人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池优秀第1课时学案

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第1课时 原电池的工作原理
[核心素养发展目标] 1.以锌铜原电池为例，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.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变化过程，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．回顾复习原电池的工作原理及形成条件
(1)由图1装置回顾原电池工作原理
①电极上
锌片失电子，是负极，电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋。
铜片上Cu2＋得电子，铜片是正极，电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。
②外电路中：电子由锌片流向铜片。
③溶液中：SOeq \\al(2－,4)移向锌片，Cu2＋移向铜片。
总反应方程式：CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu。
(2)原电池的构成条件
①定义：把化学能转化为电能的装置。
②构成条件
2．探究含盐桥的锌铜原电池的工作原理
(1)盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，形成离子通道，把置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连在一起，构成闭合回路。
(2)现象：锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转。
(3)工作原理(以上述原电池为例)
(1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极( )
(2)原电池中负极发生的反应是还原反应( )
(3)锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极( )
(4)在原电池中阴离子移向负极( )
(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属( )
(6)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动( )
(7)一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√
1．锌铜原电池：盐桥中离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液。盐桥在原电池装置中的作用是①形成闭合回路；②平衡电荷，使溶液呈电中性；③避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减，提高原电池的工作效率。
2．对比图1与图2两装置，更有效地将化学能转化为电能的是图2，其原因是图1装置中负极直接与CuSO4溶液接触，导致部分化学能转化为热能，产生的电流强度小。
3．某原电池总反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼脂吗？
提示 不可以。因为AgNO3溶液能和KCl溶液反应生成AgCl沉淀，盐桥中可以是装有含KNO3饱和溶液的琼脂。
1．在图中的8个装置中，属于原电池的是( )
A．①②③⑤⑧ B．③④⑥⑦
C．④⑥⑦ D．③⑤⑦
答案 D
解析 ①⑧未构成闭合回路；②中两极材料活动性相同；④中酒精是非电解质；⑥虽形似盐桥原电池装置，但锌直接与硫酸铜溶液反应，铜离子不能在铜电极放电；所以①②④⑥⑧均不构成原电池，③⑤⑦可构成原电池，D正确。
2．下列反应理论上能用于设计成原电池的是________________________________(填序号)。
①HCl＋NaOH===NaCl＋H2O ΔH＜0
②2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＜0
③4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＜0
答案 ②③
1.原电池的工作原理简图
2.原电池中正、负极的判断方法
二、原电池工作原理的应用
1．加快化学反应速率
(1)原理：在形成的原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，溶液中的离子运动时相互干扰减小，电解质溶液中离子的运动更快，使化学反应速率加快。
(2)举例：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小Cu-Zn原电池，加快产生H2的速率。
2．比较金属的活动性强弱
原理：一般来说，负极金属的活动性强于正极金属。根据现象判断出原电池的正、负极，金属的活动性：负极强于正极。
例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：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是________。
答案 d＞a＞b＞c
解析 由第一个装置a极质量减小可知，a极是负极，金属活动性：a>b；第二个装置依据氧化性、还原性的规律推出金属活动性：b>c；第三个装置的金属活动性：d>c；由第四个装置电流a→d，则电子d→a，故金属活动性：d>a。综上所述，这四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。
例2 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电极，但甲同学将电极放入6 ml·L－1稀硫酸中，乙同学将电极放入6 ml·L－1 NaOH溶液中，如图所示。
(1)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__________(填写元素符号，下同)活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。
由此实验，可得到的结论是__________________________________________________。
(2)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序直接判断原电池中正、负极”的做法__________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案：________________________________________________________。
答案 (1)Mg Al 利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的电解质
