2019高一化学 实验14 原电池的工作原理学案.docx

实验14 原电池的工作原理铜锌原电池1、掌握原电池的构成条件2、掌握原电池的工作原理原电池是将化学能直接转换为电能的装置，自发的氧化还原反应可设计成原电池Zn +2H2SO4=Zn2SO4+ +H2 烧杯、导线、电流计、铜片、锌片、碳棒、稀硫酸步骤实验现象结论及解释将铜片插入到盛有稀盐酸的烧杯中，观察现象。再插入一根碳棒，观察现象，一段时间后，将碳棒和铜片用导线连接（导线中间接一个电流表）铜片、碳棒插入到稀硫酸中无现象，用导线连接后也无现象，指针不偏转铜、碳不与稀硫酸发生反应，所以无现象，指针不偏转，导线中没有电子的定向移动，说明没有自发的氧化还原反应发生无法形成原电池将一块锌片插入到盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。一段时间后，再插入一块锌片，观察现象。再过一段时间，用导线连接（导线中间连接一个电流表）锌片上有气泡产生，用导线连接后，指针不偏转Zn是活泼金属能和稀硫酸发生反应生成H2，所以有气泡产生，用导线连接后，两极都是锌，产生的电势相等，故无电流产生，无法使指针偏转，说明原电池的两极要存在活泼性的差异将一块铜片插入到盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象，再将一块锌片平行插入，观察现象，一段时间后，将铜片和锌片用导线连接（导线中间连接一个电流表）最开始铜片无现象，锌片上有大量气泡出现，用导线连接后，锌片逐渐溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转铜不与稀硫酸反应，Zn是活泼金属能和稀硫酸发生反应生成H2，用导线连接后，形成了闭合回路，锌片逐渐溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转，说明形成了原电池。Zn和稀硫酸发生自发的氧化还原反应，电极材料Zn和Cu活泼性存在差异，且通过导线连接，Zn片：Zn2e=Zn2+失电子氧化反应，电子通过导线流向铜片，Cu片：2H+2e=H2得电子还原反应，电解质H2SO4溶液中的H+在铜极得电子变成H2。总的离子方程式：Zn+2H+=Zn2+H2通过的实验，原电池中，我们将失去电子发生氧化反应的一极叫负极，得电子发生还原反应的一极叫正极。正负两极得失电子数相等。电子的流向是从Zn片（负极）沿导线流向Cu片（正极）。电解质溶液中的H+（阳离子）移向正极，SO（阴离子）移向负极。电流的流向是从正极流向负极。工作原理：负极发生氧化反应，失去电子（M-ne=Mn+，如：Zn2e=Zn2+ ）正极发生还原反应，得到电子（如：2H+2e=H2）电子沿外电路（导线）定向移动原电池工作原理示意图原电池的形成条件1、 两个电极（活泼性不同）负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等2、 必须形成闭合回路电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液3、自发的氧化还原反应原电池正负极判断的方法负极正极构造方面较活泼的金属较不活泼金属或非金属电池反应氧化反应还原反应电子流向电子流出电子流入反应现象不断溶解电极增重或者有气体产生离子移向阴离子移向阳离子移向原电池电流的产生原因？每个电极都有一定的电极电势，金属越活泼，电极的电势越低。金属越不活泼，电极的电势越高，导线将两者连接在一起就形成电势差。电子定向移动的电势差就是电池的电压。电子在内电路中从正极通过电解质溶液转移到负极的表达是否正确？错，电子的转移只能通过导线发生定向移动将反Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+设计成原电池？Cu2e=Cu2+ 发生氧化反应，做负极；Fe3+e=Fe2+ 发生还原反应，是正极。电极：负极铜片；正极碳棒或比铜活泼性弱的金属电解质溶液FeCl3溶液/Fe2(SO4)3溶液MgAl稀硫酸原电池和MgAlNaOH溶液原电池的负极都是Mg吗？错，MgAl稀硫酸原电池中，镁和铝均与稀硫酸反应，所以选择活泼性较强的镁做负极；MgAlNaOH溶液原电池中，发生的氧化还原反应是2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，所以在这做负极的是金属铝。1原电池是（）装置A化学能转化为电能 B电能转化为化学能C热能转化为化学能 D化学能转化为热能【答案】A【解析】原电池是把化学能转化为电能的装置，其中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应。而电能转化为化学能的装置是电解池。答案选A。2下列反应，不能用于设计原电池的是（）APb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O B2A1+3I2=2AlI3CMg(OH)2+ H2SO4=MgSO4 +2H2O DO2+ 2H2=2H2O【答案】C【解析】APb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4 +2H2O 属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故A不选；B2A1+3I2=2AlI3属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故B不选；CMg(OH)2+ H2SO4=MgSO4 +2H2O中和反应属于复分解反应，不是氧化还原反应，不能用于设计原电池，故C选；DO2+2H2=2H2O燃烧反应属于自发的氧化还原反应，能设计成原电池，故D不选；故选C。