高中化学 第04章 电化学基础 专题41 原电池导学案 新人教版选修4.docx

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高中化学第04章电化学基础专题41原电池导学案新人教版选修4

4-1原电池

【学习目标】

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．学会原电池电极反应式的书写方法

【学习重难点】

学习重点：

原电池的工作原理及电极反应式的书写。

学习难点：

原电池的工作原理及电极反应式的书写。

【自主预习】

一．1.氧化还原反应的本质是

2．原电池是将转化为的装置。

其本质是原理的应用。

二．原电池工作原理：

1．知识回顾—以Cu-Zn-硫酸铜原电池为例，如右图

锌片：

极，_________电子，发生________反应。

铜片：

极，_________电子，发生________反应。

外电路：

电子从极流入极

内电路：

________向负极移动，______向正极移动

思考：

如果用以上装置作电源，能持续稳定地产生电流吗？

怎样进行改进？

2.探究活动—有盐桥的原电池的工作原理：

阅读课本P71页有关【实验4-1】的论述，结合图4-1，和上述“题1”的Cu-Zn原电池装置对照，实验装置有何变化_____________________

根据实验，填写下表：

电极

Zn电极

Cu电极

现 象

得失电子

电极名称

电子流向

反应类型

电极反应式

总反应式

【思考】原电池的工作原理是怎样的？

（教材P72）

【结论】把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流

三．原电池的形成条件：

（1）两个活泼性不同的电极.相对活泼的金属作，较不活泼的金属或能导电的非金属作；

（2）有溶液；

（3）形成回路；

（4）能自发地发生反应。

四．原电池的设计方法—构成原电池的基本条件，是进行原电池设计的基本依据。

1、根据电池反应写出电极反应式，以2Ag+（aq）+Cu（s）==Cu2+（aq）+2Ag（s）为例。

把以上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）：

；

还原反应（正极）：

。

2．电极材料的选择：

电池的电极必须导电。

一般电池的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，往往以负极反应为依据确定电极材料，这里选用为负极。

正极与负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极一般不用同一种材料，且正极材料的活动性比Ag弱，多采用惰性电极C。

本例也可用等金属

3．电解质溶液的选择。

电解质溶液一般要能够与负极发生反应。

本例电解质溶液要含有，可以为溶液。

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，如下图，图中的X是，Y是

4．形成闭合回路。

五．电极反应式的书写：

1．如果题目给定的是图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极规律（负氧正还）书写电极反应式。

2．如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应，再选择某一极上的简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或用总反应式减去已写出的电极反应式即可。

【例题】将镁片和铝片用导线相连，分别同时插入稀H2SO4和NaOH溶液中，写出电池总反应方程式和两池中的电极反应式

1Mg—Al—稀H2SO4原电池：

2Al—Mg—NaOH原电池：

【预习检测】

1．关于右图装置的叙述，正确的是（）

A．铜是负极，铜片上有气泡产生

B．铜片质量逐渐减少

C．电流从锌片经导线流向铜片

D．氢离子在铜片表面被还原后生成H2

2．关于原电池、电解池的电极名称，下列说法错误的是（）

A．原电池中失去电子的一极为负极

B．电解池中与直流电源负极相连的一极为阴极

C．原电池中相对活泼的一极为正极

D．电解池中发生氧化反应的一极为阳极

合作探究

探究活动一：

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，铜片，CuSO4溶液颜色。

②检流计的指针，该装置中的能量变化是。

（2）电子流动方向和电流方向

①外电路：

电子由电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向电极。

②内电路：

电流由电极流向电极。

（3）电极反应：

负极反应式是；正极反应式是；

总反应式是。

（4）用温度计测量溶液的温度，其变化是，原因是还有。

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

。

（2）用温度计测量溶液的温度，其结果是，由此可说明。

（3）离子移动方向

①硫酸锌溶液中：

向盐桥移动；

②硫酸铜溶液中：

向铜极移动；

③盐桥中：

K＋移向区（CuSO4溶液），Cl－移向区（ZnSO4溶液）。

（4）若取出装置中的盐桥，检流计的指针是否还会发生偏转？

为什么？

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，。

（2）两个半电池完全隔开，Cu2＋无法移向锌片，可以获得。

[归纳总结]

1．原电池原理是把进行，还原剂在极上失去电子发生反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在极上得到电子发生反应。

2．原电池电极及电极反应特点

（1）为电子流出极，相对活泼，通常是活动性的金属或某些还原剂，电极被，发生。

（2）为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性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，发生。

