用Word写一份较为详细地阐述他们的研究的小论文，用PowerPoint和Frontpage来显示研究成果和发现。
课程标准
了解原电池的化学原理及应用；
通过学生自己实验，培养他们进一步掌握研究事物的方法；
培养学生收集和整理数据信息、文献资料的能力；
树立正确的人生观、价值观；
使用文字处理软件，多媒体演示软件。
时间安排
大约一周。
必备技能
学生要有一定的化学基础知识和实验动手能力；能理解科学方法以便做实验，具有一定文字组织能力和设计能力。
分组学习时，每组内需要有部分学生能熟悉计算机的操作，能上INTERNET查找、下载资料；懂得运用Word、Powerpoint、FrontPage制作多媒体演示文稿和网页。
仪器设备
各组一台或多台计算机；扫描仪；打印机；与因特网的连接；相关实验器材（学生设计实验所需要仪器）。
资源：学校图书馆现有图书及期刊，市图书馆现有图书及期刊。
因特网上的资源：
Http://211.99.207.182:8010/syys/djzry/djz3.htm ( http: / / www.21cnjy.com / )
http:///study garden plot/drkt/drkt/gz_hx/hxysh/0/33-1841 gah.htm ( http: / / www.21cnjy.com / )
http://www.snisd./htm/ranliao.htm ( http: / / www.21cnjy.com / )
http://ez.sm.fj./hsweb/hs02n.htm ( http: / / www.21cnjy.com / )
http://www./chinese/power/research/other.11.htm ( http: / / www.21cnjy.com / )
实施过程
教师讲授基础知识（概述）→学生组内讨论分工→学生交流提出看法→撰写论文共享成果
鉴于高三学生已有足够的知识和技术水平，因此这个项目将用一周完成；如有特殊原因，则可以适当延长，给学生足够的时间完成整个单元。
单元计划执行的起始阶段，教师将花一课时向学生呈现整个单元计划，使学生明确研究的目的、意义、内容、方法，了解最终完成的作品形式及要求，并培养学生对单元计划的兴趣。教师向学生介绍原电池的基本知识，引导学生提出若干问题，而学生对于这些问题的研究可以促使他们的研究更加系统化，对原电池的认识更为全面。本课的内容应制作成教师支持材料，并可供学生在研究过程中查看。
在整个实施过程中，应将学生有计划地分成若干小组，以小组为单位共同完成对原电池某一方面的研究。学生分组时可以尽量考虑各自的兴趣，兼顾优秀学生和特殊学生，应该让他们平均分配到各组中，使各学生技能尽可能发挥。各组中确立组长，组长应是一些合作能力强、能胜任领导工作的学生。
在整个实施过程中，首先，学生将在一定范围内讨论，确立一些他们感兴趣的研究课题。在确立研究对象时要注意可行性，即学生应该对该课题涉及的知识有一定了解，应能理解这些理论，并能恰当地和生活实际联系起来。老师也可选择一些课题供学生参考。
在整个单元计划实施过程中，老师应给予学生及时、适当的帮助，包括帮助学生理解有关化学要领和如何运用计算机软件，而对于某些技术问题则适宜让他们进行小组讨论，协商共同解决，或与其他小组讨论研究，共享结果。学生获取资料的途径可以通过上网和阅读书籍。希望他们对各种途径都尝试一下，获得的资料不应单一地从网络或从书籍中获得。查找资料时由浅入深，提醒学生尽可能与小组成员合作。在查阅的同时，应做好作品引用的记录，这些都应反映在最后的多媒体演示文稿中。通过查阅，各组提出对原电池的理解，设计实用型的原电池，并用实验验证。小组活动中应有一定的个人活动，也应有一定的集体讨论，对研究中的想法应及时提出，集体讨论其可行性。教师可有选择地参加一些小组活动，给学生以指导。
在整个单元计划实施过程中应组织学生作一个中期汇报。允许每个学生共享他们的发现，学习彼此的优点，为后续的研究提供更好的指导。教师也借此对学生已经进行的研究做分析，提出不足。中期的反馈很重要，及时调控学生，以使他们的研究事半功倍。
单元计划结束时，学生应该以论文形式完整地汇报他们的研究成果。各小组要建立一份多媒体演示文稿以演示、说明他们的研究成果；制作成网页最大限度地与他人共享研究成果。
因材施教的调整
对特殊需要学生：
对于特殊需要的学生，当学生分组时就应考虑到，应选择适当的伙伴结成对子，并根据他们的能力和时间适当高速他们在整个过程中的活动份额。或将活动简化，允许其适当超时。
对优秀学生：
要鼓励优秀学生对新的知识进行研究和探索，可以对所学内容提出建设性的意见；要求优秀学生要在小组中起到核心的作用，要主动帮助特殊需要的学生。希望优秀学生在其小论文或研究报告中，更多地阐述自己的创新性的观点，提出较为实用的原电池模型。
学生评价
评价为对中期汇报的评价和对最终每组学生的小论文、演示文稿、网页的评价。每位学生必须有一篇用于说明他们自己的研究的小论文，各组必须有一份用于说明他们研究成果的演示稿，并针对其研究制作出网页。教师将用评价量规评判学生的论文、演示文稿和网页（参阅附带的多媒体演示文稿量规文档和小论文撰写量规）。
附1 对学生多媒体演示的评价
附2 对学生网页的评价
附3 单元计划实施时间表
附1 对学生多媒体演示的评价
学生小组多媒体演示文稿评价量规
学生______________________日期___________________________
项目 要求 达到此要求的得分 评分
版面（20分） 幻灯片有标题，篇幅适当 4分
适当插入图片、音乐，增强了文稿的表现力 4分
幻灯片视觉感受好，有美感 4分
幻灯片过渡效果应用恰当 4分
幻灯片放映符合逻辑规律 4分
内容（70分） 幻灯片上的标题和其他重要元素着重标出 10分
有效地对重要信息进行了概括 10分
搜集的材料较好地表达了有关原电池原理或应用的某一方面内容，并能联系有关原电池知识适当地讲解 15分
有一定解决实际问题的能力 15分
文字流畅，思想表达清晰 10分
演示文稿有吸引力 10分
教室演示（10分） 演示作品的速度适合于听众 5分
演讲者的讲话清晰、有信心并恰当地使用目光交流 5分
总分 100分
附2 对学生网页的评价
学生小组网站评价工具
学生___________________________日期________________
项目 要求 达到此要求的得分 评分
网站技术（40分） 界面友好，区域划分清晰 8分
导航条或链接列表呈现在每一页上 8分
网站的结构完整 8分
所有的链接都正确 8分
包括所有必须的组成部分，层次清晰 8分
内容（44分） 内容表现形式应多样化，包含文字、图片、动画 10分
内容有意义，信息准确、完整，有保留价值 10分
图片吸引人并富有创意 8分
背景服从文本与图片，并与之相辅相成 8分
多种内容或学科的有机结合 8分
其他（16分） 与学生合作和交流，共同完成项目 8分
能利用其他网站得到好的成果，尊重作者，标明版权 8分
总分 100分
附3 计划实施时间表
单元计划实施时间表
注：此计划针对高三学生
星期一 明确研究目的。教师讲解原电池的原理。对学生进行项目实施前调查问卷。学生寻找合作伙伴，制订小组分工计划
星期二 技术培训。利用网络、书籍查找所需资料
星期三 继续查找资料。做好原始材料的登记、整理。制作中期汇报
星期四 组内讨论，研究未解决的问题。提出组内设想
星期五 验证设想。撰写小论文
星期六 制作演示文稿
星期日 制作学生网页。班内展示研究成果，教师评价、奖励
备注：如遇特殊情况，时间依次顺延。
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Determination of Primary Cell's Electromotive Force
Contents
Purposes and Demands
Principle
Apparatus and Reagent
Procedure
Data Records and Processing
Question
Attentions
Demonstrated
Purposes and Demands
Determine electromotive force of Cu-Zn cell and potential for both electrodes with Cu and Zn.
