2017-2018学年高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 第一课时 原电池的工作原理学案 苏教版选修4.doc

第一课时原电池的工作原理课标要求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和电池反应方程式。3能根据提供的氧化还原反应设计简单的原电池。1.原电池构成“四条件”：活泼性不同的两电极；浸入电解质溶液中；形成闭合回路；能发生自发的氧化还原反应。 2.原电池正、负极判断的“五招”：(1)正极：活泼性较弱的金属或非金属；流入电子或电流流出；发生还原反应；阳离子流向的极；电极增重或有气体产生的极。(2)负极：活泼性较强的金属；流出电子或电流流入；发生氧化反应；阴离子流向的极；电极不断溶解(质量减少)的极。原电池的工作原理1铜锌原电池的工作原理装置电极ZnCu反应现象逐渐溶解铜片上有红色物质析出电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向电子流出电子流入电流方向电流流入电流流出反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总电池反应式ZnCu2=Zn2Cu2.原电池的构成条件 3盐桥的成分及作用 1铜锌原电池中正、负极材料是什么？写出正、负极反应式。提示：Zn作负极，电极反应式为Zn2e=Zn2；Cu作正极，电极反应式为Cu22e=Cu。2原电池装置中，盐桥中离子移动的方向是什么？提示：盐桥中的Cl移向负极(ZnSO4溶液)，K移向正极(CuSO4溶液)。3原电池装置中，盐桥的作用是什么？提示：形成闭合回路；保持两溶液呈电中性，使电池反应能持续发生。1原电池工作原理图解2原电池正、负极的判断(1)判断方法由电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。由电流方向或电子流向判断。电流是由正极流向负极；电子是由负极流向正极。由电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。由原电池两极发生反应的类型判断。发生氧化反应的电极是负极，发生还原反应的电极是正极。根据电极现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。 (2)注意事项原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；而镁铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池，铝为负极，镁为正极；FeCu浓HNO3构成的原电池，Fe钝化，而Cu作负极。3带盐桥原电池装置中两个“半电池”以锌铜原电池为例，如图所示：(1)ZnZnSO4半电池：在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2进入溶液，即Zn2e=Zn2；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片。(2)CuCuSO4半电池：CuSO4溶液中的Cu2从铜片上得到电子，还原为铜单质并沉积在铜片上，即Cu22e=Cu。(3)盐桥的作用：电池工作时，盐桥中的Cl会移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后，形成断路，反应停止。1.关于如图所示装置的叙述，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解析：选D由所给图示可知，Zn为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极铜电极，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2；电流方向与电子流动的方向相反。2铜锌原电池(如下图)工作时，下列叙述正确的是()A正极反应为Zn2e=Zn2B电池反应为ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液解析：选BCA项，正极发生还原反应：Cu22e=Cu，负极发生氧化反应：Zn2e=Zn2；B项，由正、负两极发生的电极反应合并得总反应：ZnCu2=Zn2Cu；C项，电子流向为负极沿导线到正极；D项，由于Cu2放电，为使CuSO4溶液保持电中性，则盐桥中的K移向CuSO4溶液，Cl移向ZnSO4溶液。原电池原理的应用1加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。2比较金属的活动性强弱(1)对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。(2)常用比较方法3设计原电池.一般思路(1)理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。(2)外电路。 (3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。.设计方法“两极一液一连线”(1)根据电池总反应写出电极反应式。(2)电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料；正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属，或一种金属和非金属。例如，铜锌原电池中，锌板作电池的负极，铜板作电池的正极。(3)电解质溶液的选择：电解质溶液是为负极提供放电的物质，因此，电解质溶液一般要能够与负极发生反应。例如：ZnCu稀H2SO4形成的原电池中，Zn与稀H2SO4能发生氧化还原反应。(4)形成闭合回路。1有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()AabcdBbcdaCdabc Dabdc解析：选C由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性ab，第二个装置依据氧化性、还原性的规律知金属活动性bc，故第三个装置的金属活动性dc，由第四个装置电流从ad，则电子从da，故金属活动性da。2将2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)反应设计的原电池如下图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_，电解质溶液Y是_。(2)外电路中的电子是从_电极流向_电极。(3)银电极上发生的电极反应式为_。解析：由总反应知负极反应：Cu2e=Cu2；正极反应：2Ag2e=2Ag。(1)由图示分析知X作负极，电极材料是铜，Y中电解液中含Ag，只能是AgNO3溶液。(2)在外电路中，电子从负极流向正极，故电子从X电极流向Ag电极。答案：(1)CuAgNO3(2)X(或Cu)Ag(3)2Ag2e=2Ag三级训练节节过关1有关原电池的下列说法中，正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中，只有金属锌作负极C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池工作时，阳离子向负极方向移动解析：选C在原电池工作时 ，电子由负极流向正极，A错误；在原电池中，活泼金属作负极，不一定是锌，B错误；原电池工作时，电解质溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C正确，D错误。