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：

一般能与反应，或者溶解在溶液中的物质（如O2）与反应。

（2）电极材料：

一般较活泼的金属作，较不活泼的金属或非金属导体作。

【学以致用】

1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。

下列说法中不正确的是（）

A．由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为：

Al－3e－===Al3＋

B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：

Al－3e－＋4OH－===[Al（OH）4]－

C．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：

Cu－2e－===Cu2＋

D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：

Cu－2e－===Cu2＋

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______________。

探究活动二：

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

电子流向

电极反应

电极现象

2．写出下表中原电池装置的电极反应和总的化学反应方程式：

负极材料

正极材料

电解质溶液

（1）

铁

铜

稀硫酸

（2）

铜

银

硝酸银

（1）正极反应_________________________________________________________；

负极反应_________________________________________________________；

总反应方程式_________________________________________________________。

（2）正极反应___________________________________________________________；

负极反应__________________________________________________________；

总反应方程式________________________________________________________。

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。

[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．已知电池总反应式，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）＝－

【学以致用】

3．如图所示，烧杯内盛有浓HNO3，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，已知原电池停止工作时，Fe、Pb都有剩余。

下列有关说法正确的是（）

A．Fe比Pb活泼，始终作负极

B．Fe在浓HNO3中钝化，始终不会溶解

C．电池停止工作时，烧杯中生成了Fe（NO3）3

D．利用浓HNO3作电解质溶液不符合“绿色化学”思想

【学习小结】

【巩固练习】

1．锌铜原电池（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，电流从负极流向正极

D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液

2．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

3．若某装置发生如下反应：

Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，关于该装置的有关说法正确的是（）

A．该装置一定为原电池

B．该装置为电解池

C．若为原电池，Cu为正极

D．电解质溶液可能是硝酸溶液

4．如图是锌、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，记录如下：

①Zn为正极，Cu为负极②H＋向负极移动③电子流动方向为Zn―→Cu④Cu极有H2产生⑤若有1mol电子流过导线，则产生的H2为0.5mol⑥正极反应式：

Zn－2e－===Zn2＋

则上述描述合理的是（）

A．①②③B．③④⑤

C．①⑤⑥D．②③④

5．

（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：

（若不能，此问不用作答）

Al片（）_________________________________________________________________，

Cu片（）_________________________________________________________________。

【总结与反思】

通过自评、互评、师评相结合对本节学习过程进行反思感悟。

【参考答案】

【自主预习】

一．1.反应物之间电子的转移；2.将化学能转化为电能能的装置；氧化还原反应

二．1．锌与CuSO4溶液发生置换反应，溶液中的Cu2+在锌片表面被直接还原，析出的铜在锌片表面构成原电池，逐渐使向外输出的电流强度减弱直至无电流再产生。

2.

电极

Zn电极

Cu电极

现象

锌片逐渐溶解

铜片上有红色铜沉积

得失电子

失电子

得电子

电极名称

负极

正极

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＋===Cu＋Zn2＋

三．构成原电池的条件：

负极正极电解质闭合氧化还原

负极（Al）：

2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O（氧化反应）

正极（Mg）：

6H2O+6e-=3H2↑+6OH-（还原反应）

电池反应：

2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2

【预习检测】1．D2．C

【合作探究】

探究活动一：

1．

（1）溶解，加厚变亮，变浅，发生偏转，化学能转化为电能；

（2）锌，锌；锌，铜

（3）Zn－2e－===Zn2＋；Cu2＋＋2e－===Cu；Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

（4）溶液的温度略有升高，部分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．

（1）①锌片溶解，铜片加厚变亮；②检流计指针发生偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。

（2）溶液的温度不升高（或无变化），CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向锌片得电子被还原。

（3）①Zn2＋；②Cu2＋；③正极，负极

（4）不偏转。

如果要使检流计指针发生偏转，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，检流计指针不会发生偏转。

3．

（1）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）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．把氧化反应和还原反应分开，负，氧化，正还原。

2．

（1）负极，较强，氧化，氧化反应。

（2）正极，较差，还原，还原反应。

3．

（1）负极，负极

（2）负极，正极。

【学以致用】1．C2．Pt（或C）2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋CuCu－2e－===Cu2＋FeCl3溶液

探究活动二

1．

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．

（1）2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

（2）2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋

Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag

3．

（1）氧化，负，Zn－2e－===Zn2＋。

（2）还原，正，Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－。

【学以致用】

3．D

【巩固练习】

1．B2．B3．B4．B

5．

（1）负极2Al－6e－===2Al3＋（或Al－3e－===Al3＋）正极6H＋＋6e－===3H2↑（或2H＋＋2e－===H2↑）

（2）能正极2NO－3＋4H＋＋2e－===2NO2↑＋2H2O

负极Cu－2e－===Cu2＋