《原电池》知识梳理与疑难解析.docx
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《原电池》知识梳理与疑难解析
第一节原电池
知识梳理
的科学。
从_________与_________的关系来区分，电化学反应过程及其装置可以分为两类：
__________________和______________。
2原电池：
将_________转化为_________的装置。
的过程，通常氧化还原反应中并不能获得电流，要使能量直接转变为电能，就要设计_________，使_________反应和_________反应分别在_________进行。
4原电池的构成条件：
_________、_________、_________、_________。
5原电池的工作原理以图4-1为例：
Zn为_________极,Cu为_________极;负极上发生_________反应,电极反应式为_________，正极上发生_________反应,电极反应式为__________________；电子流出的极是极，电子流入的极是_______极；电流方向_________。
盐桥中的盐溶液是_________溶液，其作用为________________________。
盐桥中的_______会移向ZnSO4溶液，_________移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性。
该原电池工作一段时间后，两电极的质量将会______________________________________。
图4-1
疑难突破
1原电池的构成条件有哪些
剖析：
①具有不同的电极，较活泼的金属作负极，发生氧化反应；较不活泼金属或非金属石墨等作正极，得到电子，发生还原反应，本身不变。
②具有电解质溶液。
③具有导线相连或直接接触组成闭合回路，或具备将化学能转变成电能的条件。
④能自发地发生氧化还原反应有明显电流产生时需具备此条件。
2如何判断原电池的正负极
剖析：
原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极。
判断正极和负极的方法是：
①由组成原电池的两极材料判断。
一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
②根据电流方向或电子流动方向判断。
电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。
③根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向。
在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极为负极。
④根据原电池两极发生的变化来判断。
原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。
问题探究
问题：
请设计实验探究锌铜原电池为什么可以持续、稳定地提供电流
探究：
实验1：
将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片直接接触，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。
观察实验现象。
现象：
铜片表面明显有铜析出，电流计指示无电流通过。
实验2：
将锌片和铜片分别通过导线与电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，再同时浸入盛有CuSO4溶液的烧杯中。
现象1：
电流计指针发生偏移，并指示电子是由锌片流向铜片，在铜片表面有红色的铜。
结论：
发生了原电池反应，可以肯定实验1中的装置构成了原电池。
并且，其中锌为原电池的负极，铜为正极。
现象2：
随着上述实验时间的延续，电流计指针偏转的角度逐渐减小，最终又没有电流通过。
同时锌片表面逐渐被铜全部覆盖。
结论：
由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极锌表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。
当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止了，也就无电流再产生。
实验3：
教科书中的实验41，观察实验现象。
现象：
改进后的装置能持续、稳定地产生电流。
结论：
当有盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续，使原电池不断产生电流。
实验4：
将上述实验装置中的硫酸铜溶液换成相同浓度的稀硫酸，观察并比较产生电流强度的大小。
典题精讲
【例1】图4-3中能组成原电池产生电流的是（）
图4-3
思路解析：
A、D中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池。
B符合原电池的三个条件，且Zn能与H2SO4溶液反应，两电极发生的反应分别是：
Zn－2e-====Zn2，2H2e-====H2↑。
C中酒精不是电解质，故不是原电池。
答案：
B
【例2】根据图4-5所示的装置回答下列问题：
图4-5
1铁片与铜片不用导线连接，有何现象发生写出反应的化学方程式。
2用导线把金属片连接起来，现象有什么不同用最恰当的化学方程式表示发生的反应。
思路解析：
第1种情况，铜片不起作用，铁与H反应，但速率较小，铁片越纯，表面越光滑，反应速率越小。
第2种情况，用导线连接后构成了原电池，正极产生氢气，所以气泡从铜片表面逸出。
原电池的形成使电子得以顺利转移，H在Cu表面得到电子比在铁表面容易得多，所以反应速率增大，氢气逸出速率增大，铁的溶解速率也增大。
答案：
1铁片与铜片不用导线连接，则铁片表面有气泡产生，但速率较慢。
FeH2SO4====FeSO4H2↑
2①气泡不从铁片表面而是从铜片表面逸出；②产生氢气的速率明显加大。
电极反应式：
负极：
Fe－2e-====Fe2
正极：
2H2e-====H2↑
【例3】选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应：
2FeCl3Cu====2FeCl2
CuCl2。
画出原电池的示意图并写出电极反应。
图4-6
思路解析：
根据形成原电池的3个条件，可知必须选择两个电极的材料和电解质溶液。
在反应2FeCl3Cu====2FeCl2CuCl2中，Cu是被氧化的，应该是原电池负极上发生的反应，Cu作负极材料最适宜，而正极只需选活泼性比Cu弱的金属或非金属电极即可，可选择石墨电极。
Fe3在正极上被还原，所以选择FeCl3溶液作电解液，如图4-6所示。
答案：
原电池设计如图4-6所示。
负极：
Cu－2e-====Cu2
正极：
2Fe32e-====2Fe2
