人教版选修4 第4章第1节 原电池 学案 (2).doc

第一节原电池1.原电池构成“三条件”：正、负两个电极。电解质溶液。形成闭合回路。2原电池正、负极判断“四方法”；(1)负极：活泼性较强的金属。流出电子的一极。发生氧化反应的一极。阴离子移向的一极。(2)正极：活泼性较弱的金属或导电的非金属(碳棒)。流入电子的一极。发生还原反应的一极。阳离子移向的一极。1氧化还原反应的本质是什么？提示：反应物之间电子的转移。氧化反应是失去电子的反应；还原反应是得到电子的反应。2原电池是一个什么样的装置，它的构成条件有哪些？提示：(1)原电池：把化学能转化为电能的装置。(2)原电池的构成条件有两种活泼性不同的金属(或非金属导体)作电极；电极均需插入电解质溶液中；两极之间形成闭合回路；自发的氧化还原反应。3锌铜稀硫酸构成的原电池装置如下：指出上述装置中正负极的电极材料是什么？并写出电极反应式。提示：zn作负极，cu作正极；负极反应式：zn2e=zn2，正极反应式：2h2e=h2。原电池的工作原理新知探究探究1两块锌片分别通过导线与电流计连接，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。装置如图。上图装置中锌片表面如何变化？电流计指针是否偏转？提示：锌片表面有红色物质生成。电流计指针不偏转，说明没有电流产生。探究2将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，同时浸入盛有酒精的烧杯中，装置如图。上图装置中电流计的指针是否偏转？提示：电流计的指针不发生偏转，说明没有电流产生。探究3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。上图装置两金属表面如何变化？电流计指针是否偏转？请写出铜片和锌片上发生的反应。提示：装置中zn片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成；电流计的指针发生偏转。锌片上发生反应：zn2e=zn2(氧化反应)；铜片上发生反应：cu22e=cu(还原反应)。 必记结论1原电池的构成条件2原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)装置示意图现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流计指针发生偏转电极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=zn2cu3.盐桥(1)成分：含有kcl饱和溶液的琼脂。(2)离子移动方向：cl移向znso4溶液(负极区)，k移向cuso4溶液(正极区)。(3)作用：使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。成功体验1下列装置中，能构成原电池的是()解析：选d酒精为非电解质，a错误；选项b中未使用盐桥，没有形成闭合回路；c项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知d正确。2关于下图所示的原电池，下列说法正确的是()a电子从锌电极通过电流表流向铜电极b盐桥中的阴离子向cuso4溶液中迁移c锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应d铜电极上发生的电极反应是2he=h2解析：选a该原电池中，zn为负极，cu为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子由zn电极流向cu电极，故a项正确，c、d两项错误；因电子由zn电极流向cu电极，故铜电极反应是cu22e=cu，所以盐桥中的阳离子向cuso4溶液中迁移，阴离子向znso4溶液中迁移，b项错误。原电池工作原理的应用新知探究探究1实验室常用粗锌和稀硫酸反应制备h2，请讨论为何不用纯锌？提示：粗锌中的锌、杂质和稀硫酸构成原电池，加快化学反应速率，而纯锌与稀硫酸反应比粗锌缓慢。探究2根据原电池原理如何比较fe、cu两种金属的活动性强弱？提示：将铁片和铜片用导线浸入稀硫酸中，发现铁片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生；说明铁比铜活泼。探究3中和反应能够放出大量的热，有人设想将其设计成原电池，你认为他是否能成功？提示：不能成功；原因是中和反应不属于氧化还原反应。必记结论1加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制h2时，粗锌比纯锌与稀h2so4反应快，或向溶液中滴入几滴cuso4溶液，反应加快。2比较金属的活动性强弱对于酸性电解质，一般是作负极的金属为较活泼的金属，作正极的金属是相对较不活泼的金属。3设计原电池(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(2)设计示例：设计思路实例以自发进行的氧化还原反应为基础2fecl3cu=2fecl2cucl2把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：cu2e=cu2还原反应(正极)：2fe32e=2fe2以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液负极材料：cu正极材料：石墨或铂电解质溶液：fecl3(aq)画出示意图成功体验3100 ml浓度为2 moll1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成h2的总量，可采用的方法是()a加入适量6 moll1的盐酸b加入几滴cucl2溶液c加入适量蒸馏水d加入适量的nacl溶液解析：选b加入适量6 moll1的盐酸，增大了溶液中c(h)和n(h)，反应速率加快，产生h2的量也增多，所以a不符合题意；加入适量蒸馏水或加入适量的nacl溶液后，溶液中c(h)降低，反应速率减慢；加入几滴cucl2溶液，锌置换出少量铜，锌、铜在盐酸中构成原电池，加快了反应速率，但不影响产生h2的量，故b正确。4设计原电池zn2fe3=zn22fe2，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)负极：_，电极反应： _；正极：_，电极反应：_。解析：分析元素化合价的变化可知，zn为负极，比zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。