人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第一节 原电池导学案

这是一份人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第一节 原电池导学案，共11页。学案主要包含了原电池的工作原理，原电池原理的应用等内容，欢迎下载使用。
原电池1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。2.学会判断原电池的正、负极。3.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。一、原电池的工作原理1．理清氧化还原反应的两条线索 (1)还原剂―→_失__电子―→元素化合价_升高____―→被_氧化___―→发生_氧化____反应。 (2)氧化剂―→_得__电子―→元素化合价_降低____―→被_还原__―→发生__还原___反应。2．原电池是将__化学能_____转化为__电能___的装置，原电池内发生的反应属于__氧化还原反应___。(2)电子流动方向和电流方向 ①外电路：电子由_Zn__电极经过导线流向_Cu__电极，电流由_Cu_电极流向_Zn__电极。 ②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。3．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，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是④⑥⑦。(1)分析下图所示原电池装置并填空。原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑议一议：1.(1)写出右图装置中电极反应式和总反应式。 答案　负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu (2)随着时间的延续，电流表的指针偏转角度逐渐减小，最终没有电流通过，为什么？ 答案　由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2＋在表面直接被还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极(锌)表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流减弱。 当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止，也就无电流产生。2.  如图装置，可使原电池不断地产生电流，试分析其原理。 答案　①当有盐桥存在时，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；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，被还原成为金属铜并沉积在铜片上；随着反应的进行，左边烧杯的溶液中c(Zn2＋)增大，右边烧杯的溶液中c(Cu2＋)减小。同时，盐桥中的Cl－会移向1.盐桥的作用：(1)盐桥中通常装有含有琼脂的KCl饱和溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大限度地将化学能转化为电能。2.原电池的闭合回路特别提醒：原电池装置图画法“三要素”(1)标出电极材料和名称；(2)画出电解质溶液并标名称；(3)形成闭合回路。3.判断原电池的正负极。根据要求填写下列表格。判断依据负极正极电极材料活动性较强的金属活动性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液
中离子定向
流动方向 阴离子移向的电极 阳离子移向的电极电流方向电流流入极电流流出极与电解质溶液能否发生反应能自发发生氧化还原反应的金属不能自发发生氧化还原反应的金属(非金属)反应现象电极溶解电极增重或有气泡放出二、原电池原理的应用1.利用原电池原理，可以加快化学反应的进行，原因是氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。如实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。2.归纳总结一般电极反应式的书写方法 (1)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。 (2)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H＋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。 (3)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。3.已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。知识点一：1．原电池电极反应式的书写例1．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成 一个原电池，回答下列问题。 (1)正极________(填名称，下同)发生________反应，电极反应式______________________________________。 (2)负极________，发生_______________________反应，电极反应式___________________________________。(3)电池总反应式__________________________________。答案　(1)铁　还原　4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑(2)硅　氧化　Si＋6OH－－4e－===SiO32－＋3H2O(3)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑知识点二：原电池的设计例2．依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。 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，发生的电极反应式为________；X电极上发生的电极反应式为__________。 (3)外电路中的电子是从________极流向________极。解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。答案　(1)Cu　AgNO3溶液(2)正　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋(3)负(Cu)　正(Ag) 【基础演练】1．将纯锌片和纯铜片按下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pH均增大D．产生气泡的速率甲比乙慢答案　C2．分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是(　　)A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极B．(2)中Mg作正极，电极反应式为：6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．(3)中Fe作电池负极D．(4)中Cu作正极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑答案　B3．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。以下有关该原电池的叙述正确的是              (　　)①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　②正极反应为Ag＋＋e－===Ag　③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作　④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②              B．②③               C．②④                D．③④答案　C4. ．(1)向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系基本正确的是(　　)(2)甲、乙两个烧杯中盛有等体积等浓度的两份稀H2SO4，分别加入足量的锌粒，要保证产生H2的量不变而使甲烧杯中的反应速率减慢、乙烧杯中的反应速率加快，可向甲烧杯中加入的一种盐是________(写化学式，下同)，向乙烧杯中加入的一种盐是________。答案　(1)A　(2)CH3COONa(或HCOOK等)　CuSO4(或CuCl2等)【巩固提高】5．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C极质量增加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式是________。(2)装置乙中正极的电极反应式是________。(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________。答案　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu    (3)变大　(4)D＞A＞B＞C6.(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：____________；负极反应式：____________；总反应方程式：________________。(2)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，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。