2022年高中化学 4-1 原电池教案 新人教版选修4

2022年高中化学 4-1 原电池教案 新人教版选修4课标要求1体验化学能与电能相互转化的探究过程。2了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。课标解读 1.通过实验体验由化学能转为电能的探究。2掌握原电池的工作原理。3能正确书写电极反应和电池反应方程式。教学地位本节内容则以必修2第二章第二节化学能与电能所涉及的原电池常识为基础，通过进一步分析原电池的组成和探究其中的原理，引出半电池、盐桥、内电路、外电路等概念，恰好很好地全面体现本册教材的目标特点。是本章重点内容之一。新课导入建议某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。在实验前，先用砂纸擦去金属表面的氧化膜，实验时保持两金属插在橘子上不能直接接触。你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？【提示】距离越近，电流越大。另外，电流大小还与两金属片宽度以及两电极金属性相对强弱等因素有关。教学流程设计课前预习安排：(1)看教材P7172页，填写【课前自主导学】中的“知识1，原电池”，并完成【思考交流1】；(2)看教材P72页，填写【课前自主导学】中的“知识2，原电池的设计”，并完成【思考交流2】。步骤1：导入新课、本课时教材地位分析。步骤2：建议对【思考交流】1、2多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。步骤6：师生互动完成“探究2”，可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。建议教师除【例2】外，再变换一下命题角度，使用【教师备课资源】中例题，以拓展学生的思路。步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的1、2、3题，验证学生对探究点的理解掌握情况。步骤4：教师通过【例1】和教材P7172页讲解研析对“探究1”中的注意事项进行总结。步骤3：师生互动完成“探究1”，可利用【问题导思】设置的问题由浅入深地进行。步骤7：教师通过【例2】和教材P72页讲解研析“探究2”中的问题进行总结。步骤8：在老师指导下由学生自主完成【当堂双基达标】中的4题，验证学生对探究点的理解掌握情况。步骤9：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确掌握已学的内容。安排学生课下完成【课后知能检测】。课标解读重点难点1.了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。2.能够写出电极反应式。3.体验化学能与电能相互转化。1.通过设计铜锌原电池两种方案的对比，加深原电池原理的理解。(重点) 2.正确书写电极反应与电池反应方程式。(难点) 3.会设计简单原电池。(重点)原电池1.原理(以铜、锌原电池为例)原电池是利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。装置举例2.电极反应锌片负极，发生氧化反应电极反应式：Zn2e=Zn2铜片正极，发生还原反应电极反应式：Cu22e=Cu总电极反应式为：Cu2Zn=CuZn23构成条件条件两个活泼性不同的电极，较活泼的做负极电解质溶液形成闭合回路能自发地发生氧化还原反应1(1)原电池的两电极必须是金属吗？(2)Cu与稀H2SO4能否设计成原电池？【提示】(1)不一定。如可用石墨做电极。(2)不能。Cu与稀H2SO4不能自发发生氧化还原反应。原电池的设计1.用还原性较强的物质作负极，向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。2将两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。3放电时负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子移动形成的内电路构成闭合回路。2在内电路中，阴、阳离子分别向哪个极板移动？【提示】阴离子负极，阳离子正极。原电池正、负极的判断方法【问题导思】原电池中，电子流出的极是正极还是负极？【提示】负极。若某电极在反应过程中增重，是原电池的正极还是负极？【提示】正极。1由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼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向判断外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。3根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。5根据电极质量的变化判断原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。6根据电极上有气泡产生判断原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活动性较弱。7根据某电极(X)附近pH的变化判断生成H2或吸收O2电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较弱。原电池中，活泼性强的金属不一定做负极：如下面的原电池。(1)中Al作负极。(2)中Cu作负极。某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、石墨稀盐酸偏向石墨4Mg、AlNaOH偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。(3)实验4中Al作正极还是作负极？为什么？写出Al电极的电极反应式。(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？【解析】一般情况下，较活泼的金属作原电池的负极，根据实验1、2的结果，自然得出1中Al作正极，2中Al作负极。在NaOH溶液中，Al比Mg活泼，作负极。在浓硝酸中由于Al发生钝化，Zn作负极。【答案】(1)不同；(2)Al为负极：Al3e=Al3，石墨为正极：2H2e=H2，2Al6H=2Al33H2；(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而Mg不能与NaOH溶液反应，Al4OH3e=AlO2H2O；(4)实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以Zn为负极；(5)与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关。本题学生易只考虑活泼性强的作原电池负极，而易忽略原电池必须是自发的氧化还原反应。1有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()AA池中负极的电极反应为Mg2e=Mg2BMg在A池中为负极，在B池中为正极CB池中电子的流向：MgAlD原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大【解析】判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg2e=Mg2，A对；B池中电子流向为AlMg，C项错。A池中正极2H2e=H2，随着反应进行，c(H)减少，pH增大，D对。