苏教版选修4 专题1第二单元 化学能与电能的转化（第1课时） 学案.doc

第二单元 化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。2.会判断原电池的正、负极。3学会原电池电极反应式的书写方法。原电池的工作原理一、原电池的概念及构成条件1概念：将化学能转化为电能的装置。2构成原电池的条件(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。(2)电极均插入电解质溶液(或熔融电解质)中。(3)构成闭合回路。(4)能自发地发生氧化还原反应。二、原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)1反应原理zn电极cu电极现象锌片逐渐溶解铜片上有红色物质沉积得失电子失电子得电子正、负极判断负极正极电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式zn2e=zn2cu22e=cu总反应方程式zncu2=zn2cu盐桥的作用使带电离子通过，平衡两个半电池中的电荷2.原电池中的三个方向(1)电子方向：从负极流出沿导线流入正极；(2)电流方向：从正极沿导线流向负极；(3)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。1如图所示的装置中能够组成原电池产生电流的是()解析：选b。依据构成原电池的四个必要条件分析：a中两电极相同；c中没有构成闭合回路；d中酒精是非电解质。唯有b符合条件。2有关原电池的下列说法中正确的是()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解析：选c 。在外电路中，电子从负极流向正极；在原电池中活泼金属作负极，而不一定是锌；电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。1原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)2原电池电极的判断3电极反应式的书写步骤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解析acu作正极，电极上发生还原反应，错误；b.电池工作过程中，so不参加电极反应，故甲池的 c(so)基本不变，错误；c.电池工作时，甲池反应为zn2e=zn2，乙池反应为cu22e=cu，甲池中zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g cu析出，则进入乙池的zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；d.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。答案c对于例题中：(1)该装置外电路中电子流动方向是怎样的？电流方向是怎样的？(2)该装置中的电池总反应式是什么？答案：(1)电子：从zn导线cu；电流：从cu导线zn。(2)zncu2=zn2cu。原电池的概念1如图所示8个装置中，属于原电池的是_。答案：2(1)镁铝盐酸构成的原电池中，负极是_，电极反应式为_；正极是_，电极反应式为_。(2)镁铝氢氧化钠溶液构成的原电池中，负极是_，电极反应式为_。(3)通过以上实例说明原电池的正、负极与_有关。答案：(1)mgmg2e=mg2al2h2e=h2(2)alal3e4oh=alo2h2o(3)电解质溶液的性质原电池的工作原理3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所示，下列关于该装置的说法正确的是()a外电路的电流方向为x导线yb若两电极分别为铁和碳棒，则x为碳棒，y为铁cx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，则它们的金属活动性强弱为xy解析：选d。外电路电子流向为x导线y，电流方向与其相反，x极失电子，作负极，y极发生的是还原反应，x极发生的是氧化反应。若两电极分别为铁和碳棒，则y为碳棒，x为铁。4铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()a正极反应为zn2e=zn2b一段时间后铜片增重，盐桥中k移向cuso4溶液c外电路中电子从铜片经导线流向锌片d电池工作时zn2和cu2的浓度保持不变解析：选b。在铜锌原电池中，正极反应为cu22e=cu，负极反应为zn2e=zn2，所以铜片增重，盐桥中k移向cuso4溶液，外电路中电子由锌片经导线流向铜片，故a、c错误，b正确；由电极反应知，电池工作时，c(zn2)增大，c(cu2)减小，故d错误。原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀h2so4反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的速率加快。2比较金属活动性的强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀h2so4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。3设计化学电源例如：以2fecl3cu=2fecl2cucl2为依据，设计一个原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：cu2e=cu2正极：2fe32e=2fe2(2)确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体(如h2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用fecl3溶液做电解质溶液。