Understand what’s the meaning of reversible cell, reversible electrodes and salt bridge.
Learn to prepare electrodes and some other dealing methods.
Command the principle and technique of the method which using potential to determine electromotive force.
potentiometer
Principle
A cell is composed of positive and negative electrodes. In the discharge process, deoxidize reaction takes place in positive electrode and oxidation reaction occurs in another electrode.
Beside considered as electricity source, a cell is also used to do researches about its properties of thermodynamics.
Thermochemistry said, provided certain temperature, pressure and reversible state, there is an equation from the reaction that is expressed:
△G=-nFE (1)
Where △G is the free energy change, F is the Faraday constant(F=96500C), n is the molar of electrons which transfer through the electrochemistry reaction, and E is the electromotive force.
E which has been determined will be taken into account the free energy change △G and any other thermochemistry functions in the experiment.
It is important that the condition should be controlled in constant temperature, pressure and reversible.
Firstly, the reaction in cell must be reversible. It is to say that both the process of charging and discharge occur in an equilibrium state and that it allows hardly any current runs through the cell.
Makeup of batteries： Zn│ZnS04(C1)‖CuS04 (C2)│Cu
Reaction in the negative electrode Zn→Zn2+（аZn2+）+2е
Reaction in the positive electrode Cu2+(аCu2+)+2е→Cu
The general reaction is Zn+Cu2+(аCu2+)→Zn2+(аZn 2+)+Cu
Free energy change
△G =△G°+RTlnаZn2+ *аCu/аCu2+ *аZn (2)
Activity of pure solid is 1.
аZn =аCu =1 (3)
Combining Eq. (2) with Eq. (3), we obtain
△G=△G°+RTlnаZn2+/аCu2+ (4)
Making use of Eq. (1), we find the relationship between electromotive force and activity
E=E°-RT/2F×lnаZn2+/аCu2+ (5)
Where E°is the electromotive force when both activity of cuprum and zinc ion are equal to 1.
Since the general reaction contains two reactions in two electrodes, the electromotive force can be expressed as the potential difference by the two electrodes.
Given potential of positive electrode is φ+ and potential of negative electrode is φ- , thus it can be stated as the following equation:
E=φ+ -φ- (6)
To Cu-Zn battery, we obtain two equations for φ+ and φ-
φ+=φ°Cu2+-RT/2F×lnаCu/а Cu2+(7)
φ-=φ°Zn2+-RT/2F×lnаZn/а Zn2+(8)
At 25℃,the two electrode potential determined in condition which presents two equilibrium processes Cu- Cu2+ and Zn- Zn2+ when activity both of Cu2+ and Zn2+ are equal to 1 are called standard potential.
Apparatus and Reagent
Potentiometer 1
Standard cell 1
Calomel electrode 1
Zinc electrode 1
Beaker (50ml) 1
ZnSO4 ( 0.1000M)
CuSO4 (0.01000M)
CuSO4 (0.1000M)
KCl (saturated)
Sheet copper (used for plating)
Milliammeter (0－25－50)
Procedure
1. Preparation of electrodes
1) Zinc electrode
It should be burnished with sand paper and soaked in diluted vitriol in order to remove oxide on surface. Then it was washed clean for standby.
(2) Cuprum electrode
Soak the sheet copper instead of diluted nitric acid and burnish it. Wash and clean it for standby.
(3) Assemble the battery.
Make a salt bridge. Dissolve 3g of agar-agar in 20-30 ml hot KCl saturated-solution and immediately transfer it to U tube then allow it stand for several min. Assemble two electrodes and the salt bridge to form a Cu-Zn battery.
2. Determination of electromotive force
Connect the electrocircuit with instruments of potentiometer and galvanometer.
(2) According to the following temperature proofread formula
Et/v=1.0186-4.06×10-5(t/℃-20)-9.5×10- 7×(t/℃-20)2
determine electromotive force of standard battery at room temperature.
(3) Demarcate electric current of potentiometer, base on the value calculated above.
(4) Determine electromotive force in terms of battery below
Zn│ZnS04(0.1000M)‖CuS04 (0.1000M)│Cu （A）
Cu│CuS04 (0.1000M)‖CuS04 (0.1000M)│Cu （B）
Zn│ZnS04 (0.1000M)‖KCl(sat)│Hg2Cl2│Hg （C）
Hg│Hg2Cl2│KCl(sat)‖CuS04 (0.1000M)│Cu （D）
Sketch-maps of Equipments
Data Records and Processing
1. Calculate potential of calomel electrode by the temperature proofread formula written in attaching table V-16 at room temperature.
2.Figure out academic value of electromotive force of calomel battery by Eq. (6), (7) and (8).
3.Fill in the table with true values of electromotive force that are determined from experiment.
battery
（A）
（B）
Etrue


Eacademic


True
Academic
φZn 2+

φCu2+


Questions
1.Did voltage can be used to determine electromotive force
2.Why did a galvanometer points to one direction when determine electromotive force
Attentions
Click the big-small key rapidly, and stay no more time.