(2)不可靠 在两电极之间连上一个电流表，测电流方向，判断原电池的正、负极
3．设计原电池
(1)理论上，自发的氧化还原反应可以设计成原电池。构成原电池的基本条件也是设计原电池的基本依据。
(2)设计原电池的思路示例
以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为例
(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池( )
(2)若将2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋设计成原电池，可用锌、铁作电极材料( )
(3)足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c(SOeq \\al(2－,4))增大( )
(4)增大电解质溶液的浓度，能加快原电池的反应速率( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
若把反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计成含盐桥的原电池。在方框中画出能形成稳定电流的双液原电池(有盐桥)的装置图并标出电极材料、电解质溶液。
提示
1．(2022·张家口高二期末)3.25 g锌与100 mL 1 ml·L－1的稀硫酸反应，为了增大反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是( )
A．滴加几滴浓盐酸
B．滴加几滴浓硝酸
C．滴加几滴硫酸铜溶液
D．加入少量锌粒
答案 A
解析 3.25 g Zn的物质的量n(Zn)＝eq \f(3.25 g,65 g·ml－1)＝0.05 ml,100 mL 1 ml·L－1的稀硫酸中n(H2SO4)＝1 ml·L－1×0.1 L＝0.1 ml，根据化学方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知，二者反应的物质的量之比是1∶1，故稀硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增大了溶液中的c(H＋)，反应速率增大，且H2的产量不变，A符合题意；硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B不符合题意；Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及硫酸构成原电池，使反应速率加快；但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C不符合题意；加入少量的Zn，由于Zn是固体，浓度不变，因此反应速率不变，但由于不足量的Zn的量增加，以Zn为标准反应产生的H2的量增多，D不符合题意。
2．(1)请设计原电池，证明还原性：Cd(镉)>C(钴)>Ag(银)，氧化性：Ag＋>C2＋>Cd2＋。在下面的方框内画出原电池的装置图(带盐桥)，标出原电池的电极材料和电解质溶液。
(2)运用原电池原理设计实验，验证I2、Fe3＋氧化性的强弱，请在下面的方框内画出实验装置图(带盐桥)并写出电极反应。
答案 (1)
(2)
电极反应：
负极：2I－－2e－===I2
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
三、原电池电极反应式的书写
一般情况下：
负极：负极材料失电子生成相应离子，发生氧化反应；
正极：电解质溶液中阳离子在正极上得电子，发生还原反应；
总反应式：依据得失电子守恒配平上述两极反应式，然后相加。
1．基础原电池
(1)锌(A)-铜(B)-H2SO4溶液(C)
负极：Zn－2e－===Zn2＋；
正极：2H＋＋2e－===H2↑；
总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
(2)Mg(A)-Al(B)-盐酸(C)
负极：Mg－2e－===Mg2＋；
正极：2H＋＋2e－===H2↑；
总反应：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
(3)Mg(A)-Al(B)-NaOH溶液(C)
负极：2Al－6e－＋8OH－===2AlOeq \\al(－,2)＋4H2O；
正极：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－；
总反应：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \\al(－,2)＋3H2↑。
(4)铁(A)-铜(B)-FeCl3溶液(C)
负极：Fe－2e－===Fe2＋；
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；
总反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
(5)铁(A)-铜(B)-稀硝酸(C)
负极：Fe－3e－===Fe3＋；
正极：NOeq \\al(－,3)＋4H＋＋3e－===NO↑＋2H2O；
总反应：Fe＋NOeq \\al(－,3)＋4H＋===Fe3＋＋NO↑＋2H2O。
2．带盐桥的原电池
某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。
(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片( )_____________________________________________________________________，
Cu片( )_____________________________________________________________________。
(2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及对应的电极反应式：
Al片( )_____________________________________________________________________，
Cu片( )_____________________________________________________________________。
答案 (1)负极 2Al－6e－===2Al3＋ 正极 6H＋＋6e－===3H2↑
(2)正极 2NOeq \\al(－,3)＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O
负极 Cu－2e－===Cu2＋
解析 (1)该原电池中，Al易失电子发生氧化反应而作负极、Cu作正极；负极上Al失电子生成铝离子进入溶液，所以负极反应式为2Al－6e－===2Al3＋，正极是氢离子得电子产生氢气，电极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑。
