高中化学专题1第二单元第1课时原电池的工作原理学案苏教版选修4

1、第二单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理学习目标定位1.以铜锌原电池为例， 熟悉原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正 极和负极。3.学会原电池电极反应式的书写方法。知识,回顾区谢效哲志溯源指貌方可知新1 .原电池是借助氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。分析下图所示原电池装置并填 空。电帙名称：货破电梭反应类型： 泉化反应电横反应式:电极名称：Jk-fet屯植反应类型,还原反应电嵌反应式，.2H> + 2c-H?原电池总反应式： Zn+ 2HI =Zr2 + H2 T2 .原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中,且能自发地

2、发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是A9萋里自学芭安重点互动律究学习探究区探究点一原电池的工作原理1 .按图所示装置，完成实验并回答下列问题:弼片CuSO.溶液(1)有关的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO溶液颜色变浅。电流计的指针发生偏转,该装置中的能量变化是化学能转化为电能。(2)电子流动方向和电流方向外电路：电子由锌曳极经过导线流向铜电瓦 电流由铜电极通向锌电极。内电路：锌失电子，阴离子移向负极；铜离子得电子，阳离子移向正极。(3)电极反应负极反应式是 Zn- 2e =Zr2+;正极反应式是Cu2 + 2e =C<4电池反应式是 Zn + Cu=Zri+ + Cu

3、。(4)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有Cu"直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。2 .按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题：就析成分:饱和醇液 的琼脂(1)实验过程中，你能观察到的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮；电流计指针发生偏转；CuSQ溶液的颜色变浅。(2)用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高(或无变化);由此可说明 CuSO溶液中的CiT不能移向锌片得电子被还原。(3)离子移动方向硫酸锌溶液中：zn21向盐桥移动；硫酸铜溶液中：CiT向铜极移动;盐桥中：途移向正极区(CuSQ溶液)，C移向负极区(ZnSO4溶?夜)

4、。(4)若取出装置中的盐桥，电流计的指针是否还会发生偏转？为什么？答案 不偏转。如果要使电流计指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路，若取出盐桥, 很显然该装置未构成闭合回路，电流计指针不会发生偏转。3 .实验结论：与题1中的原电池装置相比较，题 2中双液原电池具有的特点是 (1)具有盐桥。取下盐桥，无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行。(2)两个半电池完全隔开，Cu"无法移向锌片，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。归纳总结(1)原电池原理是把氧化反应和还原反应分开进行,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,电子通过导线流向正极，氧化剂在正

5、极上得到电子发生还原反应。(2)原电池电极及电极反应特点电极被氧化,发负极为电子流出极,相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，生氧化反应。正极为电子流入极, 相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体,一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。原电池的设计从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。电解质溶液：一般能与负极反应,或者溶解在溶液中的物质（如Q）与负极反应。电极材料：一般较活泼的金属作负极且不活泼的金属或非金属导体作正极。活学活用1 .用铜片、银片、Cu（NO）2溶液、AgNO溶液

6、、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 AgNO溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.B . C . D .答案 C解析 铜片、银片、Cu（NQ）2溶液、AgNO溶液、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：Cu 2e =C12+ ,正极：2Ag + 2e =2A（j盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反， 因此C正确。2 .利用反应Cu+ 2

7、FeCl3=CuC2+2FeCl2设计一个原电池， 正极为Pt（或C）,电极反应式为 2Fe3+ +2e =2Fe+ ;负极为Clj,电极反应式为 Cu- 2e =Cij+ ;电解质溶液是 FeCk溶液3 探究点二原电池的电极判断及电极反应式的书写1.原电池电极（正极、负极）的判断依据有多种。试填写下表：判断依据正极负极电极材料不活泼金属或非金属导体活泼金属电子流向电子流入电子流出电极反应还原反应氧化反应电极现象电极增重或产生气体电极减轻2.写出下表中原电池装置的电极反应和总的化学反应方程式:负极材料正极材料电解质溶液(1)铁铜稀硫酸(2)铜银硝酸银（1）正极反应负极反应;总反应方程式。(2)

