高中化学第四章电化学基础第一节《原电池》知识点归纳及例题解析选修4Word文件下载.docx

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[自学教材·

填要点]

1．原电池

（1）概念：

将化学能转化为电能的装置。

（2）实质：

利用能自发进行的氧化还原反应，把化学能转化为电能。

2．原电池工作原理（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，电流表指针发生偏转

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

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

总反应式

Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

3.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。

4．原电池形成的条件

（1）两个活泼性不同的电极；

（2）电解质溶液；

（3）形成闭合回路；

（4）能自发地发生氧化还原反应。

[师生互动·

解疑难]

（1）原电池正、负极的判断方法：

（2）盐桥的作用：

①通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。

②使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，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。

（3）原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关，如Mg—Al电极在稀硫酸中构成原电池时，Mg作负极，Al作正极，但若以NaOH溶液为电解质溶液，则Al为负极，Mg为正极。

1．下列装置中，能构成原电池的是（　　）

解析：

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。

答案：

D

原电池原理的应用

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

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

负极材料：

Cu正极材料：

石墨或铂电解质溶液：

FeCl3（aq）

画出示意图

（1）为获得持续、稳定、较强的电流，所选用的电解质溶液一般能与负极发生氧化还原反应，而且使用盐桥将两个半电池连通。

（2）设计原电池有以下两个关键点。

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作正极。

（3）设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。

2．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，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：

___________________________________________________。

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。

见右图

Zn　Zn－2e－===Zn2＋

Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

主题1：

铜锌原电池装置中盐桥的作用是什么？

装有KCl溶液的盐桥中离子移动的方向如何？

甲

盐桥的作用是离子通道，使原电池形成闭合回路

乙

盐桥可以使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌的溶解带上正电荷，铜盐溶液会由于铜的析出带上负电荷

丙

盐桥中的阳离子（K＋）向正极（Cu极）移动，阴离子（Cl－）向负极（Zn极）移动

主题2：

实验室用锌与稀H2SO4反应制取H2，如何加快该反应的反应速率？

增大稀H2SO4的浓度，（但不能成为浓H2SO4），升高温度及将锌粒改为锌粉

将纯锌改为粗锌

往稀H2SO4中加入少量CuSO4溶液

原电池的构成条件

[例1]　下列装置中，电流表指针能发生偏转的是（　　）

[解析]　A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。

[答案]　D

原电池的判断方法

（1）先分析有无外接直流电源，无外接直流电源的可能是原电池。

（2）然后依据原电池的形成条件判断装置是否为原电池，方法如下：

1.B项中若将冰醋酸

改为醋酸水溶液，

电流表指针能否发生偏转？

提示：

电流表指针能发生偏转。

因

为醋酸水溶液为电解质溶液，符合原电池的构成条件。

原电池的工作原理

[例2]　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－2e－===Zn2＋

B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

C．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Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，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：

将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列叙述中正确的是（　　）

A．负极有Cl2逸出，正极有H2逸出

B．负极附近Cl－的浓度减小

C．正极附近Cl－的浓度逐渐增大

D．溶液中Cl－的浓度基本不变

在该原电池中，Fe为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Ag为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，Cl－移向负极，但整个溶液中Cl－的浓度基本保持不变，D正确。

[例3]　把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线相连组成原电池。

若a、b相连时，a为负极。

c、d相连时，电流由d到c。

a、c相连时，c极上产生大量气泡。

b、d相连时，b极上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（　　）

A．a＞b＞c＞d　　　　B．a＞c＞d＞b

C．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a

[解析]　根据原电池原理，作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强。

电子流动方向是负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，溶液中的H＋在正极上得电子生成H2，因此可依次作出如下判断：

活动性a＞b，c＞d，a＞c，d＞b，综合得到结论：

金属活动性顺序为a＞c＞d＞b，所以B项正确。

[答案]　B

利用原电池原理比较a、b两种金属活动性强弱的方法：

将金属a和b用导线相连后插入稀H2SO4或b的可溶性盐溶液中，观察到a极溶解，b极上产生气泡或质量增加，则a作负极，b作正极，即金属活泼性a＞b。

2．将Mg、Al两种金属

用导线相连浸入NaOH

溶液中，Al片溶解而Mg

片上产生气泡，能否据此

判断Mg、Al的活泼性？

不能，尽管Mg比Al活泼，

但Mg与NaOH溶液不反应，而Al与

NaOH溶液发生氧化还原反应，在Mg、

Al和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极。