高中化学 4.1 原电池知识导学素材 新人教版选修4.doc

第一节 原电池案例探究 你知道干电池提供的电能是由什么能转化而来的吗？ 干电池是由一金属锌外壳和内部的化学物质nh4cl、mno2和少量浆糊组成的，中间有一根碳棒。锌为电池负极，碳棒作电池正极。当把锌外壳和碳棒用导体连接起来，构成了闭合回路，发生化学反应：负极：zn-2e-=zn2+，正极：2+2mno2+2e-=2nh3+mn2o3+h2o。电池反应为：2+2mno2+zn=2nh3+zn2+mn2o3+h2o。这样，贮存在金属锌和nh4cl中的化学能就转化成电能释放出来。从正、负极的变化，zn、mn两种元素都存在化合价的变化，可看作发生了氧化还原反应。推而广之，对所有的电池来说，其实都是氧化还原反应的分解与组合，因此掌握氧化还原反应的原理是掌握原电池反应的前提。 问题与讨论： 1.为什么氧化还原反应是构成原电池的反应基础？试分析之。 2.你知道干电池中的浆糊的作用吗？试分析干电池中离子的移动方向。化学电源在我们日常生活中不可或缺，了解原电池的原理，对于化学电源的使用、维护和废品处理都有现实的指导意义。自学导引1.电化学是_的科学。从_与_的关系来区分，电化学反应过程（及其装置）可以分为两类：_和_。答案:研究化学能与电能相互转换的装置 过程 效率产生电流的反应 借助电流而发生的反应2.原电池的工作原理（以锌铜原电池为例，教材图41）:zn为_极,cu为_;负极上发生_反应,电极反应式为_，正极上发生_反应,电极反应式为_;电子流出的极是_极，电子流入的极是_极；电流方向_。盐桥中的盐溶液是_溶液，其作用为_。盐桥中的_会移向znso4溶液，_移向cuso4溶液，使znso4溶液和cuso4溶液均保持电中性。该原电池工作一段时间后，两电极的质量将会_。答案:负 正 氧化 zn-2e-=zn2+ 还原 2h+2e-=h2 负 正 铜锌 电解质kcl使两个烧杯中的溶液连成一个通路 cl- k+ 锌极减少，铜极增加3.原电池是把_能转化为_能的装置。原电池原理是把_，还原剂在_极上失去电子发生_反应，电子通过导线流向极，氧化剂在_极上得到电子发生_反应。构成原电池满足的四个条件：_；_；_；_。答案:（1）化学 电 氧化还原反应设计在正负两极发生 负 氧化 正 正 还原（2）有活泼性不同的两电极电解质溶液构成闭合回路能够自发进行的氧化还原反应疑难剖析一、原电池原理 原电池装置的构成条件：有活泼性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路。只有这三个条件同时具备才有可能产生原电池电流。【例1】 下图中的装置能组成原电池产生电流的是（ ）解析：a中两个电极相同，d中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池。b符合原电池的三个条件，且zn能与h2so4溶液反应，两电极发生的反应分别是：zn-2e-=zn2+，2h+2e-=h2。c中酒精不是电解质，故不是原电池。答案：b【例2】根据右图所示的装置回答下列问题：（1）铁片与铜片不用导线连接，有何现象发生？写出反应的化学方程式。（2）用导线把金属片连接起来，现象有什么不同？用最恰当的化学方程式表示发生的反应。解析：第（1）种情况，铜片不起作用，铁与h+反应，但速率较小，铁片越纯，表面越光滑，反应速率越小。第（2）种情况，用导线连接后构成了原电池，正极产生氢气，所以气泡从铜片表面逸出。原电池的形成使电子得以顺利转移，h+在cu表面得到电子比在铁表面容易得多，所以反应速率增大，氢气逸出速率增大，铁的溶解速率也增大。答案：（1）铁片与铜片不用导线连接，则铁片表面有气泡产生，但速率较慢。fe+h2so4=feso4+h2（2）气泡不从铁片表面而是从铜片表面逸出；产生氢气的速率明显加大。电极反应式：负极：fe-2e-=fe2+正极：2h+2e-=h2友情提示:从这里可以得到启发，若要加快铁片和酸的反应速率，可用铜片与之接触或加少量cuso4溶液使铁从局部置换出铜，形成原电池。同样，在制备氢气的实验中，为加速锌与酸反应制取氢气的速率，可以在酸中加少量cuso4溶液，以使锌与cuso4溶液局部置换出的cu形成原电池，或用粗锌与酸反应形成原电池加快反应速率。二、原电池的设计与应用 常设计为能力探究题或判断题。设计原电池要满足原电池的形成条件。常用于加快化学反应速率及金属活动性判断。【例3】 选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应：2fecl3+cu=2fecl2+cucl2。画出原电池的示意图并写出电极反应。解析：根据形成原电池的3个条件，可知必须选择两个电极的材料和电解质溶液。在反应2fecl3+cu=2fecl2+cucl2中，cu是被氧化的，应该是原电池负极上发生的反应，cu作负极材料最适宜，而正极只须选活泼性比cu弱的金属或非金属电极即可，可选择石墨电极。fe3+在正极上被还原，所以选择fecl3溶液作电解液，如右图所示。答案：原电池设计如右图所示。负极：cu-2e-=cu2+正极：2fe3+2e-=2fe2+总反应:cu+2fe3+=cu2+2fe2+友情提示:原电池装置是该装置必须能自发地发生氧化还原反应。所以对装置的正、负极材料选择必须要注意该材料在装置中作什么电极，这样才能作出正确的选择。【例4】 x、y、z、w四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。x、y相连时，x为负极；z、w相连时，电流方向是wz；x、z相连时，z极上产生大量气泡；w、y相连时，w极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动顺序是（ ）a.xzwy b.zxywc.wxyz d.ywzx解析：在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属作为电池的正极，得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反（物理学中规定正电荷移动的方向为电流的方向）。因此，x、y相连时，x为负极，则活泼性xy；z、w相连时，电流方向是wz，则活泼性zw；x、z相连时，z极上产生大量气泡，则活泼性xz；w、y相连时，w极发生氧化反应，则wy。综上，可以得出金属的活泼性顺序是xzwy。答案：a友情提示:根据原电池的组成判断金属活泼性强弱是原电池原理的重要应用，一定要注意：在原电池中活泼金属作负极，发生氧化反应，被腐蚀；不活泼金属作正极，发生还原反应，常被保护起来；电子移动方向是由负极流向正极，与电流的方向相反。拓展迁移拓展点一：盐桥 盐桥 将饱和的kcl或nh4no3(正、负离子迁移数几乎相等)溶液装在倒置的u形管中，跨接于两电解质溶液之间，代替两溶液的直接接触，就构成了盐桥。下面以铜锌电池为例说明盐桥的作用（见下图）：盐桥的作用 如图所示，在盐桥的饱和kcl溶液和电池的znso4、cuso4溶液间形成了两个液体接界。kcl溶液浓度远大于电池中znso4、cuso4溶液的浓度，扩散作用主要来自kcl溶液，即kcl分别往znso4、cuso4溶液中扩散。由于k+和cl-的迁移数很相近，因此在界面上产生的液体接界电势数值很小，而且符号又常常相反，相互抵消了一部分，两个液体接界电势的和小于znso4、cuso4溶液直接接触时的接界电势。使用盐桥时，液体接界电势可降到12 mv，在一般电动势测量中，可忽略不计。若电解