13李千乐原电池原理.docx

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13李千乐原电池原理

星火教育一对一辅导教案

学生姓名

李千乐

性别

男

年级

高二

学科

化学

授课教师

安志涛

上课时间

2015年8月13日

第（13）次课

共（40）次课

课时：

3课时

教学课题

原电池原理

教学目标

1.什么是原电池？

2.原电池的工作原理？

3.电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件、电极的判断、电极反应的写法

教学重点与难点

重点：

电子的流向、电流的流向、离子的流向、形成条件

难点：

电极的判断、电极反应的写法

教学过程

原电池原理

知识梳理

知识点一、原电池原理

1.原电池及其工作原理：

化学能转化为电能的装置为原电池。

从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应均可设计成原电池；

２.电极名称：

相对活泼的电极为负极

相对不活泼的电极为正极

3.电极反应：

负极：

失电子的氧化反应

正极：

得电子的还原反应

4.原电池的形成条件

（1）能自发地发生的氧化还原反应：

①电极和电解质溶液

②两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）

（2）电解质溶液：

参与电极反应或构成内电路

（3）两导体作电极：

①活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。

②两不活泼的导体－石墨或Pt等。

（燃料电池电极）

（4）形成闭合回路。

（两电极用导线连接，或接触。

）

5.

定向移动方向：

电子、离子

“负极给出电子，并流向正极”

必发生必发生

失电子得电子

的的

氧化反应还原反应

例1.下列哪几个装置能形成原电池？

ABCD

EFMN

例2.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）

（A）正极附近的SO42－离子浓度逐渐增大

（B）电子通过导线由铜片流向锌片

（C）正极有O2逸出

（D）铜片上有H2逸出

例3原电池是______________________的装置。

原电池反应的本质是____________________反应。

例4、如右图所示，组成的原电池：

（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：

Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，

该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，

其电极反应为_______________,该反应是_________反应。

（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：

Zn电极是____极，其电极反应为_____________，

（3）该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应是_____反应.

例5.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（）

A.MgB.FeC.AlD.Cu

例6.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH（）

A.不变B先变大后变小

C逐渐变大D.逐渐变小

例7.市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是：

铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。

它在使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。

使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。

当使用完后还会发现有铁锈生成。

（1）热敷袋使用时，为什么会放出热量？

利用铁被氧气氧化时放热反应所放出的热量。

（2）碳粉的主要作用是什么？

氯化钠又起了什么作用？

碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化。

氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。

（3）试写出有关的电极反应式和化学方程式。

负极：

2Fe-4e-=2Fe2+

正极：

O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应：

4Fe+3O2+6H2O=4Fe（OH）3

.6盐桥的作用：

（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。

（2）平衡电荷。

在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。

取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。

同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。

溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。

由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。

若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。

例8.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。

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_______电极流向________电极。

例9把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

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>dB．a>c>d>b

C．c>a>b.>dD．b>d>c>a

例10.X、Y、Z、M、N代表五种金属。

有以下化学反应：

①水溶液中，X+Y2+=X2++Y；②Z+2H2O（冷）=Z（OH）2+H2↑；③M、N为电极与N盐溶液组成原电池，电极反应为M-2e-=M2+；④Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是

A．M＜N＜Y＜X＜ZB.N＜M＜X＜Y＜Z

C．N＜M＜Y＜X＜ZD.X＜Z＜N＜M＜Y

三、电极方程式的书写

1.简单原电池电极方程式的写法CuC

①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。

先写出总反应：

即负极与电解质溶液反应

拆成离子方程式：

根据化合价升降判断正负极

负极：

Cu失电子

正极：

Fe3+得电子FeCl3溶液

②请写出右边原电池的电极方程式。

2.燃料电池电极方程式的写法

总反应：

实际上就是燃料的完全燃烧。

负极（通入燃料）：

为燃料失去电子的氧化反应，

正极（通入氧化剂）：

为氧化剂得到电子的还原反应。

以Pt为电极，电解质溶液为KOH溶液的氢氧燃料电池为例

例11熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。

可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混和气为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。