2在盛有稀硫酸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负极附近的SO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AD在ZnCuH2SO4组成的原电池中，Zn为负极，发生氧化反应，Cu为正极，发生还原反应，正极上产生H2，电子由锌片流向铜片，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。3事实证明，原电池中发生的反应通常是放热反应。利用下列化学反应可以设计成原电池的是()AC(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H0BNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H0C2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H0DCaCO3(s)2HCl(aq)=CaCl2(aq)H2O(l)CO2(g)H0b2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H0cNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)HZWYBZXYWCXYZW DYWZX解析：选AX、Y相连，X为负极，活动性XY；Z、W相连，电流WZ，活动性ZW；X、Z相连，Z放气泡，活动性XZ；W、Y相连，W被氧化，活动性WY。则活动性由强到弱的顺序为XZWY。二、不定项选择题6.如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()A外电路的电流方向为Y外电路XB若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为ZnC若两电极都是金属，则它们的活泼性为XYDX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应解析：选AC由图可知，电子的流动方向是X外电路Y，则电流的方向为Y外电路X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y的强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应，B、D错误，A、C正确。7实验室准备较快地制取氢气，可采用的方法是()A用纯锌与稀H2SO4溶液反应B用纯锌与浓HCl溶液反应C用粗锌与HNO3溶液反应D用在CuSO4溶液中浸泡过的锌与稀H2SO4溶液反应解析：选DB项会混入大量的HCl；C项不产生H2；D项中锌表面有置换出的铜，放入稀H2SO4溶液时，会构成原电池而加快H2的逸出，故A错误、D正确。8将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸中，并经过一段时间后，下列各叙述中正确的是()A负极有Cl2逸出，正极有H2逸出B负极附近Cl的浓度减小C正极附近Cl的浓度逐渐增大D溶液中Cl的浓度基本不变解析：选DFe为负极，Fe2e=Fe2；Ag为正极：2H2e=H2，Cl的浓度基本不变。三、非选择题9A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。装置现象二价金属A不断溶解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是_。(2)装置乙中正极的电极反应是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动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，活动性AB；乙中C极质量增加，即析出Cu，则B为负极，活动性BC；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活动性DA，随着H的消耗，溶液pH逐渐变大。答案：(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC10为了避免锌片与Cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置，按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_，电池总反应式为_。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成_，铜和铜盐溶液组成_，中间通过盐桥连接起来。(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO向_移动，硫酸铜溶液中SO向_移动。(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，K移向_。解析：该装置为锌铜原电池，总反应式为ZnCu2=CuZn2，电池工作时，观察到：电流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出，其中Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极(锌电池)移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动，而盐桥中，K向正极区(CuSO4溶液)移动，Cl向负极区(ZnSO4溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路而导电。答案：(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出ZnCu2=Zn2Cu(2)锌半电池铜半电池(3)锌电极盐桥(4)离子正极区(CuSO4溶液)一、单项选择题1有关电化学知识的描述正确的是()ACaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是由KCl饱和溶液制得的琼脂C因为铁的活动性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极，铜作正极D理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可被设计成原电池解析：选DCaOH2O=Ca(OH)2不是氧化还原反应，不能设计成原电池，A项错误；B项中会发生反应：KClAgNO3=AgClKNO3，生成的AgCl会使盐桥的导电性减弱，所以盐桥中不能使用KCl，可换成KNO3，B项错误；由于铁遇到浓硝酸会发生钝化，而铜可与之发生反应：Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，Cu失电子被氧化，作原电池的负极，所以C项错误。2将纯锌片和纯铜片按图所示方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H浓度均减小D产生气泡的速度甲比乙慢解析：选C由题目中所给图示可知，甲中形成闭合回路，符合形成原电池的条件，其中铜作正极，发生电极反应为2H2e=H2；乙不能构成闭合回路，不能形成原电池，只在锌片上发生反应Zn2H=Zn2H2，两者都消耗H。