人教版选修4 第4章第1节 原电池 学案 (4).doc

第1节 原电池目标1.了解由盐桥连接的原电池的结构和机理，分析比较该电池与zncuh2so4原电池的不同，理解持续、稳定的电流产生的意义，体会这一重大改进在把原电池原理应用于化学电源的实际意义，培养深入探究问题的能力。2.了解一次电池、二次电池和燃料电池的基本构造和反应原理。了解能量转化的过程，培养观察能力、分析比较能力，培养对化学学习的兴趣。3.根据氧化还原反应规律，了解原电池的设计原理和电极、电解质溶液的选择规律。理解把原电池原理应用于生产实践的过程和差距，体会科学技术与实际应用间的区别。培养科学研究的兴趣。知识巧学升华一、原电池1.定义：把氧化还原反应的化学能转变为电能的装置称为原电池。2.原电池的原理在氧化还原反应中发生电子的得失，还原剂失去电子，把电子通过导线转移给氧化剂，被氧化；氧化剂得到电子，被还原。3.原电池结构的改进(1)改进将原电池的氧化剂和还原剂分别盛在不同的容器中，用盐桥将原电池的氧化剂区域和还原剂区域联接起来，形成复杂的原电池：将反应zn+cuso4znso4+cu,按右图装置连接，在左边的烧杯里盛有znso4溶液，并插入zn片；在右边的烧杯里盛有cuso4溶液，并插入cu片，将两个烧杯用盐桥（盐桥为一倒置的u形管，内部盛有被kcl饱和的琼脂，其作用是提供离子通道以维持两极溶液的电中性）连接来，将锌片和铜片用导线连接，中间串联一个检流计。(2)现象：当电路接通后，看到检流计的指针发生了偏转，根据指针偏转的方向，可以判断电子由锌片流入铜片（电流的方向则由铜片流向锌片），同时看到锌片逐渐溶解，铜片上不断有铜沉积。(3)电极反应锌半电池：zn-2e-zn2+，发生氧化反应（电子通过外电路流向cu板），负极铜半电池：cu2+2e-cu，发生还原反应（cu2+在cu板上获得电子），正极总反应：zn+cu2+zn2+cu，为“电池反应”知识拓展 简单的cuznh2so4原电池,无法实现持续、稳定地产生电流。在原电池中设置一个盐桥，是对原有思维模式的质的突破。把原有的只有氧化剂、还原剂直接接触，通过盐桥的引入实现了氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同的区域之间通过特定的装置实现了电子的定向移动，并且为产生稳定而持续的电流创造了条件。4.电池正、负极的判断原电池有两个电极：负极和正极。(1)根据组成原电池的电极材料判断。一般由活泼金属（或还原性物质）作负极，活泼性较弱的金属或能够导电的非金属材料（如石墨、碳棒等）作正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。提供电子的电极（电子流出的电极）为负极；接受电子的电极（电子流入的电极）为正极。即电流由正极流向负极，电子是由负极流向正极。(3)根据两电极发生的变化来判断。负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子发生还原反应。(4)根据电解质溶液中离子的定向移动方向来判断。阳离子移向的电极是正极，阴离子移向的电极是负极。(5)根据一般现象来判断：溶解的一极为负极，质量增加或放出气体的一极为正极。5.构成原电池的基本条件(1)由活泼性不同的两个电极（其中一个为活泼金属），两电极直接或间接地连在一起；(2)构成闭合回路；(3)有电解质溶液；(4)存在能够自发进行的氧化还原反应。二、原电池原理的应用1.依据原电池原理比较金属活动性强弱(1)活泼金属作负极，不活泼的金属作正极；(2)根据电极反应现象确定原电池的正极和负极，原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。要点提示 相对活泼的金属不一定为负极，判断电池的正负极还要看具体的反应。如镁、铝组成的两极，如果选择强碱性电解质溶液，负极为铝而不是镁，虽然镁比铝活泼。但铝能够与碱性溶液反应但镁不能。如果用弱酸作电解质溶液，则负极是镁。2.根据原电池原理，把氧化还原反应设计成电池从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成为原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两电极。(1)电解质溶液的选择。电解质是使负极放电的物质，因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者考虑电解质溶液中溶解的其他物质（如空气中的氧气）。但如果两个半反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜、锌、硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有zn2+的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有cu2+的溶液中。(2)电极材料的选择：在原电池中，选择活泼性较强的物质作为负极，选择活泼性较弱的物质作为正极。并且原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间产生的电势差是电子（阴、阳离子）移动的动力。要点提示 一般情况下，两个电极的构成分成如下情况：活泼性不同的两种金属；金属和非金属（常见的锌锰干电池）；金属和惰性电极（铂电极或石墨电极或其他碳棒）。(3)原电池中离子移动的方向阴离子流向原电池的负极，阳离子流向原电池的正极。