【答案】C原电池原理的应用【问题导思】若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？【提示】粗锌。将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？【提示】a1加快氧化还原反应的速率例如：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比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。3用于金属的防护如要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。4设计化学电池例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2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，分别作原电池负极和正极电极反应式。负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2(2)确定电极材料若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。正极的电极材料必须不如负极材料活泼。本例中可用铜棒作负极。用铂丝或碳棒作正极：(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解液。(4)构成闭合回路。由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。装置现象金属A不断溶解，生成二价离子C的质量增加A上有气泡产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。【解析】甲、乙、丙均为原电池装置，依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性：AB，乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性：BC，丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性：DA，随着H的消耗，pH变大。【答案】(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC原电池电极反应式的书写方法这是电化学知识的一个重点和难点问题，如果题目给定了图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；如果题目给定了总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再根据溶液的酸碱性等实际情况去写电极反应式，另一电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用电池反应减去已写的电极反应式，即得结果，特别需要指出的是对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解原理。(1)写电池反应时，正、负极电极反应式进行加和时，应注意电子得失要相等，再加和。(2)利用总反应式减去其中一极反应式时也要注意电子守恒。(3)弱电解质、气体或难溶电解质均用分子表示，其余用离子符号表示。(4)注意电解质溶液的成分对正极、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或据化学方程式确定，如铅蓄电池中电解质溶液H2SO4中的SO参与电极反应生成PbSO4。(5)写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可以根据电极反应式的需要添加H或OH或H2O。2有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D导线C；A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡；B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()AABCDBACDBCCABD DBDCA【解析】金属与稀硫酸溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极表面得到电子生成氢气，电子运动方向由负极到正极。题中由知AB；由知CD；由知AC；由知DB。综合以上信息可知金属活动性ACDB。【答案】B【教师备课资源】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应_；负极反应_。【解析】根据氧化还原反应2Fe3Cu=2Fe2Cu2设计原电池，负极发生氧化反应，Cu失电子，正极选择比Cu活泼性弱的金属或石墨棒，电解质溶液为FeCl3溶液。【答案】(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)装置图：Fe3e=Fe2(或2Fe32e=2Fe2)Cu2e=Cu2原电池能量变化构成条件电子流动方向离子移动方向电极判断依据电极反应类型电极反应式的书写1下图中能组成原电池产生电流的是()【解析】A、D两项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池。B项符合原电池的三个构成条件，且Zn能与H2SO4溶液反应，两电极发生的反应分别是Zn2e=Zn2，2H2e=H2。C项中酒精不是电解质，故不是原电池。【答案】B2下列说法正确的是()A原电池是把电能转化为化学能的装置B原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应D形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动【解析】原电池是把化学能转化为电能的装置，电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，电解质溶液中的阴离子向负极移动；电子流进的一极是正极，正极发生还原反应，电解质溶液中的阳离子向正极移动。【答案】D3一个原电池反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的正确组成是()ABCD正极ZnCuCuZn负极CuZnZnCu电解质溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4溶液CuCl2溶液【解析】本题考查原电池的组成。活泼金属为负极，且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。【答案】C4利用反应Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2设计一个原电池。在下图方格内画出实验装置图，并指出正极材料为_，电极反应式为_；负极材料为_，电极反应式为_。【解析】一般来说，自发的氧化还原反应都可以设计成相应的原电池。具体设计时，先将氧化还原反应拆分为两个半反应(即氧化反应和还原反应)，然后根据构成原电池的条件，选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液，将两电极用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路，即可成功设计原电池。将Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2拆分为：Zn2e=Zn2(氧化反应)和2Fe32e=2Fe2(还原反应)；结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应用锌，则正极所用材料活泼性应比锌弱，为保证Fe3在正极得电子，则电解质溶液为FeCl3等易溶的铁盐溶液。【答案】(实验装置图如下)Pt(或石墨)2Fe32e=2Fe2ZnZn2e=Zn21下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()【解析】B、C选项均无化学反应；D选项Zn与稀H2SO4反应，但装置不能形成闭合回路，只有A符合要求。【答案】A2根据原电池的有关知识，下列反应不能用于原电池的是()A2H2O2点燃,2H2OB2CH3OH3O2点燃,2CO24H2OCZn2HCl=ZnCl2H2DNaOHHCl=NaClH2O【解析】原电池反应必须是自发的氧化还原反应，选项D是非氧化还原反应，故它不可以用于原电池反应。【答案】D3100 mL浓度为2 mol/L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量，可采用的方法是()A加入适量的6 mol/L的盐酸B加入数滴氯化铜溶液C加入适量蒸馏水D加入适量的氯化钠溶液【解析】增大氢离子浓度能加快反应速率，但由于是跟过量的锌片反应，所以再加入适量的6 mol/L的盐酸会增加生成氢气的量，故A错误；加入数滴氯化铜溶液，锌置换出铜以后，就会构成原电池，从而加快反应速率，故B正确；加入适量蒸馏水或加入适量的氯化钠溶液都会减小氢离子浓度，从而减慢了反应速率。【答案】B4X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下化学反应：(1)水溶液中XY2=X2Y；(2)Z2H2O(冷水)=Z(OH)2H2；(3)M、N为电极，与N盐溶液组成原电池，电极反应为M2e=M2；(4)Y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()AMNYXZBNMXYZCNMYXZ DXZNMY【解析】由反应(1)可知活动性YN；由(4)可得，MY。综合上述分析可得这五种金属的活动性由弱到强的顺序是NMYXYDX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应【解析】由图可知电子的流动方向是X外电路Y，则电流的方向就为Y外电路X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。【答案】C9在如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液【解析】本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。【答案】C10如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电池，下列说法正确的是()AX为负极，电极反应为：Si4e=Si4BX为正极，电极反应为：4H2O4e=4OH2H2CX为负极，电极反应为：Si6OH4e=SiO3H2ODY为负极，电极反应为：Fe2e=Fe2【解析】硅、铁、NaOH溶液组成原电池时，Si为负极：Si4e6OH=SiO3H2O；铁为正极：4H2O4e=4OH2H2，总反应式：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。【答案】C11(1)下列装置属于原电池的是_。(2)在选出的原电池中，_是负极，发生_反应，_是正极，该极的现象是_。(3)此原电池反应的化学方程式为_。【解析】(1)构成原电池的条件：两个活动性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路；自发进行的氧化还原反应。根据此条件知，属于原电池。(2)(3)在中，Fe为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，表面有气泡冒出，反应实质为FeH2SO4=FeSO4H2。【答案】(1)(2)Fe氧化CuCu表面有气泡产生(3)FeH2SO4=FeSO4H212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。【解析】由氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)可知，可以选用CuAgAgNO3(aq)构成简易的原电池。因此题图中电极X的材料是Cu，电解质溶液Y是AgNO3(aq)，正极为Ag，正极上发生的反应为Age=Ag。负极为Cu，负极上发生的反应为Cu2e=Cu2。在外电路，电子由负极流向正极，即从X(Cu)电极流向Ag电极。【答案】(1)CuAgNO3(2)正Age=AgCu2e=Cu2(3)X(Cu)Ag13现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O(B)Cu2Ag=2AgCu2(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池_。(2)如果不能，说明其原因_。(3)如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：_，_，_；正极：_，_，_；若导线上转移电子1 mol，则正极质量增加_g，电解质溶液：_。【解析】(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。(3)根据电池反应式Cu2Ag=2AgCu2可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属；Ag得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。【答案】(1)(A)不能，(B)可以(2)(A)为非氧化还原反应，没有电子转移(3)CuCu2e=Cu2氧化反应碳棒、Ag、Pt、Au(任选一)2Ag2e=2Ag还原反应108AgNO3溶液14某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu金属活动性的相对强弱，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为_。方案：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们活动性的相对强弱。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：_；负极反应式：_。方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性相对强弱的简单实验方案(与方案、不能雷同)：_，用离子方程式表示其反应原理：_。【解析】比较或验证金属活动性相对强弱的方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证；也可以利用原电池原理(负极是较活泼的金属)，也可以利用金属单质间的置换反应来完成。【答案】方案：Fe2H=Fe2H2方案：2H2e=H2Fe2e=Fe2方案：把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质(合理即可)FeCu2=CuFe2