由于原电池的形成，故甲的反应速率比乙快。3结合下图判断，下列叙述不正确的是()A、的反应原理均是ZnCu2=Zn2CuB、中均有电子转移，均是把化学能转化为电能C随着反应的进行，、中CuSO4溶液颜色均渐渐变浅D取a中溶液，加足量Ba(NO3)2溶液，过滤后向滤液中加AgNO3溶液，有沉淀产生解析：选B中发生的是化学反应，没有电能产生，中发生的是电化学反应，化学能转化为电能，但二者的反应原理都是ZnCu2=Zn2Cu，A项正确，B项错误；随着反应的进行，、中(Cu2)逐渐减小，溶液颜色均渐渐变浅，C项正确；在原电池工作过程中，盐桥中的Cl移向负极，即a中溶液含有Cl故取a中溶液，加足量Ba(NO3)2溶液，过滤后向滤液中加AgNO3溶液，有AgCl沉淀产生，D项正确。4.298 K时，在FeCl3溶液中加少量锌粒后，Fe3被还原成Fe2。据此某学习小组设计如图所示的原电池装置。下列有关说法正确的是()A正极电极反应为Zn2e=Zn2B左边烧杯中溶液的红色变浅CPt电极上有气泡出现D该电池的总反应为3Zn2Fe3=3Zn22Fe解析：选BA项，反应Zn2e=Zn2为负极反应，错误；B项，左边烧杯中发生反应Fe3e=Fe2，Fe3浓度减小，溶液的红色变浅，正确；C项，Pt电极上发生的反应为Fe3e=Fe2，没有气泡出现，错误；D项，根据题目所给信息知，该电池总反应为Zn2Fe3=Zn22Fe2，错误。5如图所示装置中，可观察到检流计指针偏转，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()选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜锌稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液 解析：选CN棒变细，说明N为较活泼金属作负极，M棒变粗，说明M为正极，电解质溶液中的阳离子得电子析出金属。二、不定项选择题6.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(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是()A在外电路中，电流由铜电极流向银电极B正极反应为Age=AgC实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D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解析：选BD由于活动性：CuAg，则Cu作负极，电解质溶液为Cu(NO3)2溶液；Ag作正极，电解质溶液为AgNO3溶液，盐桥形成闭合回路。A在外电路中，电流由银电极流向铜电极，错误；B正极为溶液中Ag得到电子被还原变为Ag，电极反应式为Age=Ag，正确；C实验过程中取出盐桥，因为不能形成闭合回路，所以原电池不能继续工作，错误；D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，正确。7某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是()AFe作正极，发生还原反应B负极反应：Al3e3OH=Al(OH)3C工作一段时间后，盛有稀硫酸溶液的烧杯中pH不变D盐桥中的Cl向左边烧杯中移动，使该烧杯中溶液保持电中性解析：选ADA项，铝的金属性强于铁，则铝是负极，铁是正极，铁上发生还原反应，正确；B项，铝是负极，失去电子，电极反应式为Al3e4OH=AlO2H2O，错误；C项，工作一段时间后，盛有稀硫酸溶液的烧杯中氢离子放电，浓度降低，则pH增大，错误；D项，铝是负极，则盐桥中的Cl向左边烧杯中移动，使该烧杯中溶液保持电中性，D正确。8有关下图装置的说法中正确的是()A氧化剂与还原剂必须直接接触，才能发生反应B乙池中电极反应式为NO4He=NO22H2OC当铜棒质量减少6.4 g时，甲池溶液质量增加6.4 gD当铜棒质量减少6.4 g时，向乙池密封管中通入标准状况下1.12 L O2，将使气体全部溶于水解析：选DA项，该原电池中氧化反应与还原反应是在两个不同的烧杯中完成的，因此氧化剂与还原剂没有直接接触，A项错误；B项，乙池是正极，溶液中的NO得到电子，电极反应式为NO2He=NO2H2O，B项错误；C项，当铜棒质量减少6.4 g(即0.1 mol)时，甲池溶液中Cu2增加0.1 mol，但由于盐桥中Cl向甲池中移动，所以溶液增加的质量大于6.4 g，C项错误；D项，当铜棒质量减少6.4 g(即0.1 mol)时，转移电子的物质的量是0.2 mol，所以根据电极反应式NO2He=NO2H2O可知，生成NO2的物质的量是0.2 mol，则根据反应式4NO2O22H2O=4HNO3可知需要氧气的物质的量是0.05 mol，其在标准状况下的体积是1.12 L，D项正确。三、非选择题9由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应是_，正极反应是_。(2)电流的方向是_。(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗_g锌，有_个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是_(设溶液体积不变)。解析：n(H2)1.68 L/22.4 Lmol10.075 mol产生0.075 mol H2，通过0.075 mol20.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4，m(Zn)0.075 mol65 gmol14.875 g，n(e)0.15 mol6.021023mol19.031022，c(H2SO4)0.75 molL1。答案：(1)Zn2e=Zn22H2e=H2(2)由Cu极流向Zn极(3)4.8759.0310220.75 molL110将反应IO5I6H3I23H2O设计成如图所示的原电池。(1)开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流计指针向右偏转，此时甲池中发生的电极反应式为_，工作过程中关于电流计的读数，下列说法正确的是_(填编号)。a电流计读数逐渐减小B电流计读数有可能变为0c电流计读数一直不变 D电流计的读数逐渐增大(2)如果在加浓硫酸前， 甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，则溶液变蓝的烧杯是_(填“甲”“乙”或“甲、乙”)。(3)工作一段时间后，如果再向甲烧杯滴入浓NaOH溶液，此时乙池中发生的电极反应式为_，电流计指针向_(填“左”或“右”)偏转。解析：(1)根据题中信息，I失电子被氧化，说明乙池中石墨作负极，其电极反应式为2I2e=I2，则甲池中石墨作正极，其电极反应式为2IO12H10e=I26H2O，随反应的进行，碘离子和碘酸根离子的量减小，通过的电量减小，电流计读数不断减小，当反应达到平衡后，电流计的读数为0，故a、b说法正确。(2)根据(1)的分析，两烧杯中都有I2的存在，加入淀粉后，都变蓝；(3)甲烧杯中滴入NaOH溶液，消耗H，促使反应向逆反应方向进行，乙池中电极反应式：I22e=2I，则甲池中电极反应式：I212OH10e=2IO6H2O，甲池失电子，电流计指针向左偏转。答案：(1)2IO10e12H=I26H2Oa、b(2)甲、乙(3)I22e=2I左