(2)Al和浓硝酸发生钝化现象，Cu和浓硝酸的反应是自发的放热的氧化还原反应，所以能构成原电池，Cu失电子作负极、Al作正极，正极上硝酸根离子得电子发生还原反应，电极反应式为2NOeq \\al(－,3)＋2e－＋4H＋===2NO2↑＋2H2O，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。
3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池，请回答下列问题：
(1)反应开始时，乙中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为____________________。甲中石墨电极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________________。
(2)电流表读数为0时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入FeCl2固体，则乙中的石墨作________(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为______________________。
答案 (1)氧化 2I－－2e－===I2 还原 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ (2)正 I2＋2e－===2I－
解析 根据反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，原电池的电极反应：负极2I－－2e－===I2，发生氧化反应；正极2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，发生还原反应。
(1)反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应。(2)当电流表读数为0时反应已达平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为I2＋2e－===2I－；左侧石墨作负极，电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋。
题组一 原电池的工作原理
1.(2023·无锡检测)在如图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X。若X为铅电极，则Y可能是( )
A．锌 B．银 C．石墨 D．铜
答案 A
解析 在柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X，说明电极Y是负极，电极X是正极，Y的活动性比X强。根据金属活动性顺序可知，金属活动性：Zn>Pb>Cu>Ag，石墨是非金属单质，失去电子能力比金属弱，因此若X为铅电极，则Y应该是活动性比铅强的金属锌，故合理选项是A。
2．(2022·河南驻马店高二期中)下列有关原电池负极的说法正确的是( )
A．一定是活泼金属
B．工作时电极本身一定被氧化
C．工作时一定有电子流出
D．一定带负电荷
答案 C
解析 原电池工作时电子从负极流向正极，负极一定有电子流出，C正确。
3．如图所示，两电极分别为碳棒和铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则下列叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
答案 C
解析 在铁片、碳棒形成的原电池中，a极上有大量气泡生成，可判断a为原电池的正极(碳棒)，b为原电池的负极(铁片)，电解质溶液为稀硫酸，不可能是硫酸铜溶液，C符合题意。
4．用铜片、银片、CuSO4溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)构成一个原电池。下列有关该原电池的叙述正确的是( )
①铜电极的质量减少 ②正极反应为Ag＋＋e－===Ag ③在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ④实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
答案 A
解析 金属活动性：Cu>Ag，Cu为负极，失去电子，Cu－2e－===Cu2＋，①正确；Ag为正极，得到电子，Ag＋＋e－===Ag，②正确；电子经外电路流向银电极，电流由银电极流向铜电极，③错误；取出盐桥不能形成闭合回路，不能构成原电池，④错误。
5．(2022·南京高二检测)实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是( )
A．若将图1装置的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生
B．图2中H＋向Cu片移动
C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快
D．图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶1
答案 D
解析 Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，稀硫酸作电解质溶液，所以Cu片上可看到有气体产生，A正确；H＋带正电荷，向正极移动，即向Cu片移动，B正确；由于Mg失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片时，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C正确；若两装置负极消耗Zn的质量均为65 g，图2正极产生2 g H2，图3正极上析出64 g Cu，正极产物的质量比为1∶32，D错误。
题组二 原电池工作原理的应用
6．将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是( )
答案 D
解析 向A中滴加CuSO4溶液发生反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，置换出的Cu附着在Zn表面构成原电池，可以加快产生H2的速率，A的斜率要大于B的斜率，B错误；A中部分Zn与CuSO4反应，则与稀硫酸反应的Zn比B中小，产生的H2体积比B中小，A、C错误，D正确。
7．有A、B、D、E四种金属，当A、B、稀硫酸组成原电池时，电子流动方向为A→B；当A、D、稀硫酸组成原电池时，A为正极；当B、E组成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E、B－2e－===B2＋，则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为( )
A．A>B>E>D B．A>B>D>E
C．D>E>A>B D．D>A>B>E
答案 D
解析 根据“当A、B、稀硫酸组成原电池时，电子流动方向为A→B”可知，金属性：A>B；根据“当A、D、稀硫酸组成原电池时，A为正极”可知，金属性：D>A；根据“当B、E组成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E、B－2e－===B2＋”可知，金属性：B>E，综上可知，金属性由强到弱的顺序为D>A>B>E。
