逍遥学能 2013-03-03 00:35
4.1 原电池 学案（人教版选修4）
[学习目标] 1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.掌握构成原电池的条。3.能设计原电池装置。
[重点•难点] 电极反应和电池反应方程式的书写。
1．原电池原理
(1)概念：利用______________反应原理将________能转化为____能的装置。
(2)原电池工作原理(以锌铜原电池为例)
装置
示意图
现象锌片________________，铜片上有____________，电流表指针发生________
电极Zn电极Cu电极
电极名称
得失电子失电子得电子
电子流向
反应类型
电极反
应式
总反应式
2.原电池形成的条
(1)两个________不同的电极(材料可以是金属或非金属)
负极：活泼性____，________电子发生氧化反应。
正极：活泼性____，________电子发生还原反应。
(2)电极均插入________________中。
(3)构成________________。
(4)能自发地发生的________________反应。
3．下列装置中，属于原电池的是( )
4．关于下图装置的叙述，正确的是( )
A．铜是阳极，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
D．氢离子在铜片表面被还原后生成H2
5．理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应该注意以下几方面。
(1)外电路
负极(________________的物质)??→e－导线正极
(2)内电路
将两极浸入________________溶液中，使正、负离子作________________。
(3)闭合电路
一、原电池的正负极的判断方法
1．由组成原电池的两极材料判断
较活泼的金属为____极，较不活泼的金属或能导电的非金属为____极。
2．根据电流方向或电子流向判断
外电路中，电流由____极流向____极，电子由____极流向____极。
3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中，阳离子移向____极，阴离子移向____极。
4．根据原电池中两极发生的反应判断
原电池中，负极总是发生________反应，正极总是发生________反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降判断。
5．根据电极质量的变化判断
原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为____极；
反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为____极。
6．根据电极上有气泡产生判断
原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为____极。
7．根据某电极(X)附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为____极。
思考：镁—铝电极在稀H2SO4中构成原电池时，正、负极材料分别是什么？若将电解质溶液改为NaOH溶液，正、负极材料又分别是什么？分别写出两种溶液中的电极反应。
典例1 将纯锌片和纯铜片按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
听记录：
变式训练1 (1)若例1中甲装置的电极分别为铁、铜，电解质溶液为浓HNO3，则原电池正、负极分别是什么？
(2)利用装置乙现有材料，如何加快反应速率？
二、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。
1．基本依据
构成原电池的基本条，也是进行原电池设计的基本依据。
(1)根据电池反应写出电极反应；
(2)找出两极材料(电极材料)；
(3)找出电解质溶液；
(4)形成闭合回路。
2．电解质溶液及电极材料的选择
(1)电解质溶液的选择
电解质是使____极放电的物质，因此电解质溶液一般要能与____极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与____极发生反应。
(2)电极材料的选择
在原电池中，选择还原性较强的金属作____极，易导电且比____极材料活动性弱的物质作____极。
3．设计思路
设计思路实例
以自发的氧化还原反应为基础Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(__极)：______
还原反应(__极)：______
以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液负极材料：__
正极材料：________
电解质溶液：____
画出示意图
典例2 利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，设计一个原电池，在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为______，电极反应式为
________________________________________________________________________；
负极为________，电极反应式为
________________________________________________________________________。
听记录：
变式训练2 对于如图所示的原电池，对其中的电解质溶液有以下猜想：
猜想一：必须是能与负极发生反应的电解质。
猜想二：任意的电解质溶液均可在如图装置中构成原电池。
(1)为了证明猜想是正确的，请配齐实验用品：锌片、铜片、导线、检流计、稀硫酸、__________。
(2)你应该做怎样的简单操作
________________________________________________________________________。
若______________，则说明猜想二是正确的。
(3)该电池的电流方向为：
________________________________________________________________________。
三、电极反应和电池反应的书写方法
1．书写原则
(1)遵守质量守恒和电荷守恒。
(2)正、负极的电极反应式通过加合消去电子即为电池反应式。
(3)弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。
2．书写方法
(1)根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质。
①题目给定总反应式：分析有关元素的化合价变化情况，化合价升高的物质发生氧化反应即负极反应；化合价降低的物质发生还原反应即正极反应。
②题目给定图示装置：先确定正、负极，再根据正、负极反应规律书写电极反应式。
(2)注意电解质溶液的成分及其对正、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。
典例3 写出下表中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)铁铜硫酸
(2)铜银硝酸银
(1)正极反应
________________________________________________________________________；
负极反应
________________________________________________________________________；
总反应方程式
________________________________________________________________________。
(2)正极反应
________________________________________________________________________；
负极反应
________________________________________________________________________；
总反应方程式
________________________________________________________________________。
听记录：
变式训练3 由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。
(1)原电池的负极反应是
________________________________________________________________________，
正极反应是
________________________________________________________________________。
(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，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)。
前准备区
1．(1)氧化还原 化学 电 (2)逐渐溶解 红色物质沉积 偏转 负极 正极 流出 流入 氧化反应 还原反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
2．(1)活泼性 强 失去 弱 得到 (2)电解质溶液 (3)闭合回路 (4)氧化还原
3．D [利用组成原电池的条分析：A项两电极相同；B项酒精为非电解质；C项缺少盐桥；E项有外加电，只有D项符合。]
4．D [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，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2；原电池只分正、负极，不用阴、阳极表示，电流与电子流向相反。]
5．(1)还原性较强 (2)电解质 定向移动 (3)负极 正极
堂活动区
一、
1．负 正 2.正 负 负 正 3.正
负 4.氧化 还原 5.正 负 6.正
7．正
思考：在稀硫酸溶液中，正极为Al，负极为g，
电极反应为：
正极：2H＋＋2e－===H2↑
负极：g－2e－===g2＋
在NaOH溶液中，正极为g，负极为Al，
电极反应为：
正极：6H＋＋6e－===3H2↑
负极：2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O
典例1 C [由题目中所给图示可知，甲中形成闭合回路，符合形成原电池的条。其中铜的活泼性不如锌强，故铜作正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑；乙不能构成闭合回路，不能形成原电池，只在锌片上发生反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，由于两者都消耗H＋，故溶液的pH都增大。由于原电池的形成，故甲的反应速率比乙快。]
变式训练1 (1)Cu为负极，Fe为正极。
(2)让锌片与铜片接触，形成原电池。
二、
2．(1)负 负 负 (2)负 负 正
3．负 Zn－2e－===Zn2＋ 正 2H＋＋2e－===H2↑ Zn 石墨或比锌活泼性差的金属 稀硫酸
典例2 实验装置图如图：
Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu Cu－2e－===Cu2＋
解析 根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu－2e－===Cu2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3＋的材料如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3＋的电解质溶液，如FeCl3溶液等。
变式训练2 (1)NaCl溶液(或其他电解质溶液)
(2)将稀H2SO4换成NaCl溶液 检流计指针发生偏转
(3)从铜片流向锌片
典例3 (1)2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
(2)2Ag＋＋2e－===2Ag
Cu－2e－===Cu2＋
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
解析 负极失电子，发生氧化反应，正极得电子，发生还原反应，根据活泼性，(1)中铁作负极，(2)中铜作负极。
变式训练3 (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－1
解析 产生0.075 mol H2，通过0.075 mol×2＝0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)＝0.075 mol×65 g•mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝0.075 mol×20.2 L＝0.75 mol•L－1。
参考答案