Don’t move the galvanometer in the determination process.
Regulate sensibility in the lowest switch for start that turn from 0.01X to 1X
Determination of electromotive force
1.Connect the electrocircuit.
Adjust the galvanometer and U-25 type potentiometer to zero value.
Go on after teacher’s examination.
2. Proofread the standard battery.
Calculate electromotive force of standard battery at room temperature as stated above.
The process of regulate galvanometer to zero:
Turn knob K to N.
(1) Regulate knobs of ‘big’ and ‘middle ’to make the galvanometer point to zero value.
(2) Regulate knobs of ‘small’ and ‘little’ to adjust the galvanometer to zero.
3.Determination of electromotive force.
Turn knob K to X1.
Connect electrode with ‘unknown’ port.
Turn knobs from ‘big’ to ‘little’ and adjust the keyboard Ux to make galvanometer to zero value.
Mark down the value of Ux.本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
原 电 池 专 题 材 料
根据电极材料参加反应的情况和电解质溶液的性质
进行如下分类：
1、仅有一电极材料参与反应
规律：参与反应的金属电极本身为负极，另一电极往往为正极，负极是参与反应的金属失电子，正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等）
（1） 酸性较强介质：正极一般是析氢反应。
例：图1电极反应：负极：Zn-2e=Zn2+ 正极：2H++2e=H2↑
（2） 接近中性介质：正极一般是吸氧反应。
例：图2电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+ 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
练习1：我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型航标灯，它以海水为电解质溶液，利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流，写出这种电池的电极材料和电极反应式。
（3）碱性介质：正极一般也是吸氧反应。
例：图3电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+ 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
（4）含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。
例：图4电极反应：负极：Fe-2e=Fe2+ 正极：Cu2++2e=Cu
2、两电极材料均参与反应（常见于蓄电池式或纽扣式电池）
规律：两电极材料通常由金属和金属化合物构成，金属作负极。电子得失均由两电极本身发生。在书写电极反应式时，应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物、弱电解质等）。介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。
（1）酸性介质 例：实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气，已知铅蓄电池工作时总的方程式如下：
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O试写出放电时的电极反应式。
分析得出：
负极：Pb-2e+SO42-=PbSO4
正极：PbO2+2e+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O
（2）碱性介质 例：蓄电池在放电时起原电池作用，在充电时起电解池作用。下式是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反应：
Fe+NiO2+2H2O Fe（OH）2+Ni（OH）2
试写出起原电池作用的电极反应式。
分析得出：
负极：Fe-2e+2OH-=Fe（OH）2
正极：NiO2+2e+2H2O=Ni（OH）2+2OH-
知识迁移：蓄电池的充电过程即电解，充电时电极反应式书写，只要将放电时的电极反应式反过来写，然后将负极改为阴极、原来的正极改为阳极即可：
阴极：Fe（OH）2+2e= Fe+2OH-
阳极：Ni（OH）2+2OH—2e= NiO2+2H2O
练习2、电子表和电子计算器中常用一种微型纽扣原电池，它以锌为负极，氧化银为正极（即金属银上覆盖一薄层该金属氧化物），氢氧化钾溶液为电解质溶液，这种电池工作时，正极反应是 ( ）
A Zn+2OH-=ZnO+H2O+2e B ZnO+H2O=Zn+2OH--2e
C Ag2O+2H+=2Ag+H2O-2e D Ag2O+H2O=2Ag+2OH--2e
练习3、氢镍电池是近年来开发的可充电电池，具有质轻、容量大的优良特性，其性能远优于镍镉电池，对环境污染程度也小于镍镉电池。目前已基本取代了镍镉电池。氢镍电池的总反应式是H2+2NiO（OH） 2Ni（OH）2
试写出放电和充电时的电极反应式。
3、电极材料本身均不参与反应（常见于燃料电池）
规律：两电极材料均为惰性电极（本身不参与反应，仅作导电的载体），负极是还原剂即燃料失电子，正极是氧化剂得电子。在书写电极反应式时，应考虑电解质对电极反应的影响，介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。同时参照总方程式中反应物和生成物来确定书写的微粒。
例：飞船上使用的氢氧燃料电池是一种摸擦型化学电源。它具有高能、轻便、不污染环境等优点。这种燃料电池的构造如图5所示，两个电极均由多孔性碳制成。通入的气体由孔隙中逸出并在电极表面放电。总的方程式为：
2H2+O2=2H2O
写出电极反应式。
分析讨论得出：a为负极，b为正极。
当电解质溶液接近中性时；
负极：2H2-4e=4H+ 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
当电解质溶液呈酸性时；
负极：2H2-4e=4H+ 正极：O2+4e+4H+=2H2O