误区警示 构成原电池后，原电池内部溶液中的阳离子向原电池的正极移动，溶液中的阴离子向原电池的负极移动；原电池的外电路电子从负极流向正极，电流从正极流向负极。问题思路探究问题1 如何认识原电池的原理？导思:理解原电池原理的关键是认识电流产生的原因。原电池是根据氧化还原反的本质电子得失，把电子的传递方式从无序转向有序的电子流动，从而得到电流。在直接进行的氧化还原反应中，电子的传递是直接由还原剂传递给氧化剂，相当于“短路“状态，在传递过程中化学能以热能的形式释放出来。原电池把还原剂作负极，氧化剂在正极放电。从而实现了电子的由负极向正极的传递形成电流。探究:本题考查原电池的基本原理氧化还原反应中电子的得失。在化学反应中，电子的传递是直接由还原剂传递给氧化剂，相当于短路状态。该过程发出大量的热量。而原电池中电子的传递是间接的，是负极由外电路把电子转移给正极，再由正极把电子传递给电解质溶液的。因此，在外线路中流动过程中产生电流。问题2 向盐酸和金属锌反应的体系中加入少量硫酸铜溶液，会发生什么变化？导思:解决该问题的关键是分析比较加入硫酸铜溶液对原反应的影响，思考的重点是cu2+加入后对原来的反应造成了什么影响，影响产生的原因是什么？如果改成其他电解质溶液如硝酸银是否可以？探究:加入少量硫酸铜溶液，cu2+与金属锌发生置换反应，生成少量的单质铜，附着在金属锌的表面，与金属锌构成了许多微小的原电池，加快了化学反应的速率。因此，加入硫酸铜或硝酸银都可以加快锌粒与盐酸的化学反应速率。典题热题新题一、重点：原电池原理例1 下列叙述中正确的是（）a.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属b.由cu、zn作电极与cuso4溶液组成的原电池中，cu是负极c.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触，锡先被破坏d.铜锌原电池工作时，若有13 g锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过解析：两种活泼性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说明构成原电池的材料一定是金属，例如锌与石墨电极也能与电解液构成原电池。在原电池中，活泼金属中的电子流向不活泼电极，因此活泼金属是负极。镀锡铁表皮破损后与电解质溶液构成原电池，铁比锡活泼，铁失电子被腐蚀。铜锌原电池中，锌作负极失电子，电极反应为zn-2e-zn2+，1 mol zn失去2 mol电子，则0.2 mol zn(质量为13 g)失去0.4 mol电子。答案：d 深化升华 本题考查原电池的原理，形成原电池的几个基本条件。只要对原电池的相关反应有正确的认识就能正确解答。例2 我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，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，则电源负极材料为 ，正极材料为 。正、负极反应分别为 、 。解析：根据原电池的构成条件，活泼金属作负极（失去电子），发生氧化反应；惰性材料作正极（得到电子），发生还原反应。发生反应4al+3o22al2o3，所以铝被氧化而作负极，氧气在正极上得到电子被还原。类似于钢铁的电化学腐蚀。答案：石墨等能导电的惰性材料活泼性比铝弱的金属材料3o2+6h2o+12e-12oh-4al-12e-4al3+ 拓展延伸 如果把海水换成用新制蒸馏水配置的氯化钠溶液，并放置在密闭容器中，还能发出强光吗？解析：由于电解质溶液中缺少了氧气，该原电池缺少了能够“自发进行的氧化还原反应”这一基本条件，构不成原电池。故不能发出强光。二、难点：原电池原理的应用例3 银制器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银。有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间，黑色褪去而银不会损失。试回答：在此原电池反应中，负极是 ，负极发生的反应为；正极是 ，正极发生的反应为；反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为。解析：要善于抓住题示信息。“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化ag2sag，显然这是原电池的正极反应：ag2s+2e-2ag+s2-，负极是活泼金属发生氧化反应：al-3e-al3+,正极生成的s2-和负极生成的al3+在溶液中发生双水解：2al3+3s2-+6h2o2al(oh)3+3h2s,与题意产生臭鸡蛋气味的气体相吻合。原电池的总反应为上述三个反应的加和：3ag2s+2al+6h2o6ag+2al(oh)3+3h2s。答案：铝制容器2al-6e-2al3+银器皿3ag2s+6e-6ag+3s2-3ag2s+2al+6h2o6ag+2al(oh)3+3h2s深化升华 在构成原电池的3种物质中，铝是活泼金属，肯定作为负极被氧化。银器皿黑色褪去而银不会损失，+1价的银被还原作电池的正极，在电解质溶液种产生al3+和s2-，两种离子因为双水解而不能共存，促进水解肯定会产生臭鸡蛋气味的气体h2s，重要的是理解题目中的信息，并且掌握有关双水解的知识。三、疑点：电池反应方程式的书写例4 把锌片和铁片放在盛有稀食盐和酚酞混合液的u形管中，如右图所示，最终可在a极观察到酚酞变红。a是原电池的正极还是负极？是锌还是铁？写出电极反应和总反应式。解析：这个装置是原电池，zn作原电池的负