8．根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是( )
A．X可以是银或石墨
B．Y是硫酸铜溶液
C．电子从铜电极经外电路流向X电极
D．X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
答案 B
解析 由反应2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag知铜为负极，则X为正极，X材料为活动性比铜弱的金属或非金属导体，A正确；电解质溶液中应含有Ag＋，B错误；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，C正确；Ag＋在正极X上得到电子，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，D正确。
题组三 原电池电极反应式的书写
9．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而被重视，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－===MnOeq \\al(－,2)
D．Li是负极，电极反应式为Li－2e－===Li2＋
答案 B
解析 根据锂电池的总反应式Li＋MnO2===LiMnO2，失电子的金属Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，A、D错误，B正确；MnO2是正极，电极反应式为MnO2＋e－===MnOeq \\al(－,2)，C错误。
10．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，已知O～t1，原电池的负极是Al片，反应过程中有红棕色气体产生，下列说法不正确的是( )
A．O～t1，正极的电极反应式为2H＋＋NOeq \\al(－,3)＋e－===NO2↑＋H2O
B．O～t1，溶液中的H＋向Cu电极移动
C．t1时，负极的电极反应式为Cu＋2e－===Cu2＋
D．t1时，原电池中电子的流动方向发生改变是因为Al在浓硝酸中钝化，氧化膜阻碍Al进一步反应
答案 C
解析 O～t1，Al在浓硝酸中发生钝化，铝氧化得到氧化铝，Cu为正极，NOeq \\al(－,3)放电生成NO2，正极电极反应式为2H＋＋NOeq \\al(－,3)＋e－===NO2↑＋H2O，A正确；O～t1，Cu为正极，溶液中的H＋向Cu电极移动，B正确；t1时，铜为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，C错误。
11．(2022·杭州高二月考)实验a：将铜片、锌片和稀硫酸组成单液原电池，铜片、锌片表面均产生气泡。实验b：将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，再与铜片、稀硫酸组成单液原电池，只有铜片表面产生气泡。下列有关说法不正确的是( )
A．实验a中锌片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能
B．实验b中铜片表面产生气泡对应的能量转化形式是化学能转化为电能
C．实验a、b中原电池总反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
D．锌片经HgCl2溶液处理后，有利于更多的化学能转化为电能
答案 A
解析 实验a中锌片表面产生气泡是因为锌片和稀硫酸发生氧化还原反应生成氢气，对应的能量转换形式是化学能转化为热能，A错误；实验b中铜片表面产生气泡是因为形成原电池，对应的能量转化形式是化学能转化为电能，B正确；实验a、b中形成原电池，锌片作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，铜片作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，C正确；将锌片在稀HgCl2溶液中浸泡几分钟，锌片表面形成锌汞合金，阻止锌与稀硫酸直接反应，从而有利于更多的化学能转化为电能，D正确。
12．硝酸汞和碘化钾溶液混合后会生成红色的碘化汞沉淀，为了探究硝酸汞和碘化钾溶液之间能否发生氧化还原反应，研究人员设计了如图的实验装置，结果电流表指针发生了偏转，下列分析正确的是( )
A．如图装置的电流方向是从C1到C2
B．C1是负极，发生的反应是2I－－2e－===I2
C．盐桥中的K＋向C1电极移动
D．装置发生的总反应是Hg2＋＋2I－===HgI2↓
答案 B
解析 电流表指针发生偏转说明有电流形成，此装置为原电池，I－具有还原性，C1作负极，电极反应为2I－－2e－===I2，B正确；C2作正极，溶液中Hg2＋得电子，Hg2＋＋2e－===Hg，发生还原反应，电流方向是从正极(C2)流向负极(C1)，A错误；为保持硝酸汞溶液电荷守恒，盐桥中阳离子移向硝酸汞溶液(C2电极)，C错误；装置发生的总反应为Hg2＋＋2I－===Hg＋I2，D错误。
13．某同学在做原电池原理的实验时，有如下实验步骤：
①用导线将灵敏电流表的两端分别与纯净的锌片和铜片相连接(如图1)。
②把一块纯净的锌片插入盛有稀硫酸的烧杯中；
③把一块纯净的铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中；
④用导线把锌片和铜片连接起来后，再平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中(如图2)。
回答下列问题：
(1)实验步骤①中应观察到的现象是__________________________________________。
(2)实验步骤②中应观察到的现象是__________________________________________。
(3)实验步骤③中应观察到的现象是__________________________________________。
(4)实验步骤④中应观察到的现象是__________________________________________。
(5)通过实验步骤④该同学头脑中有了一个猜想(或假设)，该猜想是______________。
(6)为了证实该猜想，该同学又设计了第⑤步实验，请简要画出第⑤步实验的装置示意图。
答案 (1)电流表指针不偏转 (2)锌片上有气泡产生 (3)铜片上无气泡产生 (4)铜片上有大量气泡产生，锌片上没有气泡或有少量气泡 (5)有电子从锌片经导线向铜片移动
(6)
解析 原电池的形成条件：①相对活泼的金属与电解质溶液发生自发的氧化还原反应，②有活动性不同的两个电极，③两电极插入电解质溶液中，④两极用导线相连形成闭合回路。(1)(2)(3)均没有形成原电池，(4)形成了原电池。
14.(1)利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示的原电池，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。
