人教版选修4 原电池 学案 (1).doc

第一节原电池1了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。(重点)2能正确书写电极反应式和电池反应方程式。(重难点)3能设计简单的原电池。原 电 池 的 工 作 原 理基础初探教材整理1原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。2原电池构成条件3原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转电极名称zn电极负极cu电极正极得失电子失电子得电子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总反应式zncu2=zn2cu探究升华思考探究将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，同时浸入盛有cuso4溶液的烧杯中，装置如图。问题思考：(1)如图装置两金属表面如何变化？电流计指针是否发生偏转？请分析铜片和锌片上的反应。【提示】zn被腐蚀，cu上有固体析出。电流计指针发生偏转。zn片：zn2e=zn2铜片：cu22e=cu(2)在图示装置中，若实验进行一段时间，电流计指针偏转的角度减小，最终没有电流通过。同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。这是什么原因？如何避免这种状况？【提示】zn与cu2发生反应：zncu2=cuzn2，覆盖在zn片上。为避免这种情况发生、可以采用盐桥。认知升华原电池的工作原理1原电池的构成2实例：如图是cuzn原电池两种装置的比较：装置中还原剂zn与氧化剂cu2直接接触，易造成能量损耗；装置能避免能量损耗；装置中盐桥的作用是提供离子迁移通路，导电。3工作原理题组冲关题组1原电池的构成1下列反应不可用于设计成原电池的是()acaco32hcl=cacl2co2h2ob2ch3oh3o2=2co24h2oczn2hcl=zncl2h2d4al3o26h2o=4al(oh)3【解析】a项不是氧化还原反应，不能设计成原电池。【答案】a2对于原电池的电极名称，叙述错误的是()a发生氧化反应的一极为负极b正极为电子流入的一极c比较不活泼的金属为负极d电流流出的一极为正极【解析】原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。【答案】c3(1)下列装置属于原电池的是_。(2)在选出的原电池中，_是负极，发生_反应，_是正极，该极的现象是_。(3)此原电池反应的化学方程式为_。【解析】(1)构成原电池的条件：两个活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，属于原电池。(2)(3)在中，fe为负极，发生氧化反应，cu为正极，发生还原反应，cu表面有气泡冒出，反应实质为feh2so4=feso4h2。【答案】(1)(2)fe氧化cucu表面有气泡产生(3)feh2so4=feso4h2题组2原电池的工作原理4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】c5如图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中。(1)锌片上的现象是_，电极反应式为_。(2)铜片上的现象是_，电极反应式为_。(3)电流由_经导线流向_，说明_为正极，_为负极。(4)若反应过程中有0.2 mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为_。(5)若将电解质溶液换成硫酸铜溶液，能否形成原电池？_(填“能”或“不能”)。若能，请写出电极反应式_；若不能，请说明理由_。【答案】(1)锌片溶解变薄zn2e=zn2(2)有气泡冒出2h2e=h2(3)铜锌铜锌(4)2.24 l(5)能负极：zn2e=zn2正极：cu22e=cu原 电 池 原 理 的 应 用基础初探教材整理原电池的设计理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。(1)外电路负极(还原性较强的物质)正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。(2)内电路将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。(3)闭合电路探究升华思考探究根据电极材料fe、cu、石墨，电解质溶液cucl2溶液、fecl3溶液、naoh溶液，选择合适的材料和溶液，运用原电池原理设计实验装置，验证cu2、fe3的氧化性的强弱。问题思考：(1)如何证明氧化性：fe3cu2？【提示】利用反应：2fe3cu=2fe2cu2，氧化性：氧化剂(fe3)氧化产物(cu2)。(2)请画出相关的原电池装置图(含盐桥)。【提示】(3)该原电池正极反应类型是什么？负极反应类型是什么？【提示】还原反应，氧化反应(4)正极区域、负极区域有何现象？【提示】负极：cu棒不断溶解；正极：溶液由黄色变为浅绿色。(5)写出电极反应式以及电池反应方程式。【提示】负极：cu2e=cu2正极：2fe32e=2fe2总反应：2fe3cu=2fe2cu2认知升华原电池工作原理的应用1原电池正负极的判断2加快氧化还原反应的速率。如：在锌与稀硫酸反应时加入少量cuso4溶液，能使产生h2的速率加快。3比较金属活动性强弱4设计原电池 (1)电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。