8、正极反应 ;负极反应 ;总反应方程式。答案 (1)2H + + 2e =HIT Fe2e =F(2+Fe+ H2SQ=FeSO+ HkT(2)2Ag + + 2e =2Ag Cu 2e =CuCu+ 2AgNO=Cu(NO 2+ 2Ag解析 负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。根据活泼性，(1)中铁作负极，(2)中铜作负极。3.有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O,以KOH溶液为电解质溶液，电池的反应方程式为 Zn+ Ag2O)+ H2O=2AgF Zn(OH)2。(1)Zn发生氧化反应,是负跑 电极反应式是Zn- 2e + 2OH =Zn(OH»。(2)Ag

9、 2O发生还原反应,是正直，电极反应式是Ag2a 2e + HkO=2Agb 2OH。归纳总结(1) 一般电极反应式的书写方法定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找 出得失电子的数量。看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的4应让其结合 OH生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、 得失电子守恒等加以配 平。两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。(2)已知总反应式，书写电极反应式分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。根据质量守恒配平电极反应

10、式。|复杂电极反应式 =|总反应式 简单的电极反应式。3.如图所示，X为单质硅,Y为金属铁，a为NaOHB液，组装成一个原电活学活用池，下列说法正确的是()A. X为负极，电极反应式为 Si - 4e =Si4B. X为正极，电极反应式为 4HO+ 4e =4OH+2HzTC. X为负极，电极反应式为Si +6ON 4e =SiO + 3HaOD. Y为负极，电极反应式为 Fe2e =Fe答案 C解析 先由氧化还原反应确定正极和负极，再根据反应物和产物确定电极反应式。硅、铁、 NaOH组成原电池时， Si 为负极：Si -4e +6OF-I =Sic3 + 3HzO;铁为正极：4H.0+ 4e

11、 =40H+2H4;电池反应方程式：Si +2NaOHF H2O=NaSiO3+2HT。自我检测区1.关于原电池的叙述中正确的是（）A.构成原电池的两极必须是两种不同金属B.原电池是将化学能转化为电能的装置C.原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原答案 B2 .下图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下：K 片壮。.力12.01 20实骗后的记录二口 Zn才正极，匚u为做横IL向我槌棒动电子徒动方向为Zn *Cu®Cu慢有产生©若有】mH电£流揖等线.财产 十的Hi

12、为。.3 ni41确正横反应式！ Eu %一£4卡片上的描述合理的是（）A.B .C ,D .答案 BX、丫相连时，XW 丫相连时，3 . X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。为负极；Z、愀目连时，电流方向是 WZ; X、Z相连时，Z极上产生大量气泡;W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是（）A. X>Z>W>Y B. Z>X>Y>WC. X>Y>Z>W D. Y>W>Z>X答案 A解析 在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原

13、电池的正极，阳离子或氧气等在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。因此， 又Y相连时，X为负极，则活动性 X>Y; Z、恸目连 时，电流方向是 wZ,则活动性Z>vy X、z相连时，z极上产生大量气泡，则活动性x>z；W 丫相连时，W极发生氧化反应，则活动性W>Y综上所述，可以得出金属的活动性顺序：X>Z>W>Y故正确答案为 A。4 . (1)将Al片和Cu片用导线相连，插入稀 H2SQ中组成原电池，写出电极名称及电极反应 式：Al 片() ,Cu 片() 。(2)若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO中能否组成原电

14、池？ (填“能”或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al 片( ) , Cu 片( ) 。答案 (1)负极 2Al 6e =2Al3+(或 Al 3e =Al3+) 正极 6HI+ 6e =3H2 T (或 2HI+ + 2e =h2 T )(2)能 正极 2NQ + 44 + 2e =2NOT + 2H2O 负极 Cu- 2e =Cu解析(1)Al片和Cu片用导线相连，插入稀 HSQ中时，Al比Cu活泼，Al为负极，失电子 3.、上、.一 被氧化为Al , Cu为正极，溶液中的 H得电子被还原为 H2o (2)Al片和Cu片用导线相连， 插入浓HNO中时，由于铝钝化，不能