当电解质溶液呈碱性时；
负极：2H2-4e+4OH-=4H2O 正极：O2+4e+2H2O=4OH-
例：（2000年3+综合高考题）熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混和物作电解质，CO为阳极燃气，空气和CO2的混和气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式：
阳极反应式：2CO+2CO32-→4CO2+4e
阴极反应式： 。
总电池反应式： 。
练习4、将两铂片插入KOH溶液中作为电极，在两极区分别通入甲烷(或氢气、一氧化碳等可燃性气体)和氧气构成燃料电池，则通入甲烷气体的极是原电池的 ，该极的电极反应是 ，电池工作时的总反应的离子方程式是 。通入一氧化碳时的电极反应式：负极： ，正极： ，
总反应的化学方程式： 。
练习5、目前人们正在研究开发一种高能电池——钠硫电池，它是以熔融的钠、硫为两极，以Na+导电的β—Al2O3陶瓷作固体电解质，反应式为：
2Na + xS Na2SX
（1） 写出放电时两电极名称、电极反应式；
（2）写出充电时两电极名称及电极反应式，其中钠这一电极与电源 极相连。
电解质为酸性介质
电解质为中性介质
电解质为碱性介质
含不活泼金属的盐溶液
原电池
仅有一电极材料参与反应
电解质为酸性介质
电解质为碱性介质
两电极材料均参与反应
电解质为酸性介质
电解质为中性介质
电解质为碱性介质
两电极材料均不参与反应
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关于原电池的原理及形成条件 的设计评价
一．整个设计思想符合新课程理念
现在化学新课程的基本体系是：初中从生活走向化学；高中是从化学走向社会。新课标理念中，强调了“更鲜明的时代特色、更宽广的选择空间、更深刻的人文内涵、更多样的评价方式、更全面的科学素养、更自主的探究活动、更强烈的社会责任感、更扎实的教学研究、更丰富的课程资源”（王祖浩语）。
“通过实验学化学”是各国高中化学课程共同追求的一条线索。无论是学习原理的课程，还是偏重生活的课程，化学实验都是学习的重点内容。从化学实验的设计到问题解决，融入了多种方法的综合应用。
新课标中，本课内容属于《化学反应原理》中《化学反应与能量》的一部分（另一部分是化学反应与热能），这一部分内容是这样规定的：
内容标准：“体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。”
活动与探究建议：“实验探究：电能与化学能的相互转化。”
本节课的设计中的“实验自主探究”、“合作学习”、“多种课程资源（flash课件）的选用”等都充分体现了新课标的理念，采用了全新的教学模式。
课堂的引入是为了引发悬念、激发兴趣。王春老师设计的本节课的引入很贴切、自然、简短，开门见山。
用四个探究性实验，分别探究了原电池的原理和形成原电池的三个条件，实验设计得相当恰当、巧妙，丝丝入扣，可见王老师对本课内容的深刻理解。
二、媒体和资源运用恰到好处。
在我们近年来通常见到化学公开课中，总是存在着“媒体泛滥”现象。老师们为了准备一节课，往往花费极大的精力来进行多媒体准备，甚至去亲手制作课件。在王春老师的设计中，我们可以看到，他完全从技术的限制中走了出来，充分利用网络共享资源，把技术用到该用的地方。
本节课采用了两个flash课件：一个是展示课程内容的，一个是模拟原电池原理的。让我感到欣慰的是：这个模拟实验动画就是2000年初，我制作并在先得化学资源网上共享的一个动画。五年多了，我在很多关于《原电池》的公开课上看到别人在引用我这个动画来教学，今天依然还能够被成功引用，这说明：充分利用网络共享资源，可以大大减轻我们的劳动强度，提高我们的教学效益。
这种对于技术和资源的“拿来主义”，对于普通老师来说，是值得推广和提倡的。
三、几点建议：
1. 关于教学目标
每一节课的时间是有限的，不可能对每一节课的目标提出太高的要求。所以教学目标的设计要尽量细化、准确，容易操作，不要太空洞、面面俱到。比如：“能利用所学知识进行知识的运用”就太宽泛，不如说“能够用原电池原理来设计原电池和判断金属的活泼性”，事实上就是本课设计的“课堂检测题”的要求；而“培养动手能力”、“科学探究问题的能力”都不属于情感态度价值观方面的目标，而是属于能力目标。
对于重点、难点和关键点的分析和把握也应该是必要的。本设计中似乎表达得不太明确。
对一节教材的把握，往往需要对整个教材的基本观点和本节教材的地位来进行分析。比如化学有两个最基本的观点：结构的观点、能量的观点。本节课就是体现能量的观点，研究把化学能转变成电能。需要也就是把氧化还原反应中的内部电子转移路径转变为通过导线进行外部电子转移，从而产生出电流。
紧紧抓住这一关键点，就能始终不偏离本节课研究的核心方向。分析形成原电池反应的三个条件，无一不是为了实现这一根本目的。
2.关于课堂上的探究实验
课堂上进行的探究是实验探究，而不是科学探究。一定要尊重实验现象，透过现象看本质。探究实验尤其要讲究“推测”与“验证”。
本节课的实验设计中似乎对实验的“推测”部分描述不足。
在探究性的实验过程中，往往会有很多老师“预期之外”的实验现象出现，而且可能会有同学会提出一些我们的教案中没有设计到的思路。比如本课中：
当锌片和铜片相连插入稀硫酸中，铜片上面出现气泡是理想的现象，但是锌片上面同样也在继续出现气泡，你将如何解释；
当锌片和铜片相连插入硫酸铜溶液中，“铜表面有铜析出”的现象可能很难观察出来（换成碳棒这个现象就会明显很多）；
某些富有探索精神学生可能会提出，既然两种不同的导体插入电解质溶液中形成闭合回路就可以组成原电池，那么把铜棒和碳棒连接起来插入氯化钠溶液，会不会有电流？为什么？等等。课堂上当学生问出这些问题的时候，很可能就会给教师一个“措手不及”。
这些问题一方面可以通过改进实验进行解决，另外一个方面，就是要尊重事实，继而寻找合理的解释。不能要学生照抄书本和课件中准备好的“标准”的实验现象，这对培养科学素养极其重要。
当然，也就需要每一个化学教师有很扎实业务功底，能够驾驭这些“探究过程”中随时可能出现的问题。同时要充分准备实验现象“不理想”之后如何回答、如何解释，要有充分的思想准备。因为实验的失败往往也是很好的教育时机。
教学设计中的第五个实验“设计一个原电池”可以为本节课的带来一个“高潮”。既然是桔子和西红柿这些家里都有的材料，而电流表一般家庭却不常有。所以可以改用现在普遍能够找到的耳机，或者手电筒的小灯泡或者发光二极管等来检验电流的产生；锌片铜片家里可能不容易找到，但是铁丝、铝丝、铜丝则是随处可见的。用学生身边随手能够找到的材料来设计原电池，甚至这些材料不要老师给规定好，而是要学生根据原电池原理和组成条件，自己设想和筛选可能的材料，自己去实验和探索，这样，就能真正做到“学以致用”。
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原电池组成条件探究式实验的改进
1、 实验的不足和原因
人教版普通高中课程标准实验教科书《化学》必修②第36页【科学探究】，
按课本的方式进行实验，虽然达到实验探究的目的，但实验对原电池组成条件的结论导出因果关系不当，实验现象与探究出的结论欠严密的逻辑性，实验内容目的性不够强，存在一定的缺陷。
2、 实验改进的思路
根据原电池的组成条件，添加适当的实验用品—石墨电极、硫酸铜溶液（或
