苏教版选修四1.2 化学能与电能的转化 第1课时版（含解析） 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目标要求1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。一、原电池1原电池定义：将化学能转变为电能的装置。2实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简单原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极，电解质溶液，形成闭合回路，能自发进行的氧化还原反应。二、原电池的工作原理工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。以铜锌原电池为例：1在znso4溶液中，锌片逐渐溶解，即zn被氧化，锌原子失电子，形成zn2进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片；cuso4溶液中，cu2从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为zn2e=zn2；铜为正极，发生还原反应，电极反应式为cu22e=cu。总反应式为zncu2=zn2cu，反应是自发进行的。2闭合回路的构成：外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，内电路：溶液中的阴离子移向znso4溶液，阳离子移向cuso4溶液。3盐桥盐桥中通常装有含琼胶的kcl饱和溶液。当其存在时，随着反应的进行，zn棒中的zn原子失去电子成为zn2进入溶液中，使znso4溶液中zn2过多，带正电荷。cu2获得电子沉积为cu，溶液中cu2过少，so过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中cl向znso4溶液迁移，k向cuso4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。知识点一原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案b解析a、d项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；b项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是zn2e=zn2，2h2e=h2；c项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。2在图中的8个装置中，属于原电池的是()a b c d答案d知识点二原电池的原理3用铜片、银片、cu(no3)2溶液、agno3溶液、导线和盐桥(装有琼脂kno3的u型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为age=ag实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同a b c d答案c解析该原电池中cu作负极，ag作正极，负极反应式为cu2e=cu2，正极反应式为age=ag，因此对；在外电路中，电子由cu电极流向ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以对。4下图是zn和cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是()no.28date：2009.11.8实验后的记录：zn为正极，cu为负极。h向负极移动。电子流动方向zncu。cu极上有h2产生。若有1 mol电子流过导线，则产生h2为0.5 mol。正极的电子反应式为：znzn2e。a b c d答案b解析本题考查了锌、铜和稀h2so4构成的原电池的基本工作原理。zn比cu活泼，zn为负极，电极反应为：zn2e=zn2，cu为正极，电极反应为2h2e=h2，每转移1 mol电子，产生h2 0.5 mol，电子由zn流出，经导线流向铜片，溶液中h向正极移动，so向负极移动，故选b。5把a、b、c、d四块金属泡在稀h2so4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。a、b相连时，a为负极；c、d相连时，d上有气泡逸出；a、c相连时，a极减轻；b、d相连时，b为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()aabcd bacbd cacdb dbdca答案c解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性ab、ac、cd、db，故正确答案为c。知识点三原电池的应用6已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：cucl2溶液、fe2(so4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？_。若能，请写出电极反应式，负极：_，正极：_。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能cu2e=cu22fe32e=2fe2(3)解析(1)当cu、al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为fecl3能与cu发生反应：2fecl3cu=2fecl2cucl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为cu，反应为cu2e=cu2，正极为石墨，电极反应式为2fe32e=2fe2。(3)因为总反应式为feh2so4=feso4h2，所以负极为fe，正极可为cu、ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。7利用反应fe3zn=fe2zn2设计一个带盐桥的原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为_，电极反应式为_。负极为_，电极反应式为_。此装置中盐桥的作用为_。答案pt2fe32e=2fe2znzn2e=zn2使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性解析根据反应zn2fe3=zn22fe2知该反应中的氧化反应为zn2e=zn2，故应采用zn片作负极，还原反应为2fe32e=2fe2，故应选择比zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含zn2的盐溶液如znso4溶液，正极区选含fe3的溶液作电解液如fecl3、fe2(so4)3溶液等。练基础落实1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()ah2so4(aq)bacl2(aq)=2hcl(aq)baso4(s)h0b2ch3oh(l)3o2(g)2co2(g)4h2o(l)h0c4fe(oh)2(s)2h2o(l)o2(g)=4fe(oh)3(s)h0d3cu(s)8hno3(aq)=3cu(no3)2(aq)2no(g)4h2o(l)h0答案a2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，只有金属锌作为负极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答案c解析在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的金属作负极，而不一定是zn；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。答案为c。3锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应是znag2oh2o=2agzn(oh)2，则负极上发生反应的物质是()aag bzn(oh)2 cag2o dzn答案d解析判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作负极作出判断。由题给总方程式得zn2oh2e=zn(oh)2，故zn为负极。4.根据反应：2agcu=cu22ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是() ax可以是银或石墨by是硫酸铜溶液c电子从铜电极经外电路流向x电极dx极上的电极反应式为age=ag答案b解析根据题意，铜应为负极，x为正极，则x应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属，a项正确；电解质溶液应含ag，b项错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，ag在正极x上得电子，age=ag，故c、d项正确。5控制适合的条件，将反应2fe32i2fe2i2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()a反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应b反应开始时，甲中石墨电极上的fe3被还原c电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态d电流计读数为零后，在甲中溶入fecl2固体，乙中的石墨电极为负极答案d解析由反应2fe32i2fe2i2可知，反应开始时，甲中fe3发生还原反应，乙中i发生氧化反应；当电流计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入fecl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中i2发生还原反应，则乙中石墨电极为正极；故选d。 6.科学家正在研究高铁可充电电池，据研究人员推测，这种电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点，将有广泛的应用前景。高铁电池放电时，锌、k2feo4分别在两极上发生反应，以koh溶液为电解液，电池总反应为3zn2k2feo48h2o=3zn(oh)22fe(oh)34koh，下列说法中错误的是()a电池工作时，锌失去电子b电池正极的电极反应式为 2feo8h2o6e=2fe(oh)310ohc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1.2041023个电子，锌的质量理论上减少6.5 g答案c练方法技巧7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质量相等c锌片溶解31 g，铜片上析出1 g h2d锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol答案a解析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氢气也得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出a正确。8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用锌片作负极，铜片作正极，在cuso4溶液中，铜片质量增加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，气泡放出速率加快答案c解析铜片和铁片紧靠并浸入稀h2so4中，铜片上的h获得由铁片传递过来的电子2h2e=h2，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应：zncu2=zn2cu，生成的cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入fecl3溶液，发生的反应是cu2fe3=cu22fe2，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中，滴入几滴cucl2溶液，发生反应：zncu2=zn2cu，置换出的cu与剩余的zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2h2e=h2的反应，可观察到气泡放出速率加快。9银器皿日久表面会逐渐变成黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池进行“抛光”，其处理方法是：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，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失，试回答：(1)食盐的作用是_。(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为_，正极发生的电极反应为_。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为_，原电池总反应方程式为_。(4)实际操作中，配制食盐水时，通常还加入一定量的小苏打，其主要作用是_，这一反应的化学方程式是_。答案(1)作电解质起导电作用(2)2al6e=2al33ag2s6e=6ag3s2(3)2al33s26h2o=2al(oh)33h2s2al3ag2s6h2o=2al(oh)33h2s6ag(4)除去生成的h2s，防止污染空气h2snahco3=nahsh2oco2解析(1)形成原电池需要电解质导电，因此nacl是作电解质起导电作用。(2)根据题给信息“黑色褪去而银不会损失”，必然发生ag2sag变化。铝比银活泼，为负极，失电子变成al3，反应为：al3e=al3。ag2s变为ag和s2，得电子，是原电池的正极，反应为：ag2s2e=2ags2。(3)溶液中2al33s26h2o=2al(oh)33h2s因此，总反应为：2al3ag2s6h2o=6ag2al(oh)33h2s(4)硫化氢有毒，需除去，因此，nahco3的作用是除去生成的h2s，防止污染空气，反应为：h2snahco3=nahsh2oco2。练综合拓展10依据氧化还原反应：2ag(aq)cu(s)=cu2(aq)2ag(s)设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(1)电极x的材料是_；电解质溶液y是_；(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；x电极上发生的电极反应为_；(3)外电路中的电子是从_电极流向_电极。答案(1)铜agno3溶液(2)正age=agcu2e=cu2(3)cuag解析根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，cu应作负极，agno3溶液为电解质溶液，从而推知：(1)x的材料为铜，y是agno3溶液。(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为age=ag。x电极上发生的电极反应式为cu2e=cu2。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。11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的金属活泼”，则甲会判断出_活动性更强，而乙会判断出_活动性更强(填写元素符号)。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？_。a利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质b镁的金属性不一定比铝的金属性强c该实验说明金属活动