3下列有关说法不正确的是（）A构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属B把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡C把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面不会出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快【答案】A【解析】A构成原电池正负极的材料不一定是两种金属，可能是金属和导电的非金属，如石墨，A错误；B铁比铜活泼，铁为负极，铜为正极，氢离子在正极放电，铜片表面出现气泡，B正确；C把铜片插入三氯化铁溶液中发生反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2，在铜片表面不会出现一层铁，C正确；D把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，锌置换出铜，构成原电池，反应速率加快，即气泡放出速率加快，D正确；答案选A。4已知空气锌电池的电极反应为锌片：Zn+2OH2e=ZnO+H2O；碳棒：O2+2H2O+4e=4OH。据此判断，锌片是（）A正极，被还原 B正极，被氧化 C负极，被还原 D负极，被氧化【答案】D【解析】原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。根据方程式可知锌失去电子，发生氧化反应，因此锌是负极，被氧化。碳棒是正极，氧气得到电子，发生还原反应，被还原。答案选D。5关于下图所示的原电池，下列说法正确的是（）ACu为正极发生氧化反应B负极反应为Zn-2e=Zn2+C电子由铜片通过导线流向锌片D该装置能将电能转化为化学能【答案】B【解析】A在原电池中负极发生氧化反应，金属性锌强于铜，锌是负极，铜是正极，发生还原反应，A错误；B锌是负极，负极反应为Zn-2e=Zn2+，B正确；C锌是负极，发生失去电子的氧化反应，则电子从锌出来通过导线流向铜，C错误；D原电池是将化学能变化电能的装置，D错误。答案选B。6下列有关原电池的说法中，正确的是（）A铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，镁片较活泼，作负极B铁片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极C镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后，前者较易被腐蚀D将反应2Fe3+Fe=3Fe2+设计为原电池，则可用锌片作负极，铁片作正极，FeCl3溶液作电解质【答案】B【解析】A铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，铝可以与NaOH溶液反应，而镁片与NaOH溶液不反应，所以铝作负极，A错误；B铁片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铁发生钝化，铜能与浓硝酸反应，所以铜作负极，B正确；C镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后，前者锌铁形成原电池，锌作负极被腐蚀从而保护铁，而锡铁原电池，铁的活泼性强于锡，铁作负极易被腐蚀，所以后者较易被腐蚀，C错误；D锌片作负极，铁片作正极，FeCl3溶液作电解质形成的原电池中，锌参与反应生成锌离子，与2Fe3+Fe=3Fe2+的设计目标不符，应该是铁作负极，D错误；答案选B。7有一种银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH、电极反应式分别为Zn+2OH2e=ZnO+H2O，Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH，根据上述反应式，下列说法正确的是（）A使用过程中，电极正极溶液的pH增大B使用过程中，溶液中氢氧根向Ag2O电极移动C使用过程中，电子由Ag2O极经外路流向Zn极D使用过程中，Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应【答案】A【解析】A正极发生Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH，c(OH)增大，所以电池正极区溶液的pH增大，A正确；D原电池中阴离子向负极移动，则使用过程中，溶液中氢氧根向Zn电极移动，B错误；CZn为负极，Ag2O为正极，则使用过程中，电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，C错误；DZn失去电子，Zn为负极，发生氧化反应，Ag2O得到电子是正极，发生还原反应，D错误；答案选A。