其他电解质）、酒精、电池，以增加实验的内容，使探究结论更具科学性。
三、实验改进的内容
1． 增加果汁的导电性试验
因约大部分学生对果汁是不是电解质，在生活中也缺少相应的体验，所以
存在比较大的疑问，在实验前进行果汁导电性试验，会使学生更易理解原电池组成条件。
2． 增加金属—石墨、电解质溶液原电池实验
增加此实验，使学生更直观感受到原电池的电极不但可以是两种活性不同
的金属，也可以是金属与非金属（如石墨）。
3． 增加溶液为酒精的原电池探索实验
增加此实验，使学生组成原电池合适的电解质溶液是不可或缺的。
四、实验装置
实验过程的装置如图，引导学生分组完成，相互讨论，得出原电池的组成条
件，探究的效果会更明显。
五、实验改进后的优点
实验目的性更强，探究目标更明确，学生分组实验后的更易总结出原电池的组成条件。
作者通讯地址：
佛山市南海区大沥高级中学
邮政编码：528231
联系电话：0757—85518533 13928680973
E—mail：nhxsx02@
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电化学部分随堂练习（高考热点）
常见题型：①原电池的基本原理；②原电池正负极的判断；③设计原电池，实现某一给定的反应；④原电池电极反应式的书写；⑤电极反应产物的计算（可能会结合生活中的电池或一些新型电池对2、3、4点内容加以考查）
1、一种新型的燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，其总反应为：2C2H6 ＋7O2＋8KOH====4K2CO3＋10H2O，有关此电池的推断正确的是（ C ）
A.负极反应为14H2O＋7O2＋28e－====28OH－
B.放电一段时间后，负极周围的pH升高
C.每消耗1 mol C2H6 ，则电路上转移的电子为14 mol
D.放电过程中KOH的物质的量浓度不变
2、某学生试图用电解法根据电极上析出的物质的量质量来验证阿佛加德罗常数值，其实验方案的要点为：①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如右图：②在电流强度为I安培，通电时间为t秒钏后，精确测得某电极上析出的铜的质量为m克。试回答：
（1）连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注仪器接线柱的英文字母表示。下同）E接 ，C接 ， 接F。实验线路中的电流方向为 → → →C→ →
(2)写出B电极上发生反应的离子方程式 G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 ；相应的离子方程式是 。
（3）为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是 。（选填下列操作步骤的编号）①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗 ③用蒸馏水清洗电解后电极 ④低温烘干电极后称量 ⑤低温烘干刮下的铜后称量 ⑥再次低温烘干后称量至恒重
（4）已知电子的电量为1.6×10-19库仑。试列出阿佛加德罗常数的计算表达式：
NA
2.(1)E接D、C接A、B接F F→B→A→C→D→E (2)2Cl--2e=Cl2↑ 变蓝色
Cl2+2I-=2Cl-+I2↓ (3)①③④⑥　 (4)
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基于“问题解决”的《原电池的原理及应用》教学设计
1、 教材分析
1． 教材的地位和作用：本节内容是现行高中 ( http: / / www.21cnjy.com / )化学试验修订本第二册第四章第四节，本节课融合了氧化还原反应、金属的性质、电解质溶液等知识，并彼此结合、渗透；在学习过程中还涉及到物理中电学的相关知识，体现了学科内、学科间的综合，也是培养学生创造性思维的很好教材。绿色能源开发和节约型社会的建设是当今社会关注的热点， 是国家可持续发展理念的具体体现，本节课涉及到的新型能源开发和金属防腐将有助于这些理念的理解。
2．主要教学内容：本节大体可分为三部分，原电池的组成和化学原理；介绍常见的化学电源；以原电池为原理的电化腐蚀，其中本课时内容是为学生了解各类化学电源及金属的腐蚀和防护奠定了理论 ( http: / / www.21cnjy.com / )基础。教材先通过一个简洁的实验来引起兴趣、启发思考、提出问题，由金属知识过渡到电化学的教学；然后通过一个典型的装置和学生实验，要求学生讨论原电池的组成和形成条件，帮助学生理解原电池原理。教材第一个实验呈现的问题显得单薄，不利于学生发现问题，原电池的组成条件是本节的重点，教材设计有一个讨论活动，前面的实验封闭了学生的思维，不利于学生自主探究的开展。鉴于以上分析，本人改为以化学史实呈现原生态的真实的问题情景，采用问题解决模式由学生自主提出假设，设计实验方案。
3．重点、难点确立：本节课的教学重点为原电池的形成条件和原理，学生已经具备必要的金属的性质、物理电学知识，电解质溶液及氧化还原反应等有关知识，加上实验探究的学习方法，整体上理解原电池的形成条件和原理并不太困难，但要把整体的氧化还原反应拆开，分别从氧化反应和还原反应两方面去理解电极反应，进而理解原电池反应原理，就有一定的难度，这里有两原因，一是在学生的上位概念中，氧化反应和还原反应是作不一个整体被接纳的，是密不可分的；二是再把这样的电极反应用电极反应式进行表征也颇有难度。所以电极和电极反应式的书写是本节课的教学难点。为了突破这一教学难点，教学中一要充分运用认知心理学的同化和顺应原理，既要注意原有的氧化还原知识理解、同化电极反应（氧化――还原），又要改变原有氧化还原反应的知识结构，通过拆分理解，来顺应电极反应新知识的学习，进而更深刻的层次上理解氧化还原反应，二是要充分发挥实验的感性支持功能，用事实说话。从电极产物、电流计的变化来直观理解氧化还原反应可以分别进行，二者之间确有电子转移。
二、教学目标设计
　教学 ( http: / / www.21cnjy.com / )目标是学习活动的指南和学习评价的依据。教学 ( http: / / www.21cnjy.com / )大纲对原电池的原理作了C级要求，结合学生实际情况，确立本节目标如下。
　知识与技能：
1． 通过实验探究了解原电池的构成条件。（氧化还原反应、金属、有关物理知识）实验探究。
2． 结合实验，从氧化还原反应和能量转化的角度理解原电池的原理　
3． 能够简单书写原电池反应电极反应式。
过程与方法：
　　通过问题解决的教学，学会发现问题，掌握分析问题、解决问题的策略和方法。
　情感态度与价值观：
　　通过原电池形成条件的假设和探究，体验科学探究的乐趣
　　通过原电池原理的学习，赞同能量相互转化的辩证唯物主义观点。
3、 教学模式和教学方法的设计
　　为了学生更好地理解原电池的形成条件和原理，培养学生自主分析问题、解决问题的能力，结合本节课以实验教学为主的特点，本节课选取问题解决的教学模式。通过学生发现问题、明确问题、设计方案、实验探究和解决问题，从而归纳出原电池组成条件、概括出原电池的工作原理。问题解决阶段的划分方法各不相同，但一般都包括这样几个环节，发现并识别问题、表征问题、策略选择、实施策略、结果评价，问题解决模式的基本流程如下：
