人教版高考化学选修4学案第4章 第1节 原电池文档格式.docx
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流出
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
总反应式
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
二、原电池的设计
理论上,能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。
实际设计时应注意以下几方面。
(1)外电路
负极(还原性较强的物质)
正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。
(2)内电路
将两极浸入电解质溶液中,使阴、阳离子做定向移动。
(3)闭合电路
[基础自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)原电池中外电路电子流动的方向是正极流向负极,溶液中阳离子向正极移动。
( )
(2)铜锌原电池中,若将铜片抽走,则不会发生反应。
(3)铜、锌、稀硫酸构成的原电池,铜片是正极,锌片上一定没有气泡产生。
(4)所有化学反应的化学能均能直接转变成电能。
(5)原电池工作时,电路中通过的电量等于阴阳两极通过的电量之和。
【答案】
(1)×
(2)×
(3)×
(4)×
(5)×
2.对于原电池的电极名称,叙述错误的是( )
A.发生氧化反应的一极为负极
B.正极为电子流入的一极
C.比较不活泼的金属为负极
D.电流流出的一极为正极
C [原电池中相对活泼的金属为负极,发生氧化反应;
相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极,发生还原反应。
]
[合作探究·
攻重难]
原电池工作原理
[思考交流]
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。
(1)如图装置两金属表面如何变化?
电流计指针是否发生偏转?
请分析铜片和锌片上的反应。
【提示】 Zn被腐蚀,Cu上有固体析出。
电流计指针发生偏转。
Zn片:
Zn-2e-===Zn2+ 铜片:
(2)在图示装置中,若实验进行一段时间,电流计指针偏转的角度减小,最终没有电流通过。
同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。
这是什么原因?
如何避免这种状况?
【提示】 Zn与Cu2+发生反应:
Zn+Cu2+===Cu+Zn2+,覆盖在Zn片上。
为避免这种情况发生,可以采用盐桥。
1.工作原理
2.原电池正负极的判断
3.电极反应式书写的一般步骤:
[对点训练]
1.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C [A.Cu作正极,电极上发生还原反应,错误;
B.电池工作过程中,SO
不参加电极反应,故甲池的c(SO
)基本不变,错误;
C.电池工作时,甲池反应为Zn-2e-===Zn2+,乙池反应为Cu2++2e-===Cu,甲池中Zn2+会通过阳离子交换膜进入乙池,以维持溶液中电荷平衡,由电极反应式可知,乙池中每有64gCu析出,则进入乙池的Zn2+为65g,溶液总质量略有增加,正确;
D.由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜,错误。
2.如图所示,将锌、铜通过导线相连,置于稀硫酸中。
(1)锌片上的现象是__________________,电极反应式为__________________。
(2)铜片上的现象是__________________,电极反应式为__________________。
(3)电流由________经导线流向_______,说明____________为正极,________为负极。
(4)若反应过程中有0.2mol电子发生转移,则生成的氢气在标准状况下的体积为________。
(5)若将电解质溶液换成硫酸铜溶液,能否形成原电池?
________(填“能”或“不能”)。
若能,请写出电极反应式
_______________________________________________________________;
若不能,请说明理由____________________________________________。
【答案】
(1)锌片溶解变薄 Zn-2e-===Zn2+
(2)有气泡冒出 2H++2e-===H2↑
(3)铜 锌 铜 锌
(4)2.24L
(5)能 负极:
Zn-2e-===Zn2+、正极:
原电池原理的应用
根据电极材料Fe、Cu、石墨,电解质溶液:
CuCl2溶液、FeCl3溶液、NaOH溶液,选择合适的材料和溶液,运用原电池原理设计实验装置,验证Cu2+、Fe3+的氧化性的强弱。
(1)如何证明氧化性:
Fe3+>
Cu2+?
【提示】 利用反应:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,氧化性:
氧化剂(Fe3+)>
氧化产物(Cu2+)。
(2)请画出相关的原电池装置图(含盐桥)。
【提示】
(3)该原电池正极反应类型是什么?
负极反应类型是什么?
【提示】 还原反应,氧化反应
(4)正极区域、负极区域有何现象?
