学年人教版选修4 第4章第1节 原电池 学案.docx

1、学年人教版选修4 第4章第1节 原电池 学案第一节原电池学习目标：1.能够根据实验目的对原电池装置的设计和优化进行评价，理解构成原电池装置的条件。(重点)2.以物质运动和变化思想，用氧化还原反应和离子移动观点理解原电池的工作原理。(难点)3.能够根据相关信息，理解原电池的应用和会设计原电池。(难点)自 主 预 习探 新 知一、原电池工作原理1原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。2原电池构成条件3原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转电极名称Zn电极负极Cu电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

2、反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总反应式ZnCu2=Zn2Cu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

3、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，C

4、u上有固体析出。电流计指针发生偏转。Zn片：Zn2e=Zn2铜片：Cu22e=Cu(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：ZnCu2=CuZn2，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

5、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CA.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Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=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64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，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)

6、电流由_经导线流向_，说明_为正极，_为负极。(4)若反应过程中有0.2 mol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Zn2e=Zn2(2)有气泡冒出2H2e=H2(3)铜锌铜锌(4)2.24 L(5)能负极：Zn2e=Zn2、正极：Cu22e=Cu原电池原理的应用思考交流根据电极材料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

7、性的强弱。(1)如何证明氧化性：Fe3Cu2？【提示】利用反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu2，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。【提示】负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2总反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu21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

8、动性强弱3设计原电池以Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag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：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=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

9、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：对点训练3 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，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() A BC DB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，则作原电池的负极，作正极，故活动性；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性

10、；有气泡产生的电极发生的反应为2H2e=H2，为原电池的正极，故活动性；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，由此可得金属活动性：。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。 (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12 g，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

11、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：FeCu2=Fe2Cu。负极反应为：Fe2e=Fe2，正极反应Cu22e=Cu，故转移2 mol电子，两极质量差为120 g，则两极质量差为12 g时，转移电子0.2 mol。(2)NH4Cl溶液由于NH水解而显酸性：NHH2ONH3H2OH，故石墨电极放电的是H：2H2e=H2。负极区生成Fe2，Fe2易被氯水氧化。【答案】(1)FeCu2=Fe2Cu0.2(2)2H2e=H2酸性NHH2ONH3H2OH2Fe2Cl2=2Fe32Cl当 堂 达 标固 双 基1下列关于原电池的叙

12、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BA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

13、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Zn2H=H2Zn2，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() 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

14、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Cu2Fe=CuFe2，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：Cu2e=Cu2，正极：Age=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Age=AgCu2e=Cu2(3)负(或Cu)正(或Ag)