高二化学课件：4.1《原电池》（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 1 在必修2曾经学习过的将锌片和铜片直接置于CuSO4溶液的原电池 如果用它做电源 不但效率低 而且时间稍长电流就很快减弱 因此不适合实际应用 这是什么原因造成的呢 提示 由于锌片与CuSO4溶液直接接触 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 指示向外输出的电流强度减弱 当锌片表面完全被铜覆盖后 反应就终止了 也就无电流再产生 2 从原电池装置中取出盐桥 为什么就不会产生电流了 提示 盐桥中的盐溶液是电解质溶液 能使两个烧杯中的溶液连成一个通路 取出盐桥不再形成闭合回路 同时由于Zn原子失去电子成为Zn2 进入溶液 使ZnSO4溶液因Zn2 增加而带正电 同时Cu2 获得电子成为金属铜沉淀在铜片上 使CuSO4溶液因SO42 相对增加而带负电 这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片 造成不产生电流的现象 3 有盐桥装置的原电池为什么能够持续 稳定的产生电流 提示 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进行 从而使原电池不断地产生电流 典例1 双选 2010 广东高考 铜锌原电池 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 CuC 在外电路中 电子从负极流向正极D 盐桥中的K 移向ZnSO4溶液 思路点拨 先由图示条件判断原电池的正负极 再结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断 自主解答 选B C Zn是原电池的负极 故A错 原电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同 故B正确 根据闭合回路的电流方向 在外电路中 电流由正极流向负极 因电子流向与电流的方向相反 即电子由负极流向正极 故C正确 在溶液中 阳离子向正极移动 故D错 1 请依据原电池原理 将反应2FeCl3 Cu2 FeCl2 CuCl2设计成一个原电池 写出电极反应 确定电极材料和电解质溶液 提示 1 电极反应 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 负极 Cu 2e Cu2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 2 电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质 可用该金属直接作负极 如生成气体 如H2 或溶液中的还原性离子发生氧化反应 可用惰性电极 如Pt 碳棒 作负极 发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差 本例中可用铜棒作负极 用铂丝或碳棒作正极 3 电解质溶液一般选用含反应物的电解质溶液即可 如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液 2 为什么原电池反应可以加快化学反应速率 提示 以铜 锌 稀硫酸原电池为例 如果直接将锌放入稀硫酸中 氢离子要在锌板表面得电子 生成氢气逸出 同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落聚集在锌板附近 因氢离子和锌离子都带正电 相互排斥 所以氢离子不易直接连续从锌板上得电子 而构成原电池后 氢离子在铜板上得电子 就解决了这一矛盾 因而加快了反应速率 还有 锌铜两极的电势差还有助于电子的转移 也对加快反应速率起作用 典例2 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 思路点拨 电极X的材料应是发生氧化反应的物质 电解质溶液Y应是含有发生还原反应的阳离子的电解质溶液 此题中Y应是含有Ag 的可溶性的电解质溶液 自主解答 根据所给氧化还原反应方程式 结合原电池反应原理以及所给原电池装置 Cu作负极 AgNO3溶液为电解质溶液 从而推知 1 X的材料为铜 Y是AgNO3溶液 或其他Ag 的可溶性溶液 2 银为原电池的正极 发生的电极反应为Ag e Ag X电极上发生的电极反应为Cu 2e Cu2 3 外电路中的电子从铜电极流向银电极 答案 1 铜AgNO3溶液 或其他Ag 的可溶性溶液 2 正Ag e AgCu 2e Cu2 3 铜银 知识点一 原电池的工作原理1 如图所示的装置能构成原电池产生电流的是 A B C D 解析 选D 依据构成原电池的条件分析 中没有构成闭合回路 中两电极相同 中酒精是非电解质 只有 符合条件 故选D 2 某单质能和盐酸反应生成氢气 该单质与锌组成原电池时 锌为负极 该金属可能为 A 铝B 铜C 锡D 石墨 解析 选C 铜 石墨和盐酸不反应 铝 锡能和盐酸反应生成氢气 与锌组成原电池时 锌为负极 说明该金属不如锌活泼 故只有锡符合题意 3 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 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 解析 选D 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 浓度不会逐渐增大 知识点二 原电池的设计4 理论上不能设计为原电池的化学反应是 A CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 0B HNO3 aq NaOH aq NaNO3 aq H2O l H 0C 2H2 g O2 g 2H2O l H 0D 2FeCl3 aq Fe s 3FeCl2 aq H 0 解析 选B 理论上 能设计成原电池的均为能自发进行的氧化还原反应 而B是非氧化还原反应 故不可以 5 利用反应 Zn 2FeCl3 ZnCl2 2FeCl2组成一个化学电池 1 画出装置图 并指出正极为 电极反应式为 负极为 电极反应式为 2 若电池内溶液为100mL0 5mol L的FeCl3溶液 当溶液中FeCl3全部被还原成FeCl2时 