完成有关的电池反应式：

电池反应式：

负极反应式：

2CO+2CO32-→4CO2+4e－

正极反应式：

，

总电池反应：

3.复杂原电池电极方程式的书写

方法点拨：

写电极方程式的时候，要根据“得电子显负电；失电子显正电”的原则，

利用“电荷守恒”，通过巧用H＋、OH－和水写出电极方程式

练习：

写出铅酸蓄电池的电极反应：

Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O

4.甲烷燃料电池（电解质为KOH）

5.锂电池（非水有机溶剂电解液）

负极：

2Li-2e-=2Li+，

正极：

I2+2e-=2I-，

总反应：

2Li+I2=2LiI

跟其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。

为什么？

与作负极材料的金属相比较，相同质量时锂提供电子数最多。

6.银锌电池（电解质为KOH）

负极：

Zn+2OH-－2e-=Zn（OH）2

正极：

Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

总反应：

Zn+Ag2O+H2O=Zn（OH）2+2Ag

7.海水电池（电解质溶液为海水）

负极：

4Al-12e-=4Al3+，

正极：

3O2+6H2O+12e-=12OH-

总反应：

4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3

例12银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成硫化银，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：

将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。

试回答：

在此原电池反应中，负极发生的反应为；

正极发生的反应为；

反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，原电池总反应方程式为

例13“嫦娥一号”的成功发射，标志着我国航天技术已达到了一个新的领域。

在航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。

氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为_______________。

碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为___________________。

四、金属的腐蚀与防护

例14请你根据原电池原理，写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应式及电池反应方程式。

3金属防护的几种重要方法

（1）改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。

（2）在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。

（3）电化学保护法：

利用电解池反应将需要保护的金属作为电解池的阴极而受到保护或者利用原电池反应将需要保护的金属作为电池的正极而受到保护。

例15

上述各情况下，其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是

4.在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：

电解池阳极的腐蚀＞原电池阴极的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀

例16保利集团在香港拍卖会上购回在火烧圆明园时流失的国宝：

铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2（OH）2CO3]这三件1760年铜铸的国宝在240年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是（）

A.它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；

B.环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；

C.铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；

D.它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；

课后作业

\1.X、Y、Z、M、N代表五种金属。

有如下化学反应，

（1）水溶液中：

X+Y2+=X2++Y

（2）Z+2H2O（冷）=Z（OH）2+H2（3）M、N为电极，与N的盐酸溶液组成原电池，发生的电极反应为：

M-2e—=M2+（4）Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化。

则金属性强弱顺序正确的是（）

A.M

2．把a、b、c、d四块金属浸入稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。

若a、b相连时a溶解；c、d相连时c为负极；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b为正极，则四种金属活动性顺序由强到弱为（）

A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞a

3．下列各个装置中铁棒被腐蚀由易到难的顺序是正确的是（）

①　　②　　③　　　④

A．③①②④B．④①③②C．①③②④D．②④①③

4．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）

A．正极附近的SO42-离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片

C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出

5．下列反应中，在原理上可以设计成原电池的是

A．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应B．铝片与浓硫酸的反应

C．甲烷与氧气的反应D．石灰石的分解反应

6．某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是

A．铁B．铜C．铝D．镁

7．对铜—锌—稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1mol电子通过时，理论上的两极变化是（）