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极反应式为__________________________________________________________。
答案 (1)①2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋ ②FeCl3 CuCl2 ③阳
(2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析 (1)①该原电池中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋；石墨作正极，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。②X溶液应为FeCl3溶液，Y溶液应为CuCl2溶液。③原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动。
(2)Cu作负极，O2在正极上得电子：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
15．(2022·重庆高二检测)人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。以下各种电池广泛应用于日常生活、生产和科学技术等方面，请根据题中提供的信息填空：
(1)如图1所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中央滴入浓CuSO4溶液(实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)，一段时间后，当杠杆为绝缘体时，________(填“A”或“B”，下同)端高；当杠杆为导体时，______端高。
图1
(2)铁、铜、铝是生活中使用广泛的金属，FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，其反应的离子方程式为______________________________________________________________，
若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为___________________，正极反应式为________________________________________________________________________。
(3)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，负极分别为__________(填字母)。
A．铝片、铜片 B．铜片、铝片
C．铝片、铝片 D．铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：______________________________。
(4)某原电池装置如图2所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl，当电路中转移a ml电子时，交换膜左侧溶液中约减少____________ ml离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)______(填“>”“＜”或“＝”)1 ml·L－1(忽略溶液体积变化)。
图2
答案 (1)A B (2)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ 铜 Fe3＋＋e－===Fe2＋ (3)B Al＋4OH－－3e－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O (4)2a >
解析 (1)当杠杆为绝缘体时，加入硫酸铜溶液后，铁和硫酸铜发生置换反应生成铜附着在铁表面，质量增加，因此是A端比B端高；当杠杆为导体时，加入硫酸铜溶液后，铁和铜构成原电池，铁的金属性强于铜，因此铁是负极失去电子，被氧化，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子，发生还原反应析出铜，因此是A端比B端低。(2)氯化铁溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，离子方程式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋；该反应为氧化还原反应，铜发生氧化反应，作原电池的负极，正极材料只要能够导电且活动性小于铜即可，氯化铁在正极得电子发生还原反应，电极反应式：Fe3＋＋e－===Fe2＋。(3)将铝片和铜片用导线相连，插入浓硝酸中，形成原电池，常温下，Al遇浓硝酸钝化，所以Cu电极作负极；将铝片和铜片用导线相连，插入烧碱溶液中，Al能和NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，Cu不能和NaOH溶液反应，所以Al作负极，B正确；烧碱溶液中形成原电池的负极反应式：Al＋4OH－－3e－===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O。(4)负极电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，原电池工作时，电路中转移a ml电子，则负极消耗a ml Cl－，形成闭合回路移向正极的n(H＋)为a ml，所以负极区即交换膜左侧溶液中约减少2a ml离子；正极区电极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，生成n(HCl)＝a ml，所以交换膜右侧溶液c(HCl)增大，即交换膜右侧溶液c(HCl)>1 ml·L－1。电极
Zn电极
Cu电极
电极名称
负极
正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
电子流出
电子流入
电极反应式
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
总反应式
CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu
电子移动方向
从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液
离子移动方向
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，离子只能在电解质溶液中移动，不能在导线上移动
若有盐桥
盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区
若有交换膜
离子可选择性通过交换膜，如阳离子可通过阳离子交换膜移向正极
实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增加
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极