　　
具体到本节课的教学，其教学流程设计如下。
4、 教学流程设计
教学流程 教学活动 设计意图
教师 学生
创设问题情景 呈现化学史料组织学生阅读并发现问题 阅读思考：发现问题 运用化学史料提供真实的问题情景，能够激发学生的探究欲望　培养学生发现问题的能力
提出问题 组织学生交流讨论评价学生提出的问题 交流讨论提出问题并表征，识别问题类型，提出解决策略。 　　从真实的情景中提炼出问题、并通过问题表征而进一步明确问题。　　选择解决策略的方法。
分析问题1 明示要研究的问题：原电池的形成条件组织学生进行信息搜索、提出假设。 信息搜索：　分析史料、获取信息。交流讨论：　小组间交流所提出的假设。完成假设。 　　培养学生信息检索和信息评价的能力　　了解科学假设的方法和原则
方案设计 组织学生分组设计实验指导设计方法评价确定方案 设计方案：交流讨论： 　学会控制变量，通过设计对比实验验证假设的方法。
实验探究 呈现实验记录表格指导学生实验 实验、记录现象 　体验实验研究的方法，培养实验、观察能力。
归纳概括 组织学生交流讨论共同评价得出结论 交流讨论 　了解比较归纳、分析综合的方法
提出问题 呈现问题：原电池原理 激励学生进一步研究事物变化的本质
理论探究 设置思考题，指导学生分析思考。 分析现象，思考。 　学会透过现象看本质
归纳概括 共同评价概括出原电池原理动画演示微观过程追问：能量来源问题 交流讨论，得出结论。观看、理解书写电极反应式分析、思考　 　引导学生揭示微观变化过程，通过抽象概括自主形成原电池概念。　使学生更直观地理解电池反应原理。学会对微观变化进行符号表征。　从能量的角度来认识原电池的原理
应用与评价 呈现课堂练习，指导学生完成。结合评价进行小结 应用练习：　完成目标检测的练习，对完成情况进行交流、互相评价。 　通过生活实例的分析，既起到对了原电池形成条件的巩固，又能引起学生的兴趣。　原电池原理的理解。　由原理到装置设计，逆向应用，能够培养学生的创造性。练习电极反应式的书写。完成实践－理论－实践的认识。
5、 教学过程设计
[目标呈现]：见目标设计
[问题情景]：
　教师：呈现如下化学史料，让学生阅读并提出问题。
1780年意大利著名生物学家伽伐尼为了给妻子治病，遵医嘱买了不少青蛙，在解剖青蛙时发现，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：
实验1:用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。
实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐。
他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了《论肌肉中的生物电》论文，引起广泛关注。
善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么死去的青蛙会还能产生生物电呢？为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发生抽搐？为此，他做了如下实验：
实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐。
实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动。
经过一番研究，伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，所谓特殊的“动物电”是不存在的，蛙腿是否抽搐，与金属有关。
学生：阅读资料、发现问题
教师：质疑：读了这段史料，你有什么问题要问吗？
[提出问题]：
学生：提出自己的问题
教师：对学生提出的问题进行归纳总结，明确要研究的问题：
金属产生电流的条件是什么？为什么会产生电流？
师生：共同进行问题表征：该问题属于已知目标状态，目标起点状态、达成途径和方法都不知道的办公室不良的问题，可采用尝试－错误的解决策略。
[分析问题]1　：原电池组成条件
　教师：请同学们搜索上述伏打的实验中的有关信息，推断金属在什么条件下才能产生电流？
　学生：分析资料，获取有用信息，提出电流产生条件的假设。　师生：提出假设：
假设1：与金属的相对活动性有关
假设2：与溶液导电性有关
假设3：与能否发生反应有关。
假设4：与线路是否闭合有关　（用初中物理电学知识很容易解决，无需验证）
[方案设计]
　教师：指导学生根据假设进行实验方案设计，提示学生注意运用对比方法，控制实验变量。
　学生：分组设计实验方案，并交流。
　师生：共同评价、修改所设计的方案并确定最终实验方案。（供参考）
　　第一组：金属活动性相对强弱对电流产生的影响
将连有电流计的两片金属片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察有无电流产生并记录。
实验序号 1 2 3 4
电极材料 Cu-Cu Fe-Cu Fe-Fe Zn-Fe
是否有电流
两极现象
　　第二组：溶液的导电性对电流产生的影响
　将连有电流计的铁、铜金属片分别插入到不同溶液中，观察有无电流并记录
实验序号 1 2 3 4
电极材料 Fe-Cu Fe-Cu Fe-Cu Fe-Cu
溶液 稀硫酸 醋酸 蔗糖 酒精
是否有电流
两极现象
　　第三组：是否发生反应对电流产生的影响。
将连有电流计的铁、铜金属片分别插入到不同溶液中，观察有无电流并记录
实验序号 1 2 3 4
电极材料 Fe-Cu Fe-Cu Fe-Cu Fe-Cu
溶液 稀硫酸 醋酸 食盐 硫酸钠
是否有电流
两极现象
[分组实验]
　教师：组织学生分组进行实验，布置任务，每小组只完成其中一项。指导学生操作要点、观察并记录。
　学生：进行实验、观察现象并记录，填写表格。
[归纳概括]　
　教师：请同学们对实验结果进行交流、找出电流产生的条件。
　学生：学生小组间就实验结果进行交流。（学生对第三组3、4会有疑问）。
　师生：共同评价交流情况，得出原电池形成的条件。
　　活泼性不同的电极、电解质溶液和闭合电路。
[提出问题]2原电池是怎么产生电流的？
　教师：为什么满足上述条件就能产生电流呢？
　学生：明确要解决的问题
[理论探究]
教师：请分析上述实验记录中的两极现象，看能不能从中找出有用的信息？
　学生：阅读实验记录，对比分析两极的产物和现象、分析产生的原因。
　教师：提出下面几个问题促进学生分析（生成性呈现）。
1． 为什么铜片上会有气体产生，可能是什么气体？
2． 分析出是氢气后再讨论H＋得到的电子是从哪里来的？
3． 两极分别发生了什么反应，尝试用反应式表示。
[归纳概括]
　学生：根据对实验现象和产物的分析，推断电极上发生的反应，用自己的话叙述电流产生的原因。
　教师：对学生的回答做出评价，引导学生抽象出原电池原理。
　氧化反应和还原反应分别在两极进行，通过导线发生电子转移，电流是电子转移的结果。
　教师：下面用flash动画演示原电池反应的微观过程，请同学观看后写出两极反应式。
　师生：共同写出两极的反应式。
教师：追问，根据以上分析，你认为电能是有什么能转化而来？
学生：思考问答
师生：共同得出原电池的定义：把化学能转化为电能的装置。
[目标检测]