15、溶解，Al为正极，Cu为负极，Cu失电子被氧化为 Clj基础过关一、原电池工作原理的应用1.关于右图装置的叙述，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金加导线稀碳酸D.氢离子在铜片表面被还原后生成H2答案 D解析 本题主要考查有关原电池的知识，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（Cu极），溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为 电池的正极，电流流向与电子流向相反。2.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（）A.外电路的电流方向为 X路外电路

16、一YB.若两电极分别为 Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC. X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y答案 DHb; Cu为原解析 由图示电子流向知 X为负极，丫为正极，则电流方向为 Yf外电路一 X,故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为铁，丫为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应， C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性X>Y3 .如图所示装置中，可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 （）答案 CMNPA锌铜稀硫酸溶液B铜

17、锌稀盐酸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项，由M棒变粗，可知 B项不正确。4 .按下图装置实验，若x轴表示流出负极的电子的物质的量，则y轴应表不（k1JAgNC.,溶油电子的物质 x的量加川c(Ag+)c(NQ)a棒的质量 b棒的质量溶液的质量A.B . C . D .答案 D解析 在这个原电池中，负极：Fe2e =Fe ,正极：Ag + e =Ag使b棒增重，溶液中c（NO3）不变。二、原电池正极、负极的判断5 .对于原电池的电极名称，叙述错误的是（）A.发生氧化反应的一极为负极B.正极为电子流入的一

18、极C.比较不活泼的金属为负极D.电流流出的一极为正极答案 C解析原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属（或非金属导体）为正极，发生还原反应。关于此装置的各种叙述不正6.在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒， 确的是（）禅也仙a、b与电解质溶液稀b为正极。电极反应式为：A.碳棒上有气体放出，溶液 pH变大 B. a是正极，b是负极 C.导线中有电子流动，电子从 a极流向b极 D. a极上发生了氧化反应 答案 B 解析 本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。电极 H2SO组成原电池。因活动性 a>b（碳棒），所以a为电池的负极， a（负）极：

19、a ne =si+（氧化反应）b（正）极：nH+ + ne-=2真个（还原反应）由于正极放电消耗溶液中c（H+）减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流计G流向b极。7.如图所示，烧杯内盛有浓 HNO,在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个 已知原电池停止工作时，Fe、Pb都有剩余。下列有关说法正确的是（A. Fe比Pb活泼，始终作负极 B. Fe在浓HNO中钝化，始终不会溶解C.电池停止工作时，烧杯中生成了Fe（NQ）3Pb是负极：Pb- 2eFe2e =f4+。D.利用浓HNO电解质溶液不符合“绿色化学”思想 答案 D 解析 开始时，电解质溶液是浓 HNQ Fe在浓HNO中钝化，所以开

20、始时 -=Pb+；随着反应的进行，浓 HNO变成稀HNO, Fe变为原电池的负极：由于最终Fe有剩余，所以不会生成Fe（NQ）3。根据Pb与浓HNO反应：Pb +4HNQ 浓尸=Pb（NQ）2 + 2NOT + 2H2。；过量的 Fe 与稀 HNO 发生反应：3Fe +8HN，稀）=3Fe（NQ）2+2NOT + 4H2。，可知反应产生了有害气体NO、NQ会污染环境，不符合“绿色化学”思想。故选 Q三、电极反应方程式的书写8.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是（）A.由Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为 Al - 3e =Al3+8 .