(4)构成闭合回路。4寻求和制造干电池和蓄电池等化学电源。5用于金属的防护(将在第三单元学到)。依据氧化还原反应：2ag(aq)cu(s)=cu2(aq)2ag(s)，设计一个最简单的原电池。(1)在下边方框内画出实验装置图。正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_。(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：请回答下列问题：电极x的材料是_，y的材料是_，电解质溶液z是_溶液。盐桥的作用是_。外电路中的电子是从_电极流向_电极。(填电极材料名称)思路点拨分析化合价变化，确定正、负极根据反应原理确定电解质根据原电池原理设计原电池。解析(1)根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：cu2e=cu2，2ag2e=2ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用cu作材料，正极要保证ag得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含ag的电解质溶液如agno3溶液，而正极材料的活泼性比cu弱，可用pt、ag或石墨等作正极。(2)在带盐桥的原电池中，组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如cu2/cu或ag/ag。答案(1)实验装置如图：(合理即可)pt(与装置图一致，合理即可)2ag2e=2agcucu2e=cu2(2)cuagagno3将两个隔离的半电池连接起来，可使电流持续传导cuag含盐桥原电池特点及优点判断(1)特点两个烧杯中液体靠盐桥连接，且电极材料与相应容器中的电解质溶液的阳离子一般要相对应。(2)盐桥的作用平衡电荷、构成闭合回路，若撤去盐桥或将盐桥换成导线，则不能构成闭合回路，不能形成原电池。(3)优点含盐桥的原电池与不含盐桥的原电池相比，效率高且电流平稳，放电时间长。原电池原理的应用1将两份过量的锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的cuso4溶液。产生h2的体积v(l)与时间t(min)的关系正确的是()解析：选b。加入cuso4溶液，zn置换出cu，形成锌铜原电池，加快反应速率，由于锌粉过量而h2so4定量，则产生h2的体积一样多。2四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()abc d解析：选b。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：。3一个原电池总反应为zncu2=zn2cu，该电池材料及电解质溶液可能是()正极负极电解质溶液azncucucl2bcuznh2so4ccuzncuso4dmgzncuso4解析：选c。原电池总反应：zncu2=zn2cu，可得出其负极反应：zn2e=zn2(氧化反应)，正极反应：cu22e=cu(还原反应)，因此负极材料只能是zn，正极材料为活泼性比zn弱的cu、fe(或c、pt)等，电解质溶液应为可溶性铜盐。 重难易错提炼1.只有氧化还原反应才有电子的得失，只有自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池。3.原电池中两种金属电极的活泼性是相对的，即相对活泼的作负极，但它们的活泼性在不同的电解质溶液中可能会改变，如mg和al，在酸性电解质溶液中mg作负极，而在naoh溶液中al作负极。2.无论什么样的电极材料、电解质溶液构成的原电池，电子流出的电极是负极，电子流入的电极是正极。课后达标检测一、单项选择题(每小题只有一个选项符合题意)1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()ahclnaoh=naclh2oh0b2ch3oh(l)3o2(g)=2co2(g)4h2o(l)h0c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h0d2h2(g)o2(g)=2h2o(l)hb(碳棒)，所以a为原电池的负极，b为正极。电极反应式为a(负)极：ane=an(氧化反应)，b(正)极：nhne=h2(还原反应)。由于正极放电消耗h，溶液中c(h)减小，ph增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计流向b极。5按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表示()c(ag)c(no)a棒的质量b棒的质量溶液的质量abc d解析：选d。在这个原电池中，负极：fe2e=fe2，使a棒质量减轻；正极：age=ag，使b棒增重，溶液中c(no)不变；反应过程中每溶解56 g铁，析出216 g银，故溶液质量减轻。6有甲、乙两位同学，他们一起做了水果电池的实验，测得数据如下：实验次数电极材料水果品种电极间距/cm电压/mv1锌铜菠萝39002锌铜苹果36503锌铜柑橘38504锌铜西红柿37505锌铝菠萝36506锌铝苹果3450下列对于甲同学提出的问题，乙同学解释不正确的是()甲：实验6中的负极反应式如何写？乙：铝为负极，al3e=al3。甲：实验1和实验5电流方向为什么相反？乙：实验1中锌为负极，电流由铜经导线流向锌；实验5中铝为负极，电流由锌经导线流向铝。甲：水果电池的电压与哪些因素有关？乙：只跟水果的类型有关。a bc d解析：选a。实验6中al为负极，故负极反应式为al3e=al3，正确；实验1中zn为负极，实验5中al为负极，正确；对比实验1和实验5可发现水果类型相同时，电极材料不同，电压也不相同，不正确。