1．病例诊断：格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女,当她在开怀大笑的时候，人们才可以发现她一口整齐而洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的—这是格林太太富有的标志；另一颗是不锈钢做的—这是一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是，打从车祸以后，格林太太经常头痛，夜间失眠，心情烦躁……你能为格林太太开一个药方吗？
2.如右图所示的装置中，B棒逐渐变细，A棒逐渐变粗，则图A、B、C的组成是……（　　）
P棒 Q棒 M溶液
A Zn Cu H2SO4
B Cu Fe HCl
C Ag Zn AgNO3
D Zn Cu CuSO4
3．根据反应Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu，设计一个原电池，注意正负极材料，写出正极和负极的电极反应式。
　负极：_____________________ 正极：______________________
[评价小结]：
　师生共同对检测练习进行评价，同时对本结内容进行小结（同时多媒体生成板书设计）
六、板书设计：
第4章 第二节　原电池原理及其应用
一、原电池
　　
　　　　　　　　　　　
创设问题情境
分析明示问题
引导解决问题
评价总结
问题表征
提出问题　
执行方案
设计方案
提出假设　
应用评价
抽象概括　
引入问题
情景材料
2e－
负极（Zn）：Zn-2e- = Zn2+　（氧化）
正极(Cu)：2H＋＋2e－＝H2↑（还原）
反应原理
H2SO4
原电池
形成条件
（1）有活动性不同的两种金属（或一种是非金属导体）作电极
（2）要有电解质溶液
（3）要形成闭合电路
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原电池工作原理及常见电池教案

教学目的
1．使学生理解原电池原理．
2．常识性介绍日常生活中常用的化学电源和新型化学电池．
教学重点：原电池原理．
教学难点：原电池原理．
教学方法：实验探究法——通过实验、分析、讨论、总结、应用等过程，诱导学生观察、思考、推理、探究．
教学用具：铁丝、铜丝、锌片、铜片、稀硫酸、导线、烧杯、电流计
教学过程：
[引言]　 前几节我们学习了有关金属的知识，了解了铁和铜的性质．铁是比较活泼的金属，能溶于稀硫酸，铜是不活泼金属，不溶于稀硫酸．如果我们把铁和铜连接在一起，同时放到稀硫酸中，会发生什么现象呢？下面我们做这个实验．
[学生实验]　 见课本图3－18
[讲述]　 把铁丝和铜丝的上端连在一起，放入稀硫酸中，在金属丝上有电子流动，构成一个小电池我们叫它原电池．今天我们就来研究原电池的原理和应用．
[板书]　 第四节 原电池原理及其应用
一、原电池
[实验]　 下面我们用锌片和铜片、稀硫酸做实验
[投影]
[设疑]　 ①锌片和铜片分别插入稀硫酸的现象是什么？
②锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片上为什么有气泡产生？
③锌片的质量有无变化？溶液中c(H+)如何变化？
④写出锌片和铜片上变化的离子方程式
⑤电子流动的方向如何？
[学生讨论]　 略．
[板书]　 锌片　 Zn－2e-=Zn2+(氧化反应)
铜片　 2H+＋2e-=H2↑(还原反应)
电子由锌片经导线流向铜片
[讲述]　 我们知道，物质发生反应时，常伴有化学能与热能、光能等的相互转化．如：镁条在空气中燃烧的化学反应，伴有放热、发光等．这说明化学能转变为热能和光能．那么，我们做的这个实验是化学能转变为哪种能呢？
[学生回答]　 略．
[教师总结]　 这种化学能转变为电能的装置叫做原电池．
[板书]　 原电池的定义：化学能转变为电能的装置．
[讲述]　 这一现象早在1799年被意大利的物理学家伏打捕捉到并加以研究，发明了世界上第一个电池：伏打电池，即原电池．
[投影]　 [学生填写下表]
[引导思考]　 原电池的两极材料如何选择呢？
[讨论]　 略．
[学生精读课本]
[投影]
[讲述]　 下面我们再做几个实验共同探讨一下原电池的组成条件和原理．请大家仔细观察现象，认真思考．
[投影]
[设疑] 　①哪种装置可以形成原电池？
②正、负极各为什么物质？两极上各发生什么变化？
③电子的流动方向如何？
[学生讨论]　 A、B、C可形成原电池
(可让学生在黑板上书写电极反应式)
[讲述]　 1．通过以上我们做的几个实验，我们共同总结一下组成原电池的条件及原理．
[讨论]　 略．
[板书]　 2．组成原电池的条件
①有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极．
②电极材料均插入电解质溶液中．
③两极相连形成闭合电路．
3．原电池的原理：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属(负极)流向较不活泼的金属(正极)
[讲述]　 人们应用原电池原理，制作了多种电池，如：干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要．请同学们说说你所知道的电池的用途．
[投影]　 (课本图3－20，学生分别述说电池的用途)
[板书]　 二、化学电源
[讲述]　 下面简单介绍几种常见电池和新型电池
1．干电池
[展示干电池实物]
[学生讲述]　 学生通过预先准备好的拆开的干电池介绍干电池的构造(正、负极以及电解质溶液)
[阅读]　 课本　 2．铅蓄电池　 3．锂电池　 4．新型燃料电池
[练习]　 1．X、Y、Z都是金属，把A浸入C的硝酸盐溶液中，A的表面有C析出，A与B组成原电池时，B为电池的负极．A、B、C三种金属的活动性顺序为
[　　　 ]
A．A＞B＞C　　　　　　　　　　　　　　　　 B．A＞C＞B
C．B＞A＞C　　　　　　　　　　　　　　　　 D．B＞C＞A
2．试用三个实验来比较铁和铜的金属活动性，并写出离子方程式
[小结]　 按板书的内容，归纳本节的内容和要点．
[作业]　 本节课本习题 一、1，2， 二、1，2，3
阅读选学内容：金属的电化学腐蚀
(天津红桥区教研室　 孙秉从　 五十一中莫华)
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原电池电极反应式的书写技巧
对于原电池的初学者，电极反应式的书写是一大难点，如何较轻松的解决这一难点，关键是掌握书写电极反应式的书写技巧。
根据原电池原理可得：
负极：失电子 发生氧化反应（一般通式：M Mn+ + ne-）
正极：得电子 发生还原反应（一般通式：N + me- Nm-）
要把电极反应式准确写出，最关键的是把握准总反应，我们可以通过总反应进一步写出电极反应式，即通总反应判断出发生氧化和还原的物质（原电池的条件之一就是自发的发生氧化还原反应），将氧化与还原反应分开，结合反应环境，便可得到两极反应。
一、原电池电极反应式书写技巧
1、凡有金属参与的原电池反应一般较活泼金属做负极：
如：⑴Mg、Al在酸性（非氧化性酸）环境中构成原电池活泼金属做负极
解析：在酸性环境中Mg 比 Al活泼，其反应实质为Mg的析氢蚀：
∴负极：Mg- → Mg2++2e-
正极：2H++2e- → H2↑
总反应式：Mg+2H+=Mg2+H2↑
铜锌原电池就是这样的原理。