21、由M4 Al、NaOH（组成原电池，其负极反应式为Al -3e +4OH =AlQ+2H2OC.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Cu 2e =CijD.由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为 Cu-2e =cU+答案 C解析原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与 NaOHO（反应，而镁不能与 NaOH§液反应等。9 .锌铜原电池（如图）工作时，下列叙述正确的是 （）能桥（装行含KC1 饱和溶塘的琼揩）A.正极反应式为 Zn 2e =ZniB.电池反应式为 Zn+ Cu2 =Zr2 + CuC.在外电

22、路中，电流从负极流向正极D.盐桥中的 人移向ZnSO溶液 答案 B解析在原电池中，相对活泼的金属材料作负极，相对不活泼的金属材料作正极；负极反应式为Zn-2e =Zn ,正极反应式为 Cu2 + 2e =Cq因Zn失电子生成 Zn2 ,为使ZnSO 溶液保持电中性，盐桥中的C移向ZnSO溶液。10.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应方程式为Li + MnO=LiMnO,下列说法正确的是（ ）A. Li是正极，电极反应式为 Li - e =Li +B. Li是负极，电极反应式为 Li - e =Li +C. MnO是负极，电

23、极反应式为MnO+ e =MnOD. Li是负极，电极反应式为 Li - 2e =Li2+答案 B(0 一+ 1) , Mn 元解析 由电池反应式Li + MrQ=LiMrQ可知，Li元素在反应后化合价升高素在反应后化合价降低(+4一+ 3) oLi被氧化，在电池中作负极, 十 , MnO正极上反应，电极反应式为MnO+ e =MnO。能力提升11.由锌片、铜片和 200 mL稀H2SQ组成的原电池如图所示。(1)原电池的负极反应式是 , 正极反应式是。(2)电流的方向是。(3) 一段时间后，当在铜片上放出 1.68 L(标准状况下)气体时，电极反应式为 Li e =LiH2SQ稀 H 共Of

24、lELJ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)。答案 (1)Zn -2e =Zr2+ 2H+ + 2e =HT(2)由Cu极流向Zn极(3)4.8759.03 X 1022 0.75 mol解析 产生 0.075 mol H2,通过 0.075 molX2= 0.15 mol 电子，消耗 0.075 mol Zn 和 0.075mol H2SC4o 所以 n(Zn) =0.075 mol x 65 g - mol 1 = 4.875 gN(e ) = 0.15 mol X6.02 X 10 23 mol 1 = 9.03

25、 X 10 220.075 mol X 2c(H2SQ)=0.75 mol12 .依据氧化还原反应：2Ag+ (aq) + Cu(s)=2Ag(s) + Cif+(aq)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)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 ; 外电路中的电子是从 电极流向 电极。答案 (1)Cu AgNO溶液(2)正 2Ag + 2e =2Ag或(Ag + e =Ag)Cu 2e =Cu(3)Cu(负)Ag(正)解析 该原电池的电池总反应式为 2Ag (aq) + Cu(s)=2Ag(s) + Cu2+ (a

26、q),由此可知X极是 铜，作负极，银作正极，丫应是AgNO溶液。电子从原电池的负极经导线流向正极，即从铜电极流向银电极。13 .已知可逆反应：AsC4 +2I +2hl+AsO3 + I 2+ H2O0I.如下图所示，若向 B中逐滴加入浓盐酸，发现电流计指针偏转。三王.NbnQ, 三变 Nfl.AsO.n .若改用向B中滴加40%勺NaO聆液，发现电流计指针与I中偏转方向相反。试回答问题：(1)两次操作中电流计指针为什么会发生偏转？ (2)两次操作过程中电流计指针偏转方向为什么相反？(3)操作中，G棒上的反应为 。(4)操作H中，C2棒上的反应为 。答案(1)两次操作中均发生原电池反应，所以电

27、流计指针均发生偏转(2)两次操作中，电极相反，电子流向相反，因而电流计指针偏转方向相反2I 2e =I2(4)AsO 3 + 2OH 2e =AsO + hkO解析(1)滴入浓盐酸，溶液中c(H + )增大，题给可逆反应平衡正向移动，失去电子变为I2,。棒上产生电子，并沿外电路流向G棒，AsOT得电子变为Asd，(2)滴加40%勺NaOH(aq),将H+中和，溶液中c(H + )减小，题给可逆反应平衡逆向移动，电子在。棒上产生，并沿外电路流向Ci棒，I2得电子变为，AsOT变为AsO,14 .现有如下两个反应：(A)NaOH+ HCl=NaCl+ H2O(B)Cu + 2Ag+ =Cu+ + 2Ag(1)根据两反应