溶液中ZnCl2的物质的量浓度是 导线上通过的电子是 mol 解析 1 据氧化还原反应方程式知还原剂Zn为负极 电极反应为 Zn 2e Zn2 正极可为Cu Fe Ag或石墨 电极反应为 2Fe3 2e 2Fe2 2 n Fe3 0 5mol L 0 1L 0 05mol 则转移电子为0 05mol c ZnCl2 0 25mol L 答案 1 装置图如图所示石墨2Fe3 2e 2Fe2 ZnZn 2e Zn2 2 0 25mol L0 05 知识点三 原电池的应用6 将等质量的两份锌粉a b分别加入过量的稀硫酸中 同时向a中加少量的CuSO4溶液 下列各图中产生H2的体积V L 与时间t min 的关系 正确的是 解析 选A a中锌先与Cu2 反应 生成的Cu与Zn形成原电池 加快了反应速率 但锌粉被消耗了一部分 造成产生H2的量变少 一 选择题 本题包括5小题 每小题4分 共20分 1 某原电池反应的离子方程式为 Fe 2H Fe2 H2 则下列说法正确的是 A HNO3为电解质溶液B 锌为原电池正极C 铁极质量不变D 铜为原电池正极 解析 选D 由电池反应的离子方程式知 电池的负极为铁 则正极应是比铁活泼性差的金属 B被否定 在反应中负极不断被消耗 C错 由于反应中放出了氢气并生成了Fe2 故知电解质溶液不能是HNO3 由以上分析可知正确选项为D 2 用铜片 银片 Cu NO3 2溶液 AgNO3溶液 导线和盐桥 装有琼脂 KNO3的U形管 构成一个原电池 以下有关该原电池的叙述正确的是 在外电路中 电流由铜电极流向银电极 正极反应为 Ag e Ag 实验过程中取出盐桥 原电池仍继续工作 将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A B C D 解析 选C 该原电池中Cu作负极 Ag作正极 负极反应式为Cu 2e Cu2 正极反应式为Ag e Ag 因此 对 在外电路中 电子由Cu电极流向Ag电极 而电流方向与电子流向相反 所以 错 没有盐桥 原电池不能继续工作 所以 错 无论是否为原电池 反应实质相同 均为氧化还原反应 所以 对 3 如图所示 两电极一为碳棒 一为铁片 若电流表的指针发生偏转 且a极上有大量气泡生成 则以下叙述正确的是 A a为负极 是铁片 烧杯中的溶液为硫酸B b为负极 是铁片 烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C a为正极 是碳棒 烧杯中的溶液为硫酸D b为正极 是碳棒 烧杯中的溶液为硫酸铜溶液 解析 选C 根据原电池原理 负极发生氧化反应 金属溶解 故铁为负极 正极发生还原反应 若烧杯中的溶液为硫酸铜溶液 则析出铜 若烧杯中的溶液为硫酸 则析出H2 故a是正极 b是负极 电解质为硫酸 4 如图所示的装置中 M为活动性顺序位于氢之前的金属 N为石墨棒 关于此装置的下列叙述中 不正确的是 A N极上有气体放出B M为负极 N为正极C 是化学能转变为电能的装置D 导线中有电流通过 电流方向是由M到N 解析 选D 原电池中活泼金属为负极 失去电子 即M为负极 溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2 则N为正极 电流方向与电子流向相反 应由正极 N 流向负极 M 5 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 解析 选C M棒变粗 N棒变细可知N为负极 金属原子失电子 因此N极的金属比M极要活泼 M棒变粗 说明有金属离子得电子 且得电子能力比H 强 二 非选择题 本题包括1小题 共10分 6 利用反应方程式 Fe CuSO4 Cu FeSO4设计一个原电池 在方框内画出实验装置简图 并指出 电解质为 溶液 正极为 电极反应 负极为 电极反应 解析 根据反应方程式 Fe CuSO4 Cu FeSO4可知 Fe失去电子 发生氧化反应 Fe为负极 Cu2 得到电子 发生还原反应 为正极 故CuSO4为电解质溶液 答案 CuSO4C或CuCu2 2e CuFeFe 2e Fe2 1 5分 控制适合的条件 将反应2Fe3 2I 2Fe2 I2设计成如图所示的原电池 下列判断不正确的是 A 反应开始时 乙中石墨电极上发生氧化反应B 反应开始时 甲中石墨电极上Fe3 被还原C 电流计读数为零时 反应达到化学平衡状态D 电流计读数为零后 在甲中溶入FeCl2固体 乙中石墨电极为负极 解析 选D 乙中I 失去电子放电 发生氧化反应 A正确 由总反应方程式知 Fe3 被还原成Fe2 B正确 当电流计读数为零时 说明正逆反应转移的电子数量相等 反应达到平衡 C正确 加入Fe2 导致平衡逆向移动 则Fe2 失去电子生成Fe3 作为负极 D错误 2 15分 某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 实验结果记录如下 试根据上表中的实验现象回答下列问题 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 负极 正极 3 实验4中的铝作正极还是负极 写出电池总反应方程式 4 解释实验5中电流计指针偏向铝的原因 解析 在稀盐酸中Mg比Al活泼 Mg作原电池的负极 Al作原电池的正极 电流计指针偏向Al 在稀盐酸中Al比Cu活泼 Al作原电池的负极 Cu作原电池的正极 电流计指针偏向Cu 由此可知 在这里的原电池中电流计指针是偏向正极 在实验3中电流计指针偏向石墨 由上述规律可知 在该原电池中铝作负极 石墨作正极 化学反应是铝失去电子被氧化为铝离子 盐酸中的氢离子得到电子被还原为氢气 在氢氧化钠溶液中Al能与NaOH发生氧化还原反应而Mg不能与 NaOH反应 所以Al作原电池的负极 Mg作原电池的正极 铝在浓硝酸中钝化 锌在浓硝酸中被氧化 即在浓硝酸中Zn比Al活泼 Zn作原电池的负极 Al作原电池的正极 所以在实验5中电流计指针偏向铝 答案 1 不相同 2 2Al 6e 2Al3 6H 6e 3H2 3 负极2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 4 铝在浓硝酸中钝化 锌在浓硝酸中可以被氧化 即在浓硝酸中Zn比Al活泼 Zn作原电池的负极 Al作原电池的正极 所以电流计指针偏向铝 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全