（2）较活泼金属不一定做负极，要看哪种金属自发发生反应：
如：Mg、Al在碱性环境中构成的原电池，相对不活泼的Al做负极
解析：在碱性环境中Al 比 Mg活泼，其反实质为Al与碱溶液的反应：
2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O
∴负极：2Al + 8OH- → 2[Al（OH）4]- +6e-
正极：6H2O+6e-→ 3H2↑+6OH-
注意：Al-3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存在，会与OH-（过量）结合转化为[Al（OH）4]-。
再如：Fe、Cu常温下在浓H2SO4、HNO3溶液中构成的原电池也是如此。
2、燃料电池：
（1）关键是负极的电极反应式书写，因为我们知道，一般的燃料电池大多是可燃性物质与氧气及电解质溶液共同组成的原电池，虽然可燃性物质与氧气在不同的电极反应，但其总反应方程式应该是可燃物在氧气中燃烧。当然由于涉及电解质溶液，所以燃烧产物可能还要与电解质溶液反应，再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，从而得到总反应方程式。这一步对大多数学生而言没什么难度。由于在反应中氧气由0价变为－2价，得电子，即O2作氧化剂是正极，接下来我们即可写出正极的电极反应式： ①若此时电解质溶液为酸性，则反应过程可以理解为：正极上首先发生： O2+4e- → 2O2+ 由于在酸性环境中大量存在H+ 故O2-会与H+结合成H20，故正极反应式应为： O2+4e＋4H+ → 2H2O ；②当然若电解质为中性或碱性时，则正极反应式就应只是O2+4e+2H2O → 4OH_。此时负极的反应式就可以由总电极方程式减去正极的电极方程式得到（注意此时唯一值得注意的是要将方程式中的氧气抵消掉）。又称为加减法书写电极反应式：如，熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极染气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应：（2000年理科高考综合卷26题）阳极电池反应式：2CO＋2CO32－→4CO2＋4e－阴极反应式________________；总反应式____________________________________。
解析：此题中直接书写阴极的电极反应较困难，而总反应式的书写比较容易，在此不妨打破常规，进行逆向思维。先写出难度较小的总反应式，再根据题给条件的阳极电极反应式书写阴极反应式。
由于阳极气和阴极气反应后生成CO2不和Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物反应，所以总反应式就是2CO＋02＝2CO3－（2CO＋2CO32－→4CO2＋4e－）就能得到阴极电极反应式：O2＋4e－＋CO2→CO32－
再如：由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池。
解析：CH3OH+O2→CO2+H2O……①
但：CO2在碱性环境中不存在，会与OH-反应生成CO32-
CO2+2OH_ =CO32-+H2O……②
故将①、②式进行叠加即为总反应：
2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ……③
由于正极反应式为氧气得电子的反应：O2+2H2O+4e→4OH_……④ 由于电解质溶液为碱性，所以正极的产物不再进一步反应，则负极的反应式为总反应方程式减去正极的反应式得到：2CH3OH+3O2＋4OH_-3O2-6H2O-12e-→2CO32-+6H2O-12OH_ 调整之后得：CH3OH＋8OH_ →CO32-＋6H2O +6e-
二、跟踪训练
1、我国首创以铝─空气─海水电池为能源的新型海水标志灯。 该灯以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，其能量比干电池高20─50倍，请回答：该电源负极材料是____________，正极材料可以用_________；正极反应：_______________________________，负极反应：_____________________________________。
2、如下图所示，组成一个原电池．
(1)当电解质溶液为稀硫酸时：
①Fe电极是__________(填“正”或“负”)极，其电极反应为________________________，该反应是__________(填“氧化”或“还原”)反应；
②Cu电极是__________电极，其电极反应为______________________，该反应是__________反应．
(2)当电解质溶液为稀硝酸时：
①Fe电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
②Cu电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
3、某原电池中，电解质溶液为KOH(aq)，分别向负极通入C2H4、C2H2或Al(g)，分别向正极通入O2或Cl2．试完成下列问题：
(1)当分别通入C2H4和O2时：
①正极反应：_______________；
②负极反应：_______________；
③电池总反应：________________________；
④溶液pH的变化：__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)．
(2)当分别通入C2H2和O2时：
①正极反应：_______________；
②负极反应：_______________；
③电池总反应：_______________；
④溶液pH的变化：_______________．
(3)当分别通入Al(g)和Cl2时：
①正极反应：_______________；
②负极反应：_______________；
③电池总反应：_______________；
④溶液pH的变化：_______________．
参考答案：
1、铝； 石墨； 2H2O＋O2＋4e→4OH；Al→Al3++3e。
2、 (1)①负 Fe→Fe2＋+2e－ 氧化
②正 2H＋＋2e－→H2↑ 还原
(2)①负 Fe→Fe3＋+3e (或Fe→Fe2＋+2e－) 氧化
②正 4H＋＋NO＋3e－→NO↑＋2H2O 还原
3、(1)①3O2＋12e－＋6H2O→12OH－ ②C2H4＋16OH－→2CO＋10H2O+12e－ ③C2H4＋3O2＋4OH－＝2CO＋4H2O ④减小
(2)①5O2＋20e－＋10H2O→20OH－ ②2C2H2＋28OH－→4CO＋16H2O+20e－
③2C2H2＋5O2＋8OH－＝4CO＋6H2O ④减小
(3)①3Cl2＋6e－→6Cl－ ②2Al＋6OH－→2Al(OH)3↓＋6e－(或2Al＋8OH－→2[Al（OH）4]-＋6e－) ③3Cl2＋2Al＋6OH－＝2Al(OH)3↓＋6Cl－(或3Cl2＋2Al＋8OH－＝6Cl－＋[Al（OH）4]-＋4H2O) ④减小
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