苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx

上传人:b****7 文档编号:10862598 上传时间:2023-02-23 格式:DOCX 页数:13 大小:177.29KB
下载 相关 举报
苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx_第1页
第1页 / 共13页
苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx_第2页
第2页 / 共13页
苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx_第3页
第3页 / 共13页
苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx_第4页
第4页 / 共13页
苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx_第5页
第5页 / 共13页
点击查看更多>>
下载资源
资源描述

苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx

《苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。

苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理.docx

苏教版高中化学选修4讲义原电池的工作原理

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

目标与素养:

1.以铜锌原电池为例,理解原电池的工作原理。

(宏观辨识与微观探析)2.学会判断原电池的正、负极,掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。

(宏观辨识与微观探析)3.掌握原电池原理的基本应用。

(科学态度与社会责任)

一、原电池的工作原理

1.原电池

(1)概念:

将化学能转化为电能的装置。

(2)构成条件

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电解质溶液。

③形成闭合回路(或两极直接接触)。

④能自发地发生氧化还原反应。

2.铜锌原电池的工作原理

(1)用温度计测量锌粉与CuSO4溶液反应的温度变化,说明该反应为放热反应,该反应在物质变化的同时,实现化学能转化为热能。

(2)铜锌原电池的工作原理

装置

电极

Zn

Cu

反应现象

逐渐溶解

铜片上有红色物质析出

电极名称

负极

正极

得失电子

失电子

得电子

电子流向

电子流出

电子流入

反应类型

氧化反应

还原反应

电极反应式

Zn-2e-===Zn2+

Cu2++2e-===Cu

电池总反应式

Zn+Cu2+===Zn2++Cu

3.盐桥(以铜锌原电池为例)

(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:

①使两个半电池形成通路,并保持两溶液的电中性。

②避免电极与电解质溶液反应,有利于最大程度地将化学能转化为电能。

二、原电池的设计

请根据离子反应Fe+Cu2+===Fe2++Cu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:

Fe-2e-===Fe2+;

正极:

Cu2++2e-===Cu。

(2)确定电极材料

如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作正极。

发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。

本例中可用铁作负极,用铜作正极。

(3)确定电解质溶液

①负极区用FeCl2溶液作电解液;

②正极区用CuCl2溶液作电解液;

③如果原电池中没有盐桥,可用CuCl2溶液作电解液。

(4)构成闭合回路:

将电极用导线连接,使之构成闭合回路。

(5)画出装置图

1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。

(1)原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应。

(  )

(2)原电池中的盐桥是为了连通电路,也可用金属导线代替。

(  )

(3)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极。

(  )

(4)铜、锌与硫酸组成的原电池中,锌为负极,质量减少,铜为正极,质量不变。

(  )

答案:

(1)× 

(2)× (3)√ (4)√

2.关于如图所示的原电池,下列说法正确的是(  )

A.电子从锌电极通过导线流向铜电极

B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移

C.锌电极发生还原反应

D.铜电极上发生的电极反应为2H++2e-===H2↑

A [该原电池中,较活泼的金属——锌作负极,发生氧化反应,较不活泼的铜作正极,发生还原反应,电子由负极——锌流出,经导线流向铜电极,电极反应分别为负极:

Zn-2e-===Zn2+,正极:

Cu2++2e-===Cu;盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移,故A正确,B、C、D错误。

]

3.如图所示:

(1)当K断开时,________片上有气泡产生,生成气体对应的离子方程式为____________________________________

_________________________________________________________。

(2)当K闭合时,________片上有气泡。

生成气体对应的反应式为_______________________________________________________。

解析:

(1)K断开时,Zn与盐酸直接发生置换反应,离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑。

(2)K闭合时,Zn、Cu和盐酸构成原电池,Cu为正极,电极反应为2H++

2e-===H2↑,因此铜片上产生气体。

答案:

(1)锌 Zn+2H+===Zn2++H2↑

(2)铜 2H++2e-===H2↑

原电池正负极的判断

及电极反应式的书写

1.原电池正负极的判断

2.原电池的电极材料“两注意”

(1)注意电解质溶液对电极类型的影响

一般较活泼金属作负极,较不活泼的金属或导电的非金属作正极,但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池,则是较不活泼的金属作负极。

例如:

镁铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但若以氢氧化钠为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极。

(2)注意电极材料是否参与反应

负极材料不一定参与反应,如燃料电池;负极和正极材料都参与反应,如铅蓄电池。

3.一般电极反应式的书写方法

(1)定电极,标得失。

按照负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出电极反应产物,找出得失电子的数量。

(2)看环境,配守恒。

电极产物在电解质溶液中应能稳定存在,如碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。

电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。

(3)两式加,验总式。

两电极反应式相加,与总反应方程式对照验证。

4.已知总反应式,书写电极反应式

(1)分析化合价,确定正极、负极的反应物与反应产物。

(2)在电极反应式的左边写出得失电子数,使得失电子守恒。

(3)根据质量守恒配平电极反应式。

(4)复杂电极反应式=总反应式-简单的电极反应式。

【例1】 如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是(  )

A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极

B.电极Ⅱ的电极反应式为:

Cu2++2e-===Cu

C.该原电池的总反应为:

2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+

D.若盐桥中装有含氯化钾的琼脂,则其作用是传递电子

C [该原电池所发生的反应实质是Fe3+与Cu的反应,C正确;电极Ⅰ上发生还原反应,作正极,A错;电极Ⅱ为负极,电极反应式为:

Cu-2e-===

Cu2+,B错;电子在负极上产生后经导线聚集在正极上被吸收掉,不可能通过溶液和盐桥,D错。

]

原电池电极反应式在书写时应注意的问题

(1)电极反应常用“===”而不用“

”连接。

(2)电极反应中若有气体生成,需加“↑”,弱电解质或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。

(3)注意电解质溶液的酸碱性,酸性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现OH-;碱性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现H+,电极反应中出现的离子要与电解质溶液的性质相吻合。

(4)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。

(5)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一);反之,总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。

1.如图,在盛有稀硫酸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,关于该装置的下列说法中正确的是(  )

A.外电路的电流方向为:

X→外电路→Y

B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为Fe

C.X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X>Y

D [由图示电子流向知X为负极,Y为正极,则电流方向为Y→外电路→X,故A错;若两电极分别为Fe和碳棒,则X为铁,Y为碳棒,B错;负极上失去电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,C错;若两电极均为金属,活泼金属作负极,故有活动性X>Y。

]

2.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(  )

A.①②中Mg作为负极,③④中Fe作为负极

B.②中Mg作为正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑

C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+

D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑

B [Mg比Al活泼,在①中Mg作负极,但在NaOH溶液中,Mg不反应,而Al可以反应,故②中Al是负极。

在浓硝酸中铁会钝化,故Cu为负极,Fe为正极。

在④中由于不断向Cu极附近通入空气,而O2比溶液中的H+得电子能力强,故Fe失去电子,在Cu极O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。

]

原电池原理的应用

1.加快氧化还原反应的速率

例如:

在锌与稀硫酸反应时加入少量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硫酸中,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a>b。

3.设计原电池

设计思路

实例

以自发进行的氧化还原反应为基础

2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2

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):

Cu-2e-===Cu2+

还原反应(正极):

2Fe3++2e-===2Fe2+

以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液

负极铜和CuCl2溶液

正极碳(或铂)和FeCl3溶液

画出示意图

【例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,发生的电极反应式为________________;X电极上发生的电极反应式为________________。

(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:

Cu-2e-===Cu2+,正极:

2Ag++2e-===2Ag,电子由负极(Cu)流出,经外电路流向正极(Ag)。

答案:

(1)Cu AgNO3溶液

(2)正 2Ag++2e-===2Ag Cu-2e-===Cu2+

(3)负(Cu) 正(Ag)

(1)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯,还需要CuSO4溶液吗?

(2)正极材料除了用金属Ag,还可以用哪些材料?

提示:

(1)不需要,只需要用AgNO3溶液。

(2)还可以用金属Pt、石墨电极等。

3.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是(  )

正极

负极

电解质溶液

A

Zn

Cu

CuCl2溶液

B

Cu

Zn

H2SO4溶液

C

Cu

Zn

CuSO4溶液

D

Mg

Zn

CuCl2溶液

C [根据Zn+Cu2+===Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-===

Zn2+,是电池负极;正极反应为Cu2++2e-===Cu,故正极材料可以是石墨或Cu等,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液,C符合。

]

1.下列装置不可以组成原电池的是(  )

      A        B

      C        D

C [C中的装置不能形成闭合回路。

]

2.关于原电池的说法,正确的是(  )

A.在正极上发生氧化反应

B.某电极上有氢气产生,则此电极为正极

C.在外电路电子流出的为正极

D.在负极上发生还原反应

B [A项,正极发生还原反应;B项,产生H2的电极上得电子,发生还原反应,是正极;C项,外电路中电子由负极流出;D项,负极失去电子发生氧化反应。

]

3.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是(  )

A.正极反应为:

Zn===Zn2++2e-

B.电池反应为:

Zn+Cu2+===Zn2++Cu

C.在外电路中,电流从负极流向正极

D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液

B [电池的正极得电子,A选项错误;结合该电池的装置图可知,该过程中涉及的氧化还原反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,B选项正确;外电路中,电流从正极流向负极,C选项错误;在烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中带正电荷的离子增加,为维持电中性,盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,而

K+应该通过盐桥流向CuSO4溶液所在的右烧杯,D选项错误。

]

4.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极质量增大

b上有气体产生,c上无变化

在导线中,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(  )

A.a>b>c>d    B.b>c>d>a

C.d>a>b>cD.a>b>d>c

C [根据装置Ⅰ可确定活动性:

a>b;根据装置Ⅱ可确定活动性:

b>c;根据装置Ⅲ可确定活动性:

d>a。

]

5.现有如下两个反应:

(A)NaOH+HCl===NaCl+H2O

(B)Cu+2Ag+===Cu2++2Ag

(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池:

_______________。

(2)如果不能,说明其原因:

_______________________________。

(3)如果可以,则写出正、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”):

负极:

________,____________________,____________;

正极:

________,____________________,____________;

若导线上转移电子1mol,则正极质量增加________g,电解质溶液为________。

解析:

(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,(B)是氧化还原反应且能自发进行。

(3)根据电池反应式Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属;Ag+得电子,所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。

答案:

(1)(A)不能,(B)可以 

(2)(A)为非氧化还原反应,没有电子转移 (3)Cu Cu-2e-===Cu2+ 氧化反应 碳棒、Ag、Pt、Au(任选一) 2Ag++2e-===2Ag 还原反应 108 AgNO3溶液

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索
资源标签

当前位置:首页 > 工作范文 > 制度规范

copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1