①锌片溶解了32.5克②锌片增重了32.5克③铜片上析出1克氢气

④铜片上析出1mol氢气

A．①③B．①④C．②③D．②④

8．把一小块镁铝合金放入6mol·L-1的氢氧化钠溶液中，可以形成微型电池，则该电池负极的电极反应

A.Mg

Mg2++2e-B.2Al+8OH-

2

+4H2O+6e-

C.4OH-

2H2O+O2↑+4e-D.2H2O+2e-

2OH-+H2↑

9．若某电能与化学能的转化装置（电解池或原电池）中发生的总反应的离子方程式是：

Cu+2H+====Cu2++H2↑，则下列关于该装置的有关说法正确的是（）

A.该装置可能是原电池，也可能是电解池

B.该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

C.该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

D.该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸

10．某金属与稀盐酸作用无氢气产生，该金属与铜能组成原电池，此金属是（）

A．MgB．FeC．AgD．Cu

11．下列叙述是小明做完铜、锌原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是（）

A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属

B.由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极

C.电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被氢离子得到而放出氢气

D.铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过

12．对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池，下列有关说法中，不正确的是

A．Zn是负极B．电子由Zn经外电路流向Cu

C．溶液中H+向负极移动D．Zn电极反应：

Zn－2e－==Zn2+

13．下列关于原电池的叙述正确的是（）

A．原电池是将化学能转变成电能的装置B．在原电池中失去电子的一极是阴极

C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成

D．原电池的负极发生的是还原反应

14．铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，构成原电池，电子经导线由锌片流向铜片。

在这个原电池中，锌片是

A．阴极B．正极C．阳极D．负极

15．一个原电池的总反应方程式为Zn＋Cu2+==Zn2+＋Cu，该原电池可能为

A

B

C

D

正极

Cu

Al

Zn

Fe

负极

Zn

Zn

Cu

Zn

电解质溶液

H2SO4

CuSO4

ZnCl2

CuCl2

17．从理论上分析，关于Fe—CuSO4溶液—Cu原电池的叙述正确的是

A．铜极为负极B．电子从铜沿导线转移到铁

C．铁表面析出金属铜D．总反应为Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

18．银锌纽扣电池放电时的反应为：

Zn+Ag2O=ZnO+2Ag，下列有关说法中不正确的是

A．该反应属于置换反应B．

做负极

C．Ag2O在正极上发生还原反应D．可用稀硝酸做电解质溶液

19．下列化学反应中，理论上不能用来设计原电池的是

A．2I－+2Fe3＋=2Fe2＋+I2　　△H<0

B．2CO+O2=2CO2△H<0

C．BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl　△H<0

D．Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2△H<0

1．C【解析】试题分析：

（1）水溶液中：

X+Y2+=X2++Y由此可知X的还原性大于Y；（3）M、N为电极，与N的盐酸溶液组成原电池，发生的电极反应为：

M-2e—=M2+M的还原性大于N；（4）Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化，可知Y的还原性大于M；

（2）Z+2H2O（冷）=Z（OH）2+H2，可知Z属于第一主族元素，而X、Y、M、N在水溶液中不与水反应，可知Z的还原性大于以上四种金属。

综上可知，以上五种金属的金属性强弱顺序N

考点：

金属的还原性；原电池

2．B：

原电池中，活泼金属作负极，失去电子，溶解。

a、b相连时a溶解，a>b；c、d相连时c为负极,c>d；a、c相连时，c极上产生大量气泡,c作正极，a>c；b、d相连时，b为正极，d>b.所以综上：

a＞c＞d＞b

3．C：

金属在不同环境中的腐蚀顺序：

原电池（作负极）>原电池（作正极）>潮湿空气>电解池（作阴极）

4．D【错解分析】原电池工作时，电子由负极流向正极（电流由正极流向负极）。

不参与电极反应的离子不能定向移动，这种离子在溶液的各个区域浓度基本不变。

【正解】本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极（锌）经外电路（导线）流向正极（铜）。

负极锌片：

Zn－2e－=Zn2+；正极铜片：

2H++2e－=H2↑，总反应为：

Zn+2H+=Zn2++H2↑，原电池中没有产生O2。

没有参与反应的SO42-离子浓度不会逐渐增大。

5．C原电池中有电流产生，所以只有氧化还原反应才能设计成原电池，B发生钝化，AD不是氧化还原反应，因此正确的答案选C。

6．A原电池较活泼的金属是负极，失去电子，所以该金属的活泼性比锌弱，但能和盐酸反应产生氢气，所以答案选A。

7．A在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。

电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

正极得到电子，发生还原反应。

所以铜—锌—稀硫酸原电池电极反应式为：

负极：

Zn-2e-=Zn2+，正极：

2H++2e-=H2，故1mol电子通过电路之后有32.5g锌溶解，1g氢气从铜电极析出，答案选A。

8．B。

Mg跟NaOH（aq）不反应，Al跟NaOH（aq）易反应，强碱溶液中Al比Mg活泼，金属铝是负极，发生氧化反应。

9．C不能是原电池，Cu+H+不能自发发生氧化还原反应。

10．C11．D

【解析】两种活泼性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池。

在原电池中，活泼金属中的电子流向不活泼的电极，因此活泼金属是负极。

但电子不能通过电解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线转移过来年电子。

铜锌原电池工作时，锌负极失电子，电极反应为Zn-2e-====Zn2+，1molZn失去2mol电子，0.2mol锌（质量为13g）被溶解，电路中有0.4mol电子通过。

12．C

【解析】锌比铜活泼，锌做负极，失电子，经外电路流向Cu，溶液中H+向正极移动

13．A

【解析】A对，形成原电池后，通过化学反应，可以在装置中形成电流，能将化学能转变成电能。

当两电极不同时，活泼的做负极，失去电子，发生氧化反应，故B、D错。

一般组成原电池的两极是活泼性不同的两种金属，或者是一种金属一种非金属，但氢氧燃料电池两极都是惰性电极，，所以C错。

14．D在原电池中电子流出的一极为负极。

选D

15．D

【解析】

A、Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑

B、Al作负极

C、锌作负极

D、正确，锌活沷作负极。

16．D17．D18．D19．C