总反应:
Cu2Fe3====Cu22Fe2
【例4】X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。
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顺序是（）
＞Z＞W＞＞X＞Y＞W
＞X＞Y＞＞W＞Z＞X
思路解析：
在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子发生还原反应。
电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向。
因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性X＞Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活泼性Z＞W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X＞Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则W＞Y。
综上，可以得出金属的活泼性顺序是X＞Z＞W＞Y。
答案：
A
知识导学
本节内容以必修化学2第二章第二节“化学能与电能”为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭和电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，要求能够写出相关的电极反应和电池反应方程式。
学习本节前应复习氧化还原反应的有关知识：
氧化反应、还原反应等；金属活泼性的强弱判断；电解质溶液；锌铜原电池原理及构成条件。
对于锌铜原电池的工作原理可以采用图4-2学习：
图4-2
学习中常犯的错误是原电池正负极的判断，不一定是较活泼的金属一定作负极，而要看是否发生氧化反应。
如：
铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但不能与浓硝酸反应，而铜可以，因此铜作负极，铁作正极。
疑难导析
对于构成原电池的四个基本条件要注意以下几点：
（1）构成原电池的四个基本条件是相互联系的，不能孤立、片面地看待某一条件，在四个基本条件当中，氧化还原反应是核心。
（2）判断某装置是否为原电池的问题，要以构成原电池的基本条件为标准判断，不能仅凭装置的外形下结论。
（3）构成原电池的基本条件，还是进行原电池设计的基本依据。
原电池的正负极的判断方法虽然比较多，但原电池反应的实质是负极发生氧化反应，失去电子，正极发生还原反应，得到电子，因此，对于具体问题要具体分析，不能想当然，不然就会落入出题者的陷阱当中，如：
①铁、铜和浓硝酸组成的原电池，虽然铁的活泼性比较强，但不能与浓硝酸反应，而铜可以，因此铜作负极，铁作正极。
②镁、铝和NaOH溶液组成原电池，作负极的应该是铝，而不是镁。
问题导思
可以通过实验逐步进行探讨：
根据实验1可以设想本实验装置是否构成了原电池，如果没有发生原电池反应，铜片表面为什么明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解如果实验装置就是原电池，为什么电流计的指针又不动，表现出无电流产生实验中可单独置一铜片于该CuSO4溶液中，以作对比，说明铜不与硫酸铜溶液反应。
根据“铜片表面明显有红色的铜析出，并且锌片逐渐溶解”的实验现象，应该表现出原电池中电极反应的特点；借助物理学中的电学知识可以判断，电流计指针不动的原因可能跟锌片与铜片直接接触有关，由此进行实验2。
由实验2现象及结论进一步思考：
作为原电池，其功能就是要将化学能转换成电能，上述实验中负极上的变化势必影响原电池的供电效率。
能否设法阻止溶液中的Cu2在负极锌表面还原进行实验3。
然后做对比实验4并思考产生电流强度的大小不同的原因。
可借助金属活动性顺序分析上述实验电流强度大小不同的原因，同时也可以说明溶液中H与Cu2离子在正极放电的顺序。
典题导考
绿色通道：
原电池装置的构成条件：
①有活泼性不同的电极；②电解质溶液；③形成闭合回路。
只有这三个条件同时具备才有可能产生原电池电流。
【典题变式1】如图4-4装置，电流表G发生偏转，同时a极逐渐变粗，b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的（）
图4-4
是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4溶液
是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4溶液
是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
答案:
C
绿色通道：
若要加快铁片和酸的反应速率，可用铜片与之接触或加少量CuSO4溶液使铁从局部置换出铜，形成原电池。
同样，在制备氢气的实验中，为加速锌与酸反应制取氢气的速率，可以在酸中加少量CuSO4溶液，以使锌与CuSO4溶液局部置换出的Cu形成原电池；或用粗锌与酸反应形成原电池加快反应速率。
【典题变式2】浓度为2mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）
·L-1的盐酸B加入数滴氯化铜溶液
加入适量的氯化钠溶液
答案:
B
气体，已知该反应很慢，欲提高反应速率，下列方法中正确的是（）
片，使之与Cu接触B加一块石墨，使之与Cu接触
加少量浓硫酸
答案:
B
绿色通道：
原电池装置是该装置必须能自发地发生氧化还原反应。
所以对装置的正、负极材料选择必须要注意该材料在装置中作什么电极，这样才能作出正确的选择。
【典题变式3】某原电池的总反应离子方程式为：
2Fe3Fe====3Fe2，不能实现该反应的原电池是（）
为正极，Fe为负极，电解质溶液为FeCl3溶液
B石墨为正极，Fe为负极，电解质溶液为FeNO33溶液
为正极，Zn为负极，电解质溶液为Fe2SO43溶液
为正极，Fe为负极，电解质溶液为CuSO4溶液
答案:
CD
绿色通道：
根据原电池的组成判断金属活泼性强弱是原电池原理的重要应用，一定要注意：
在原电池中活泼金属作负极，发生氧化反应，被腐蚀；不活泼金属作正极，发生还原反应，常被保护起来；电子移动方向是由负极流向正极，与电流的方向相反。
【典题变式4】X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2和Z2共存的溶液时，Y先析出；又知M2的氧化性强于Y2。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（）
>Z>Y>>Y>Z>M
>Z>X>>Z>M>Y
答案:
A
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