(2)电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。题组冲关题组1利用原电池判断金属的活动性1 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()abcd【解析】利用原电池的形成和工作原理解决问题。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：。【答案】b2根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是()a2ag(s)cd2(aq)=2ag(aq)cd(s)bco2(aq)cd(s)=co(s)cd2(aq)c2ag(aq)cd(s)=2ag(s)cd2(aq)d2ag(aq)co(s)=2ag(s)co2(aq)【解析】根据题图中“”或“”，可确定正极和负极，且金属作电极，故负极金属活动性强于正极金属，结合原电池装置可判断金属活泼性；cdco和coag，即cdcoag。由于金属性cd强于ag，则a项反应不可能发生；根据金属活动性，可知后三个离子反应均能自发进行。【答案】a题组2利用原电池反应加快反应速率3锌与100 ml 1 mol/l盐酸反应的实验中，若设想向溶液中加入少量的醋酸钠，溴化铜，醋酸铜(均为可溶性)，并测定生成h2的速率(ml/min)，预计三种方案的速率大小是()abcd【解析】醋酸钠与盐酸反应减小了氢离子浓度，反应速率减慢；溴化铜与锌反应置换出铜，形成铜锌原电池，加快了反应速率；醋酸铜既有减小反应速率的因素又有加快反应速率的因素，不好判断以哪个因素为主。由的速率最大可确定答案为c。【答案】c410 ml浓度为1 mol/l的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是()ak2so4bnaclccuso4dna2co3【解析】zn与稀盐酸发生反应：zn2hcl=zncl2h2，若加入物质使反应速率降低，则c(h)减小。但是不影响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(h)不变。a.k2so4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(h)减小，但没有消耗h，因此n(h)不变，符合题意，正确。b.nacl与hcl不发生反应：不能减慢反应速率，错误。c.加入cuso4溶液会与zn发生置换反应：cuso4zn=cuznso4，产生的cu与zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，与题意不符合，错误；d.若加入na2co3溶液，会与盐酸发生反应：na2co32hcl=2naclh2oco2，使溶液中的c(h)减小，但由于逸出了co2气体，因此使n(h)也减小，产生氢气的物质的量减小，不符合题意，错误。【答案】ab题组3设计原电池5一个原电池反应的离子方程式是zncu2=zn2cu，该原电池的正确组成是() 【导学号：29910082】选项abcd正极zncucuzn负极cuznzncu电解质溶液cucl2溶液h2so4溶液cuso4溶液cucl2溶液【解析】活泼金属为负极，且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。【答案】c学业分层测评(二十)(建议用时：45分钟)学业达标1如图所示的铜锌原电池中，铜电极为()a负极b质量增加c发生还原反应的一极d发生氧化反应的一极【解析】该装置为原电池，zn极电子流出为负极，发生氧化反应；cu极电子流入为正极，发生还原反应，但是质量不会增加。【答案】c2下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()【解析】b、c选项均无化学反应；d选项zn与稀h2so4反应，但装置不能形成闭合回路，只有a符合要求。【答案】a3下列有关原电池的说法中正确的是()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【解析】在原电池外电路中，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，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】c4将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是 () 【导学号：51182032】a两烧杯中铜片表面均无气泡产生b甲中铜片是正极，乙中铜片是负极c两烧杯中溶液的ph均增大d产生气泡的速度甲比乙慢【解析】甲装置是铜锌原电池，乙不能形成原电池装置。所以乙烧杯中铜表面无气泡生成，则甲中铜表面有气泡生成，a错；乙中cu片不可能是负极，b错；甲、乙两装置发生的反应均是zn2h=h2zn2，所以两烧杯中溶液的ph均增大，c对；因甲是原电池装置，所以甲烧杯中产生h2的速度快，d错。【答案】c5用铁片与稀硫酸反应制氢气时，下列不能使氢气生成速率加快的是()a加热b不用稀硫酸，改用98%浓硫酸c加少量硫酸铜溶液d不用铁片，改用铁粉【解析】加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率，a、d正确；铁在浓硫酸中钝化，不产生氢气，b错误；加入少量硫酸铜溶液，由于cu2fe=cufe2，则构成铜铁稀硫酸原电池，加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率，c正确。