答案：见下图znzn2e=zn2pt2fe32e=2fe2考查原电池的工作原理例1双选题铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()a正极反应为zn2e=zn2b电池反应为zncu2=zn2cuc在外电路中，电子从负极流向正极d盐桥中的k移向znso4溶液解析电池的正极得电子，a选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中的氧化还原反应为zncu2=zn2cu，b选项正确；外电路中，电子从负极流向正极，c选项正确；左烧杯中由于zn失去电子形成zn2，使得该烧杯中正电荷的离子增加，为维持电中性，k应该通过盐桥流向cuso4所在的右烧杯，d选项错误。答案bc原电池电解质溶液中离子移动方向的规律：1盐桥在原电池中有何作用？若撤去盐桥，电流计的指针如何变化？答案：盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路。若撤去盐桥、电流计的指针不发生偏转。考查原电池原理的应用原电池的设计方法“两极一液一连线”(1)根据电池总反应写出电极反应式。(2)电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般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，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属，或一种金属和非金属。例如，铜锌原电池中，锌板作电池的负极，铜板作电池的正极。(3)电解质溶液的选择：电解质溶液是为负极提供放电的物质，因此，电解质溶液一般要能够与负极发生反应。例如：zncu稀h2so4形成的原电池中，zn与稀h2so4能发生氧化还原反应。(4)形成闭合回路。例2(广东高考节选)原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：znso4(aq)，feso4(aq)，cuso4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并作相应标注。要求：在同一桡杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)以铜片为电极之一，cuso4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。(3)甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。解析(1)因为电子的流向是从左到右，所以可以这样设计原电池：左侧烧杯内盛放feso4溶液，电极用铁片(或左侧烧杯内盛放znso4溶液，电极用锌片)，右侧烧杯内盛放cuso4溶液，电极用铜片，即可实现反应fecuso4=feso4cu(或zncuso4=cuznso4)。(2)由所给的电极材料可知，当铜片作电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子，发生氧化反应)，反应现象是电极逐渐溶解，表面有红色固体析出。(3)以锌片和铜片作电极为例，如果不用盐桥，则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应，会使部分化学能以热能的形式转化掉，而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触，从而避免了化学能转化为热能，提高电池效率。答案(1)(2)逐渐溶解(质量减少)(3)甲甲使用了盐桥，避免负极金属直接与溶液中的铜离子反应而造成能量损失含盐桥原电池的设计方法因两个半反应分别在两个烧杯中进行，则两极中的电解质溶液应有与电极材料相同的阳离子，用于提高电池效率，例如，在锌、铜和电解质溶液构成的原电池中，锌极应置于可溶性锌盐(如znso4)中，铜极应置于可溶性铜盐(如cuso4)中。2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。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cu，发生氧化反应，电解质溶液y是可溶性银盐溶液，常用agno3溶液。电极反应式如下，负极：cu2e=cu2，正极：age=ag，电子由负极(cu)经外电路流向正极(ag)。答案：(1)cuagno3(2)正age=agcu2e=cu2(3)负(cu)正(ag)课堂双基落实1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在原电池中负极发生还原反应c阳离子向正极方向移动d原电池中正极一定是不活泼金属解析：选c在外电路中，电子从负极流向正极；原电池中负极发生氧化反应；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；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属，故选c。2下列装置中，电流表指针能发生偏转的是()解析：选da项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应，不能构成原电池，a项错误；b项中冰醋酸不导电，不构成原电池，b项错误；c项中装置符合构成原电池的条件，但两极直接接触，相当于短路，因此电路中无电流，c项错误。3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()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产生气泡的速率甲比乙慢解析：选c乙烧杯中锌与铜没有接触，不能构成原电池，但锌可以与稀硫酸直接反应，放出h2。甲烧杯中铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性zncu，所以锌为负极，铜片上有h2放出，加快了锌的溶解，故只有c项正确。4实验室用铁片、铜片和agno3溶液组成原电池，则正极的电极反应式为()afe3e=fe3bfe2e=fe2c2h2oo24e=4oh dage=ag解析：选d在此原电池中，铁片、铜片分别为负极和正极。总反应为fe2agno3=2agfe(no3)2，正极的电极反应为age=ag，d项正确。5为了避免锌片与cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置，按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_，电池总反应式为_。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成_，铜和铜盐溶液组成_，中间通过盐桥连接起来。(3)电池工作时，硫酸锌溶液中so向_移动，硫酸铜溶液中so向_移动。