【提示】 负极:
Cu棒不断溶解;
正极:
溶液由黄色变为浅绿色。
(5)写出电极反应式以及电池反应方程式。
Cu-2e-===Cu2+
2Fe3++2e-===2Fe2+
总反应:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
1.加快氧化还原反应的速率
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.比较金属活动性强弱
3.设计原电池
以Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag为依据,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。
本例的电极反应式为:
负极:
Cu-2e-===Cu2+,正极:
2Ag++2e-===2Ag。
(2)确定电极材料。
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)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中可用铜棒作负极,用银棒作正极。
(3)确定电解质溶液。
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。
或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(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。
如本例中可用AgNO3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)图示:
3.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。
①②相连时,外电路电流从②流向①;
①③相连时,③为正极;
②④相连时,②上有气泡逸出;
③④相连时,③的质量减少。
据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是( )
【导学号:
80192259】
A.①③②④B.①③④②
C.③④②①D.③①②④
B [利用原电池的形成和工作原理解决问题。
在外电路中,电流从正极流向负极,则①作原电池的负极,②作正极,故活动性①>
②;
活动性相对较差的金属作原电池的正极,故金属的活动性①>
③;
有气泡产生的电极发生的反应为2H++2e-===H2↑,为原电池的正极,故活动性④>
质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解,为负极,故活动性③>
④,由此可得金属活动性:
①>
③>
④>
②。
4.某实验小组同学为探究电化学原理,进行了如下一系列实验。
80192260】
(1)该实验小组同学设计了如图所示的原电池装置,该原电池反应为_______________________________________________________________
(用离子方程式表示)。
经测定发现,反应前两电极质量相等,一段时间后,两电极质量相差12g,则导线中通过了________mol电子。
(2)若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液,则石墨电极上的电极反应式为_______________________________________________________________,
这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”),用离子方程式表示NH4Cl溶液显此性的原因:
________________________________。
取少量铁电极附近的溶液置于试管中,向其中滴加少量新制饱和氯水,则发生反应的离子方程式为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】
(1)根据图可知反应离子方程式为:
Fe+Cu2+===Fe2++Cu。
负极反应为:
Fe-2e-===Fe2+,正极反应Cu2++2e-===Cu,故转移2mol电子,两极质量差为120g,则两极质量差为12g时,转移电子0.2mol。
(2)NH4Cl溶液由于NH
水解而显酸性:
NH
+H2O
NH3·
H2O+H+,故石墨电极放电的是H+:
2H++2e-===H2↑。
负极区生成Fe2+,Fe2+易被氯水氧化。
【答案】
(1)Fe+Cu2+===Fe2++Cu 0.2
(2)2H++2e-===H2↑ 酸性 NH
H2O+H+
2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
[当堂达标·
固双基]
1.下列关于原电池的叙述正确的是( )
A.构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属
B.原电池是将化学能转变为电能的装置
C.原电池中电子流出的一极是负极,该极被还原
D.原电池工作时,电流的方向是从负极到正极
B [A项,构成原电池的正极和负极可能是两种不同的金属,也可能是导电的非金属(如石墨棒)和金属,错误;
B项,原电池是将化学能转变为电能的装置,正确;
C项,在原电池中,负极上失去电子发生氧化反应,正极上得到电子发生还原反应,电子从负极沿导线流向正极,错误;
D项,原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,电流的方向是从正极到负极,错误。
[题后反思] 原电池有两极,活泼金属作负极;
负极氧化正极还原,电子由负流向正。
2.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
C [甲装置是铜锌原电池,乙不能形成原电池装置。
所以乙烧杯中铜表面无气泡生成,甲中铜表面有气泡生成,A错;
乙中Cu片不可能是负极,B错;
甲、乙两装置发生的反应均是Zn+2H+===H2↑+Zn2+,所以两烧杯中溶液的pH均增大,C对;
因甲是原电池装置,所以甲烧杯中产生H2的速率快,D错。
3.用铁片与稀硫酸反应制氢气时,下列不能使氢气生成速率加快的是( )
80192261】
A.加热
B.不用稀硫酸,改用98%浓硫酸
C.加少量硫酸铜溶液
D.不用铁片,改用铁粉
B [加热升高温度和增大固体反应物的接触面积都能加快化学反应速率,A、D正确;
铁在浓硫酸中钝化,不产生氢气,B错误;
加入少量硫酸铜溶液,由于Cu2++Fe===Cu+Fe2+,则构成铜—铁—稀硫酸原电池,加快了铁片与稀硫酸反应制氢气的速率,C正确。
4.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。
CuSO4溶液 Y
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的材料是铜,发生氧化反应,电解质溶液Y是可溶性银盐溶液,常用硝酸银溶液。
电极反应式表示为负极:
Ag++e-===Ag,电子由负极(或Cu)出发,经外电路流向正极(或Ag)。
【答案】
(1)铜(或Cu) AgNO3溶液
(2)正 Ag++e-===Ag Cu-2e-===Cu2+
(3)负(或Cu) 正(或Ag)