【答案】b6可以将反应znbr2=znbr2设计成原电池，下列4个电极反应：br22e=2br，2br2e=br2，zn2e=zn2，zn22e=zn，其中表示放电时负极和正极反应的分别是()a和b和c和d和【解析】放电时负极反应物为zn，失电子被氧化，正极反应物为br2，得电子被还原。【答案】c7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】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d选项不能满足要求。 【答案】d8m、n、p、e四种金属：mn2=nm2m、p用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，m表面有大量气泡n、e用导线连接放入e的硫酸盐溶液中，电极反应为e22e=e，n2e=n2。四种金属的还原性由强到弱的顺序是()ap、m、n、ebe、n、m、pcp、n、m、ede、p、m、n【解析】由知，金属活动性mn；m、p用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，m表面产生气泡，m做原电池正极，活动性pm；n、e构成的原电池n做负极，活动性ne。【答案】a9在如图所示装置中，观察到电流计指针发生偏转，m棒变粗，n棒变细，由此判断下表中所列m、n、p物质，其中可以成立的是()选项mnpa锌铜稀硫酸溶液b铜铁稀盐酸c银锌硝酸银溶液d锌铁硝酸铁溶液【解析】本题通过电极变化来确定原电池的正负电极，n棒变细，即n极上发生氧化反应，n棒金属较活泼，排除a、d，由m棒变粗，可知b不正确。【答案】c10依据氧化还原反应：2ag(aq)cu(s)=cu2(aq)2ag(s)设计的原电池，如图所示。 【导学号：51182033】cuso4溶液y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_极流向_极。【解析】原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极x的材料是铜，发生氧化反应，电解质溶液y是可溶性银盐溶液，常用硝酸银溶液。电极反应式表示为负极：cu2e=cu2，正极：age=ag，电子由负极(或cu)出发，经外电路流向正极(或ag)。【答案】(1)铜(或cu)agno3溶液(2)正age=agcu2e=cu2(3)负(或cu)正(或ag)11a、b、c、d四种金属按下表中的装置进行实验。装置现象二价金属a不断溶解c的质量增加a上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的ph_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。【解析】甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中a不断溶解，则a为负极、b为正极，活动性ab；乙中c极增重，即析出cu，则b为负极，活动性bc；丙中a上有气体即h2产生，则a为正极，活动性da，随着h的消耗，ph变大。【答案】(1)a2e=a2(2)cu22e=cu(3)变大(4)dabc12某校化学研究性学习小组欲设计实验验证fe、cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目。方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为：_。方案：有人利用fe、cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：_；负极反应式：_。方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证fe、cu活动性的简单实验方案(与方案、不能雷同)：_，用离子方程式表示其反应原理：_。【解析】比较或验证金属活动性的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证，也可利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可利用金属单质间的置换反应来完成。【答案】方案：fe2h=fe2h2方案：2h2e=h2fe2e=fe2方案：把铁片插入cuso4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(其他答案合理即可)fecu2=cufe2能力提升13将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，下列各图表示产生氢气的体积v(l)与时间t(min)的关系正确的是()【解析】向a中加入少许胆矾晶体，则有zncu2=cuzn2，消耗一部分zn，所以产生h2的量较少，但生成的cu附于zn上又组成铜锌原电池，加快反应速率，因此曲线a的斜率大于曲线b的斜率。【答案】a14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， 下列说法正确的是() 【导学号：51182034】a外电路的电流方向为：x外电路yb若两电极分别为fe和碳棒，则x为碳棒，y为fecx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，则它们的活动性顺序为xy【解析】根据电子流动方向，x是原电池负极，y是正极。外电路的电流方向为：y外电路x，故a错误；x是原电池负极，故铁是x，故b错误；x