二、不定项选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)7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溶液解析：选d。由2fe3fe=3fe2得出负极反应式为fe2e=fe2，正极反应式为2fe32e=2fe2，可知负极材料为铁，正极材料为比铁不活泼的导体，电解质溶液中必须有fe3，故选d。8(2018无锡高二测试)以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是()a锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol h2b两极上溶解和析出的物质的质量相等c锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g h2d锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol解析：选a。在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点：即两极得失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看，负极：zn2e=zn2；正极：2h2e=h2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出a正确。9如图所示，杠杆a、b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滴入浓cuso4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化) ()a当杠杆为绝缘体时，a端高b端低b当杠杆为绝缘体时，a端低b端高c当杠杆为导体时，a端低b端高d当杠杆为导体时，a端高b端低解析：选ac。当杠杆为导体时，构成原电池，fe作负极，cu作正极，电极反应式分别为负极：fe2e=fe2，正极：cu22e=cu，铜球增重，铁球质量减轻，杠杆a端低b端高。当杠杆为绝缘体时，fe与 cu2直接发生置换反应，fe上附着cu，质量增大，所以a端高b端低。三、非选择题10由锌片、铜片和200 ml稀h2so4组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应式是_， 正极反应式是_。(2)外电路中电流的方向是_。(3)一段时间后，当在铜片上放出2.24 l(标准状况)气体时，h2so4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗_g锌，此时转移的电子的物质的量为_，原硫酸的物质的量浓度是_(设溶液体积不变)。解析：(1)根据电极材料可知，锌为负极，电极反应式为zn2e=zn2，铜为正极，电极反应式为2h2e=h2；(2)外电路中电流从正极流向负极；(3)当正极上放出2.24 l(标准状况)氢气时，则有：znh2so4=znso4h2 2e65 g1 mol 22.4 l 2 molmn(h2so4) 2.24 l n(e)列比例式，计算可得：m6.5 g，n(h2so4)0.1 mol，n(e)0.2 mol，c(h2so4)1.0 moll1。答案：(1)zn2e=zn22h2e=h2(2)由cu极流向zn极(3)6.50.2 mol1.0 moll111已知在酸性条件下发生的反应为aso2i2h=asoi2h2o，在碱性条件下发生的反应为asoi22oh=asoh2o2i。设计如图装置(c1、c2均为石墨电极)，分别进行下述操作：a向b烧杯中逐滴加入浓盐酸；b向b烧杯中逐滴加入40% naoh溶液。结果发现检流计指针均发生偏转，且偏转方向相反。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？_。(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？_。(3)操作a过程中c1棒上发生的反应为_。(4)操作b过程中c2棒上发生的反应为_。(5)操作b过程中，盐桥中的k移向_烧杯溶液(填“a”或“b”)。解析：由于酸性条件下发生的反应为aso2i2h=asoi2h2o、碱性条件下发生的反应为asoi22oh=asoh2o2i，都是氧化还原反应，而且满足构成原电池的三大要素：不同环境中的两电极(连接)；电解质溶液(电极插入其中并能发生氧化还原反应)；形成闭合回路。当加酸时，c1：2i2e=i2，为负极；c2：aso2h2e=asoh2o，为正极。当加碱时，c1：i22e=2i，为正极；c2：aso2oh2e=asoh2o，为负极。答案：(1)两次操作均能形成原电池，化学能转变成电能(2)酸性条件下，aso得电子，i失电子，所以c1极是负极，c2极是正极；碱性条件下，aso失电子，i2得电子，此时，c1极是正极，c2极是负极。故加入浓盐酸和naoh溶液时发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即检流计指针偏转方向不同(3)2i2e=i2(4)aso2oh2e=asoh2o(5)a12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 moll1的稀h2so4中，乙同学将电极放入6 moll1的naoh溶液中，如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：负极：_，正极：_。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：负极：_，正极：_。总反应离子方程式为_。(3)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