第四章电化学基础第一节原电池三维目标

第四章电化学基础第一节原电池

三维目标知识与技能进一步了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应式和总反应方程式过程与方法通过原电池原理的探究活动，培养学生推理和分析问题的能力以及应用氧化还原反应原理解决问题的能力情感、态度与价值观通过一些实验和科学探究活动，使学生增强探索化学反应原理的兴趣，树立学习和研究化学的志向今天作业：《学法大视野》43-44页一.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例,教材图4－1)

Zn为负极，Cu为正极；负极上发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＝Zn2＋，正极上发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑；电子流出的极是负极，电子流入的极是正极；电流方向为铜→锌。盐桥中的盐溶液是电解质KCl溶液，其作用是使两个烧杯中的溶液连成一个通路。盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K＋会移向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，两电极的质量变化将会是锌极减少，铜极增加。实验4-1

思考题1

原电池外电路电子的流动方向和内电路阴、阳离子的移动方向是怎样的？

答案

在外电路，电子由负极流出，沿外电路流向正极；在内电路，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

二、原电池装置原电池是把化学能转化为电能的装置。原电池原理是把氧化还原反应设计在正、负两极发生，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，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。

三、构成原电池的条件：

1．有活泼性不同的两个电极；

2．有电解质溶液(单液或双液）；

3．构成闭合回路（有时用盐桥）；

4．能够自发进行的氧化还原反应。

思考题2作为原电池负极材料的物质，一定比作正极材料的物质更活泼吗？

答案

不一定。原电池的工作原理实质上是发生了氧化还原反应，只要负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，即构成了原电池，故作负极材料的物质不一定是活泼金属，不一定比作正极材料的物质更活泼。

[问题探究]

㈠、原电池正、负极的判断方法

原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法有：

1．由组成原电池两极的电极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

2．根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。

3．根据原电池的电解质溶液中离子定向移动的方向判断：在原电池的电解质溶液中，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。

4．根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应,其正极总是得电子发生还原反应。

5．依据现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极。

［特别提醒］

①Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池，Al为负极，因为Al与NaOH溶液反应失电子，Mg不与NaOH溶液反应。

②Fe(或Al)、Cu、浓HNO3构成的原电池，开始时，Cu为负极，因为Fe或Al遇浓HNO3发生钝化。

㈡、原电池的电极反应式和总反应式的书写原电池中：正极：e－流入，得到e－发生还原反应。负极：e－流出，失去e－发生氧化反应。以铜、锌和稀H2SO4组成的原电池为例：负极(Zn片)：Zn－2e－＝Zn2＋(氧化反应)正极(Cu片)：2H＋＋2e－＝H2↑(还原反应)原电池的总反应式:一般把正极和负极的电极反应式相加而得。如以上电池反应的总反应式为Zn+2H+＝Zn2++H2↑。

［特别提醒］

注意两极的得失电子数目必须相等，还要看介质是否参加反应，如负极或正极产物与电解质溶液发生离子反应。

典例导析

知识点1：构成原电池的条件

例1

下列装置有电流产生的是(

)

解析

A项中的乙醇不导电;B项中的装置不是闭合回路;C项中Fe常温下与浓H2SO4会钝化,使反应不能持续发生。

答案

D

跟踪练习1下列装置中不能够形成原电池的是(

)

答案

C

知识点2：原电池的电极反应式及总反应式的书写

例2

我国首创的以铝－空气－海水电池作为能源的新型海水标志灯，是以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。我们只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。则该电源的负极材料为_____，正极材料可为_______，正、负极反应式分别为_____________，_________________。

解析

Al、O2(空气)之间的氧化还原反应为

12e－4Al＋3O2＝2Al2O3。将该反应与原电池的原理、Al的导电性等知识进行综合分析，可知铝既是负极反应物，又是负极材料，O2是正极反应物，正极材料应该选择还原性比Al弱的导电性强的材料，如石墨等。

Al、O2的氧化反应、还原反应分别为：

Al：Al－3e－＝Al3＋

4Al－12e－＝4Al3＋

O2：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－

答案

铝；石墨；3O2＋6H2O＋12e－＝12OH－；4Al－12e－＝4Al3＋

跟踪练习2

阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池总反应为2H2＋O2＝2H2O，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式分别为：负极________________，正极____________________。若把电解质溶液改为稀H2SO4,则其电极反应式分别为：负极__________________，正极__________________。

答案

2H2－4e－＋4OH－＝4H2O；O2＋2H2O＋4e－＝4OH－；2H2－4e－＝4H＋；O2＋4e－＋4H＋＝2H2O

知识点3：原电池原理的应用

例3

有X、Y、Z、W四种金属。已知X(OH)3的碱性大于Y(OH)3，X3＋可使Z氧化，W可与热水反应产生H2，X不能与热水反应，把X的金属片插入稀H2SO4中，让金属丝Z与X接触，X的溶解速率加快，则这四种金属活动性强弱的关系一定是(

)

A．X>YB．Z>Y

C．W>Z D．Z>X

解析

X(OH)3的碱性大于Y(OH)3，没有提到主族元素最高价氧化物对应的水化物，所以不能确定X、Y活动性的大小，X3＋可使Z氧化不能确定X、Z的金属性大小，如

Mg+2Fe3＋＝2Fe2＋+Mg2＋Cu+2Fe3＋＝3Fe2＋+Cu2＋

W