8某同学用如图所示实验来探究构成原电池的一般条件，下列说法中正确的是（）A左瓶的灯泡发光 B右瓶的铜棒变粗C右瓶中铁棒为正极 D左瓶：Fe-2e=Fe2+【答案】B【解析】A左瓶电极插入苯中，苯是非电解质，不能构成原电池，灯泡不会发光，A错误；B右瓶电极插入硫酸铜溶液中，且构成闭合回路，形成原电池，铁是负极，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子析出铜，所以铜棒变粗，B正确；C金属性铁强于铜，因此右瓶中铁棒为负极，C错误；D左瓶不能形成原电池，铁与硫酸铜溶液直接发生置换反应，D错误。答案选B。9MgH2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是（）A镁电极是该电池的正极B过氧化氢在石墨电极上发生氧化反应C石墨电极附近溶液的pH增大D溶液中氯离子向正极移动【答案】C【解析】该反应为原电池反应，反应方程式如下，负极反应：Mg-2e=Mg2+， Mg失电子，被氧化，发生氧化反应；正极反应：H2O2+2e=2OH，H2O2得电子，被还原，发生还原反应。A原电池中，Mg失电子，被氧化，发生氧化反应，则Mg是该电池的负极，故A错误；B在石墨电极上，H2O2得电子，被还原，发生还原反应，故B错误；C石墨电极是正极，OH浓度增大，pH增大，故C正确；D电解质溶液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，则Cl-向负极移动，故D错误。故选C。10将铁棒和锌棒用导线连接插入CuSO4溶液里，当电池中有0.2mol电子通过时，负极质量的变化是（）A增加5.6 g B减少0.1 g C减少6.5 g D增加6.4 g【答案】C【解析】铁棒、锌棒和硫酸铜溶液形成的原电池中，较活泼的金属锌棒作负极，铁棒作正极，负极上锌失电子变成锌离子进入溶液，所以负极质量会减少，正极上铜离子得电子生成铜单质，所以正极上铁棒质量会增加，根据电极方程式Zn-2e=Zn2和转移电子的关系计算即可铁棒、锌棒和硫酸铜溶液形成的原电池中，较活泼的金属锌棒作负极，铁棒作正极，负极上锌失电子质量减少，正极上铜离子得电子质量增加。设负极上质量减少x。负极上的电极反应式为：Zn2e=Zn2+，65g 2mol x0.2molx=65g0.2mol/2mol=6.5g，所以负极质量减少6.5g，故选：C。11将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入500mL硫酸铜溶液中构成如图1的装置：（以下均假设反应过程中溶液体积不变）。（1）铁片上的电极反应式为_。（2）若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g，计算：导线中流过的电子的物质的量为_mo1；【答案】（1）Fe2e=Fe2（2）0.02 【解析】将质量相等的铁片和铜片用导线相连浸入 500mL 硫酸铜溶液中构成原电池，铁的活泼性大于铜，所以铁是负极、铜是正极，电池总反应为Cu2+Fe=Cu+Fe2+，负极反应为Fe2e=Fe2+、正极反应为Cu2+2e=Cu；根据以上分析，（1）铁的活泼性大于铜，铁片是负极，负极反应式为Fe2e=Fe2+。（2）根据Cu2+Fe=Cu+Fe2+，负极溶解铁的物质的量与正极生成铜的物质的量相等，若2min后测得铁片和铜片之间的质量差为1.2g，设负极溶解铁的物质的量为xmol，则56x+64x=1.2，x=0.01mol，根据负极反应式Fe2e=Fe2+，导线中流过的电子的物质的量为0.02mo1。12（1）在下图的8个装置中，属于原电池的是_。（2）航天飞机常采用燃料电池作为电能来源，燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置，它可直接将化学能转化为电能。如图是甲烷燃料电池原理示意图，回答下列问题：电池的负极是_(填“a”或“b”)，该极的电极反应是_。消耗标准状况下5.6L O2时，有_mol电子发生转移。开始放电时，正极附近溶液的pH_(填“增大”“减小”或“不变”)【答案】（1）（2）a CH410OH8e=CO7H2O 1 增大【解析】（1）根据原电池中有两个电极可以排除掉；而且两电极活泼性不同，排除；注意都含有两种活泼性不同的金属或非金属，即含两个电极；必须存在电解质溶液，可排除；电极与电解质溶液要形成闭合回路，不符合要求；都满足形成原电池的条件。因此，本题正确答案是：；（2）甲烷燃料电池中，甲烷在负极失电子，a为负极，氧气在正极得电子，电极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH，用总反应式减去正极反应式得负极反应式：CH410OH8e=CO7H2O，5.6L氧气的物质的量为：=0.25mol，根据电极反应：O2+4e+2H2O=4OH，消耗5.6L(标准状况下)O2时,转移电子数为：0.25mol41mol，开始放电时，正极上是氧气发生得电子得还原反应，即O2+4e+2H2O=4OH，产生氢氧根，在该极附近溶液氢氧根离子浓度增大。