①Zn发生______反应，是___极，电极反应式是_____。②Ag2O发生____反应，是___极，电极反应式是_____。答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋；Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(2)①氧化　负　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2   ②还原　正　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－7.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。(1)原电池的负极反应式为_________________________，正极反应式为_________________________________。(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)。答案　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑(2)由Cu极流向Zn极(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol·L－11.．下列各变化中属于原电池反应的是(　　)A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层B.镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化C.红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层D.浓HNO3比稀HNO3更能氧化金属铜答案:BMain Document Only.．对右图所示装置的叙述，正确的是(　　)A．Cu是负极， Cu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答案:D3.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:C4.在铜—锌—硫酸构成的原电池中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是 (　　)①锌片溶解32.5 g　②锌片增重32.5 g　③铜片上析出1 g H2　④铜片上析出1 mol H2A．①③     B．①④     C．②③     D．②④答案　A5.如下图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是(　　)A.a中铁钉附近呈现红色B.b中铁钉上发生还原反应C.a中铜丝上发生氧化反应D.b中铝条附近有气泡产生答案:B[来源:学科网ZXX6．(2014·郑州质检)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇­氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法中错误的是(　　)A．负极的电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2B．工作时电极b作正极，O2－由电极a向电极b移动C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极bD．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高答案　B7．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。例如，2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可以写成：氧化反应：Cu－2e－===Cu2＋；还原反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。请回答下列问题：(1)根据以上信息将反应3NO2＋H2O===2H＋＋2NO3－＋NO拆分为两个“半反应式”：氧化反应式：______________________________________________________；还原反应式：_____________________________________________________。(2)已知某一反应的“半反应式”为CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O；O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则总反应式为_________________________________。答案　(1)2NO2＋2H2O－2e－===2NO3－＋4H＋        NO2＋2H＋＋2e－===NO＋H2O(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O8.(1)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　　　　。 A.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH>0B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH<0C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH<0D.CaCO3(s)+2HCl(aq)CaCl2(aq)+H2O(l)+CO2(g)　ΔH<0E.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0(2)有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀。将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中,D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断A、B、C、D的活动性由强到弱的顺序是　　　　。 答案:(1)CE　(2)D>A>B>C__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．下列说法正确的是  (　　)A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应B．原电池中，电流的方向是负极—导线—正极C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极答案　D2．电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液。电池总反应式为：Zn＋Ag2O=ZnO＋2Ag, 下列说法错误的是(     )A．该电池的正极是Zn，负极是Ag2OB．该电池负极的电极反应式为：Zn＋2OH——2e—=ZnO＋H2OC．理论上该电池工作一段时间后，溶液中KOH的浓度不变D．该电池工作时，电解质中的阴离子向负极移动[来源答案  A　3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)  Zn(OH)2 (s)＋Mn2O3(s)下列说法错误的是(     )A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e—=Mn2O3(s)＋2OH—(aq)C．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 gD．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极答案　D4.(2012·大纲全国理综,11)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)A.①③②④ B.①③④②C.③④②① D.③①②④答案:B5.按右图所示，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察（设水不蒸发）(1）若试管中液面上升，发生的是                     腐蚀电极反应式为                                          。(2）若试管中液面下降，发生的是                      腐蚀，电极反应式为                                          。答案　(1）吸氧；正极：2H2O + O2 + 4e–= 4OH-，负极：2Fe – 4e–= 4Fe2+； (2）析氢；正极：2H+ + 2e– = H2↑，    负极：Fe – 2e– = Fe2+  6．某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果：分析上述实验，回答下列问题：(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。(2)实验6中电子由B极流向A极，表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。(3)实验5表明________。A．铜在潮湿空气中不会被腐蚀B．铜的腐蚀是自发进行的(4)分析上表有关信息，下列说法不正确的是________。A．相对活泼的金属一定作负极B．失去电子的电极是负极C．烧杯中的液体必须是电解质溶液D．原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属导体)答案　(1)B　A　(2)铝　(3)B　(4)A