41 原电池 学案人教版选修4.docx

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41原电池学案人教版选修4

第一节　原电池

[学习目标定位]　1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。

2.会正确判断原电池的正极和负极。

3.掌握原电池电极反应式的书写方法。

1．原电池是借助氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。

分析下图所示原电池装置并填空。

原电池总反应的离子方程式：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

2．原电池构成的条件：

具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。

下列图示装置能形成原电池的是AD。

探究点一　原电池的工作原理

1.按右图所示装置，完成实验并回答下列问题：

（1）有关的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液颜色变浅；

②电流表的指针发生偏转，该装置中的能量变化是化学能转化为电能。

（2）电子流动方向和电流方向

①外电路：

电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。

②内电路：

阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（3）电极反应：

负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋；正极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

（4）用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有Cu2＋直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。

2．按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题：

（1）实验过程中，你能观察到的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮；②电流表指针发生偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。

（2）用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高（或无变化）；由此可说明CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向锌片得电子被还原。

（3）离子移动方向

①硫酸锌溶液中：

Zn2＋向盐桥移动；

②硫酸铜溶液中：

Cu2＋向铜极移动；

③盐桥中：

K＋移向正极区（CuSO4溶液），Cl－移向负极区（ZnSO4溶液）。

（4）若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？

为什么？

答案　不偏转。

如果要使电流表指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路。

若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，电流表指针不会发生偏转。

3．实验结论：

与问题1中的原电池装置相比较，问题2中双液原电池具有的特点是

（1）具有盐桥。

取下盐桥，无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行。

（2）两个半电池完全隔开，Cu2＋无法移向锌片，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。

[归纳总结]

1．原电池原理是把氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。

2．原电池电极及电极反应特点

（1）负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化，发生氧化反应。

（2）正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。

3．原电池的设计

从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。

关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。

（1）电解质溶液：

一般能与负极反应，或者溶解在溶液中的物质（如O2）与负极反应。

（2）电极材料：

一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。

[活学活用]

1．用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼胶KNO3的U形管）构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是（　　）

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　②正极反应为Ag＋＋e－===Ag　③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作　④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同

A．①②B．②③C．②④D．③④

答案　C

解析　铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：

Cu－2e－===Cu2＋，正极：

2Ag＋＋2e－===2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此C正确。

2．利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计一个原电池，正极为______，电极反应式为________________________________________________________________________；

负极为______，电极反应式为_________________________________________________；电解质溶液是______。

答案　Pt（或C）　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　FeCl3溶液

解析　根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路：

首先将已知的反应拆成两个半反应（即氧化反应和还原反应）：

Cu－2e－===Cu2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3＋的材料，如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3＋的电解质溶液，如FeCl3溶液等。

探究点二　原电池的电极判断及电极反应式的书写

1．原电池电极（正极、负极）的判断依据有多种。

试填写下表：

判断依据

正极

负极

电极材料

不活泼金属或非金属导体

活泼金属

电子流向

电子流入

电子流出

电极反应

还原反应

氧化反应

电极现象

电极增重或产生气体

电极减轻

2.将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式________________________________________________________________________；

负极反应式_____________________________________________________________________；

总反应方程式__________________________________________________________________。

答案　2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

3．有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn（OH）2。

（1）Zn发生________反应，是____极，电极反应式是_______________________________。

（2）Ag2O发生________反应，是____极，电极反应式是______________________________。

答案　

（1）氧化　负　Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2

（2）还原　正　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

[归纳总结]

1．一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的环境中，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。

2．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）＝－

[活学活用]

3．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个

原电池，下列说法正确的是（　　）

A．X为负极，电极反应式为Si－4e－===Si4＋

B．X为正极，电极反应式为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑

C．X为负极，电极反应式为Si＋6OH－－4e－===SiO＋3H2O

D．Y为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

答案　C

解析　先由氧化还原反应确定正极和负极，再根据反应物和产物确定电极反应式。

硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：

Si－4e－＋6OH－===SiO＋3H2O；铁为正极：

4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，总反应方程式：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

1．关于原电池的叙述中正确的是（　　）

A．构成原电池的两极必须是两种不同金属

B．原电池是将化学能转化为电能的装置

C．原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出

D．原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原

答案　B

2．下图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下：

卡片上的描述合理的是（　　）

A．①②③B．③④⑤C．①⑤⑥D．②③④

答案　B

解析　判断一装置是否属于原电池，应看是否符合构成原电池的条件，符合构成原电池的条件即为原电池。

然后，再根据原电池原理判断正、负极，分析电极反应、电子流动或电流流动方向等。

在本题给定的原电池中，正极是Cu，负极是Zn，故①错误；电子从负极Zn流出，流向正极Cu，H＋向正极移动，在Cu电极上得电子：

2H＋＋2e－===H2↑，故②错误；③、④正确；此原电池负极上发生的反应是Zn－2e－===Zn2＋，⑥错误；总反应方程式：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，当有1mol电子通过导线时，产生H2为0.5mol，故⑤正确。

3．X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。

X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。

据此判断四种金属的活动性顺序是（　　）

A．X>Z>W>YB．Z>X>Y>W

C．X>Y>Z>WD．Y>W>Z>X

答案　A

解析　在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极，阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。

电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。

因此，X、Y相连时，X为负极，则活动性X>Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活动性Z>W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活动性X>Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活动性W>Y。

综上所述，可以得出金属的活动性顺序：

X>Z>W>Y。

4．

（1）将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：

Al片（　　）_____________________________________________________________________，

Cu片（　　）_____________________________________________________________________。

（2）若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？

________（填“能”或“不能”），若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：

Al片（　　）_____________________________________________________________________，

Cu片（　　）_____________________________________________________________________。

答案　

（1）负极　2Al－6e－===2Al3＋（或Al－3e－===Al3＋）　正极　6H＋＋6