化学 人教版选择性必修1第四章 第一节 第1课时 原电池的工作原理Word文档格式.docx
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能量转换
化学能转化为电能
微观探析
在硫酸锌溶液中,负极一端的Zn失去电子形成Zn2+进入溶液
在硫酸铜溶液中,正极一端的Cu2+获得电子变成Cu沉积在铜片上
电子或离子
移动方向
电子:
负极流向正极
盐桥:
Cl—移向ZnSO4溶液,K+移向CuSO4溶液
工作原理,
电极反应式
负极:
Zn-2e-===Zn2+(氧化反应)
正极:
Cu2++2e-===Cu(还原反应)
总反应:
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
特别提醒 ①盐桥的作用:
形成闭合回路;
平衡两侧的电荷,溶液呈电中性;
避免电极与电解质溶液的直接接触,减少电流的衰减。
②原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。
3.原电池工作原理示意图
(1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极(×
)
(2)原电池中负极发生的反应是还原反应(×
(3)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极(×
(4)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极(√)
(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属(×
1.如图是某同学设计的原电池装置,
(1)电极Ⅰ上发生________(填反应类型),作________(填电极名称)。
(2)电极Ⅱ的电极反应式为___________________________________________。
(3)该原电池的总反应式为________________________________________________。
(4)盐桥中装有含氯化钾的琼胶,其作用是________。
答案
(1)还原反应 原电池的正极
(2)Cu-2e-===Cu2+ (3)2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+
(4)形成闭合回路、平衡电荷(答案合理即可)
2.根据原电池的工作原理,写出下列电池的电极反应式。
(1)将铁片、铜片用导线连接后,置于稀硫酸中,形成原电池:
①正极反应式是______________________________________________________________;
②负极反应式是_________________________________________________________________;
③原电池总反应的离子方程式是___________________________________________________。
(2)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银,其处理方法:
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,有臭鸡蛋气味的气体放出,银表面的黑色会褪去而银不会损失。
在此形成的原电池中:
①负极反应式是______________________________________________________________;
②正极反应式是______________________________________________________________;
③总反应方程式是__________________________________________________________。
答案
(1)①2H++2e-===H2↑ ②Fe-2e-===Fe2+ ③Fe+2H+===Fe2++H2↑
(2)①2Al-6e-===2Al3+ ②3Ag2S+6e-===6Ag+3S2- ③3Ag2S+2Al+6H2O===6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑
解析
(2)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:
Ag2S―→Ag,显然这是原电池的正极反应:
3Ag2S+6e-===6Ag+3S2-,负极反应应为活泼金属发生氧化反应:
2Al-6e-===2Al3+,正极生成的S2-和负极生成的Al3+在溶液中都能水解且相互促进:
2Al3++3S2-+6H2O===2Al(OH)3↓+3H2S↑,有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。
原电池的总反应为上述三个反应式的加合:
3Ag2S+2Al+6H2O===6Ag+2Al(OH)3+3H2S↑。
一般电极反应式的书写方法
(1)判断原电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂。
(2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。
(3)写出电极反应式,将两式相加得总反应式。
二、原电池的应用
1.加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快,例如,在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液,CuSO4与锌发生置换反应生成Cu,从而形成Cu-Zn微小原电池,加快产生H2的速率。
2.比较金属活动性强弱
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。
由此可判断出a是负极、b是正极,且金属活动性:
a>
b。
3.设计原电池
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。
(a)外电路
负极——化合价升高的物质
正极——活泼性弱的物质,一般选碳棒
(b)内电路:
化合价降低的物质作电解质溶液。
如:
2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
①化合价升高的物质
Cu
②活泼性较弱的物质
C
③化合价降低的物质
电解质溶液:
FeCl3
示意图
(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池(×
(2)将Mg和Al导线连接放入NaOH溶液,Al不断溶解,说明活泼性Mg<Al(×
(3)足量的Zn与稀H2SO4反应时,滴入CuSO4溶液可以加快反应速率,因为c(SO)增大(×
(4)增大浓度,能加快原电池反应的速率(×
一般来说,设计成原电池的反应为放热反应,但有些吸热反应如果能自发进行也可设计成原电池,如:
AsO+2I-+2H+AsO+I2+H2O
通过调节B中的pH,实现原电池电极的转换,若正方向放热,则逆方向吸热,均能构成原电池。
1.由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。
装置
金属A不断溶解形成二价金属离子
C极质量增加
A极有气泡产生
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_____________________________________________。
答案
(1)A-2e-===A2+
(2)Cu2++2e-===Cu
(3)变大 (4)D>A>B>C
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:
A>B;
乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性:
B>C;
丙中A上有气泡即H2产生,则A为正极,活动性:
D>A,随着H+的消耗,pH变大。
2.依据氧化还原反应:
Cu+2Ag+===Cu2++2Ag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)银电极的电极反应式是_______________________________________________________;
X电极的电极反应式是__________________________________________________________。
(3)外电路中的电子是从________极流向________极。
(4)该原电池的正极是____________,还可以选用__________________等材料。
答案
(1)铜 硝酸银溶液
(2)2Ag++2e-===2Ag Cu-2e-===Cu2+ (3)负(或铜) 正(或银) (4)银 铂、石墨
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)。
设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择
(1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。
但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行,则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。
(2)电池的电极材料必须能导电。
①活动性不同的两种金属。
如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极。
②金属和非金属。
如锌作负极,石墨棒作正极。
③金属和化合物。
如铅蓄电池,铅块作负极,PbO2作正极。
④惰性电极。
如氢氧燃料电池中,两电极均可用Pt。
随堂演练 知识落实
1.(2019·
甘肃武威第十八中学高二上期末)下列装置中,能构成原电池的是( )
答案 D
2.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( )
A.均发生了化学能转化为电能的过程
B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物
C.工作过程中,电子均由Zn经导线流向Cu
D.相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高
答案 B
解析 两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,故A正确;
根据原电池的工作原理,锌比铜活泼,锌作负极、铜作正极,铜本身不是反应物,故B错误;
锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,故C正确;
图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大,但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减,故D正确。
3.(2019·
江西临川第一中学高二月考)某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池:
2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
下列叙述中正确的是( )
A.甲烧杯中溶液的pH逐渐增大
B.乙烧杯中发生还原反应
C.外电路的电流方向是从a到b
D.电池工作时,盐桥中的SO移向甲烧杯
答案 AC
解析 甲烧杯中发生的电极反应为MnO+8H++5e-===Mn2++4H2O,氢离子浓度减小,导致溶液的pH增大,A项正确;
a电极发生还原反应,Mn元素的化合价降低,电极反应式为MnO+8H++5e-===Mn2++4H2O,b电极亚铁离子失去电子发生氧化反应,Fe2+-e-===
Fe3+,B项错误;
由上述分析可知,a为正极,b为负极,则电流方向为从a到b,C项正确;
阴离子向负极移动,则盐桥中的SO移向乙烧杯,D项错误。
4.已知电极材料:
铁、铜、银、石墨、锌、铝;
CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。
按要求回答下列问题:
(1)电工