(4)此盐桥内为饱和kcl溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，k移向_。解析：该装置为锌铜原电池，总反应式为：zncu2=cuzn2，电池工作时，观察到：电流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出，其中zn与znso4溶液组成锌半电池，cu与cuso4溶液组成铜半电池。电池工作时，znso4溶液中so向负极(锌电池)移动，cuso4溶液中so向盐桥移动，而盐桥中，k向正极区(cuso4溶液)移动，cl向负极区(znso4溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路而导电。答案：(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出zncu2=zn2cu(2)锌半电池铜半电池(3)锌电极盐桥(4)离子正极区(cuso4溶液)课下综合检测1下列反应不可用于设计原电池的是()anaohhcl=naclh2ob2ch3oh3o22co24h2oczn2hcl=zncl2h2d4al3o26h2o=4al(oh)3解析：选a只有氧化还原反应才能设计成原电池。naoh与hcl的反应为非氧化还原反应。2在如图所示的水果电池中，外电路上的电流从x电极流向y电极。若x为铁，则y可能是()a锌b石墨c银 d铜解析：选a电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由y电极流向x电极，因此y电极的金属活动性强于铁，故y电极只能为选项中的锌。3.右图中，两电极上发生的电极反应为：a极：cu22e=cub极：fe2e=fe2下列说法中不正确的是()a该装置为原电池ba极上发生还原反应c电子由bad该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能解析：该装置为原电池，a极发生还原反应，b极发生氧化反应，电子由负极(b)流出经导线流向正极(a)，该过程中能量由化学能转换为电能、热能、甚至是光能。答案：d4双选题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azncucucl2bcuznh2so4ccuzncuso4dfezncuso4解析：选cd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，正极为cu2得电子还原成cu，电解质应为可溶性铜盐，正极材料为活泼性比zn弱的cu、fe(或c、pt)等。5下图是zn和cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是()a bc d解析：选d由图可知，该电池反应为znh2so4=znso4h2，活泼金属zn作负极，cu作正极；外电路电流的方向为正极流向负极，、错误；zn失去电子被氧化，溶解成zn2，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的h在正极板上得到电子，析出h2，、正确。6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：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极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()aabcd bbcdacdabc dabdc解析：选c由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性ab，第二个装置依据氧化性、还原性的规律金属活动性bc，故第三个装置的金属活动性dc，由第四个装置电流从ad，则电子从da，故金属活动性da。7向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量的cuso4溶液，产生h2的体积v(l)与时间t(min)的关系如下所示，正确的是()解析：选aznh2so4=znso4h2，反应速率较快，若向a中加入少量的cuso4溶液，则有：zncuso4=cuznso4，消耗一部分zn，生成的cu附于zn上，又构成无数微小的cuzn原电池，加快了zn的反应速率，所以zn与稀硫酸反应时，加入cuso4则反应速率加快，应先反应完，但因cu2消耗了一定量的zn，生成h2的量要小于b。8下图所示装置中，电流表a发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的()aa是zn、b是cu、c为稀h2so4ba是cu、b是zn、c为稀h2so4ca是fe、b是ag、c为agno3溶液da是ag、b是fe、c为agno3溶液解析：选d原电池工作时，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，说明b极失去电子是负极，a极上金属离子得电子是正极，电解质溶液中含有先于h放电的金属阳离子。9如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法不正确的是()afe是负极，c是正极b负极反应式为：fe3e=fe3c内电路中阴离子移向fecl2溶液d电流由石墨电极流向fe电极解析：选bfe与c作为原电池的电极，则fe为负极，c是正极。fe在负极发生氧化反应生成fe2，因此b项错误且左边烧杯中正电荷增加，必然使盐桥中的阴离子移向fecl2溶液，电子由fe电极流向石墨电极，则电流由石墨电极流向fe电极。10下图中甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是()a甲中电池总反应的离子方程式为cd(s)co2(aq)=co(s)cd2(aq)b反应2ag(s)cd2(aq)=cd(s)2ag(aq)能够发生c盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性d乙电池中有1 mol电子通过外电路时，正极有108 g ag析出解析：选b根据甲、乙装置分析可知a项正确，且可推知cd的活泼性强于ag，故ag不能置换出cd，b项错误。11由a、b、c、d四种金属按下表中的装置图进行实验。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)四种金属活泼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，活泼性ab；乙中c极增重，即析出cu，则b为负极，活泼性bc；丙中a上有气体即有h2产生，则a为正极，活泼性da，随着h的消耗，ph变大。答案