高中化學(xué)4.1原電池知識(shí)導(dǎo)學(xué)素材新人教版.docx

第一節(jié) 原電池案例探究 你知道干電池提供的電能是由什么能轉(zhuǎn)化而來(lái)的嗎？ 干電池是由一金屬鋅外殼和內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)NH4Cl、MnO2和少量漿糊組成的，中間有一根碳棒。鋅為電池負(fù)極，碳棒作電池正極。當(dāng)把鋅外殼和碳棒用導(dǎo)體連接起來(lái)，構(gòu)成了閉合回路，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+，正極：2+2MnO2+2e-=2NH3+Mn2O3+H2O。電池反應(yīng)為：2+2MnO2+Zn=2NH3+Zn2+Mn2O3+H2O。這樣，貯存在金屬鋅和NH4Cl中的化學(xué)能就轉(zhuǎn)化成電能釋放出來(lái)。從正、負(fù)極的變化，Zn、Mn兩種元素都存在化合價(jià)的變化，可看作發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。推而廣之，對(duì)所有的電池來(lái)說(shuō)，其實(shí)都是氧化還原反應(yīng)的分解與組合，因此掌握氧化還原反應(yīng)的原理是掌握原電池反應(yīng)的前提。 問(wèn)題與討論： 1.為什么氧化還原反應(yīng)是構(gòu)成原電池的反應(yīng)基礎(chǔ)？試分析之。 2.你知道干電池中的漿糊的作用嗎？試分析干電池中離子的移動(dòng)方向?；瘜W(xué)電源在我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉保私庠姵氐脑?，?duì)于化學(xué)電源的使用、維護(hù)和廢品處理都有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。自學(xué)導(dǎo)引1.電化學(xué)是_的科學(xué)。從_與_的關(guān)系來(lái)區(qū)分，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（及其裝置）可以分為兩類：_和_。答案:研究化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置 過(guò)程 效率產(chǎn)生電流的反應(yīng) 借助電流而發(fā)生的反應(yīng)2.原電池的工作原理（以鋅銅原電池為例，教材圖41）:Zn為_極,Cu為_;負(fù)極上發(fā)生_反應(yīng),電極反應(yīng)式為_，正極上發(fā)生_反應(yīng),電極反應(yīng)式為_;電子流出的極是_極，電子流入的極是_極；電流方向_。鹽橋中的鹽溶液是_溶液，其作用為_。鹽橋中的_會(huì)移向ZnSO4溶液，_移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持電中性。該原電池工作一段時(shí)間后，兩電極的質(zhì)量將會(huì)_。答案:負(fù) 正 氧化 Zn-2e-=Zn2+ 還原 2H+2e-=H2 負(fù) 正 銅鋅 電解質(zhì)KCl使兩個(gè)燒杯中的溶液連成一個(gè)通路 Cl- K+ 鋅極減少，銅極增加3.原電池是把_能轉(zhuǎn)化為_能的裝置。原電池原理是把_，還原劑在_極上失去電子發(fā)生_反應(yīng)，電子通過(guò)導(dǎo)線流向極，氧化劑在_極上得到電子發(fā)生_反應(yīng)。構(gòu)成原電池滿足的四個(gè)條件：_；_；_；_。答案:（1）化學(xué) 電 氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)在正負(fù)兩極發(fā)生 負(fù) 氧化 正 正 還原（2）有活潑性不同的兩電極電解質(zhì)溶液構(gòu)成閉合回路能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)疑難剖析一、原電池原理 原電池裝置的構(gòu)成條件：有活潑性不同的電極；電解質(zhì)溶液；形成閉合回路。只有這三個(gè)條件同時(shí)具備才有可能產(chǎn)生原電池電流?！纠?】 下圖中的裝置能組成原電池產(chǎn)生電流的是（ ）解析：A中兩個(gè)電極相同，D中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池。B符合原電池的三個(gè)條件，且Zn能與H2SO4溶液反應(yīng)，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是：Zn-2e-=Zn2+，2H+2e-=H2。C中酒精不是電解質(zhì)，故不是原電池。答案：B【例2】根據(jù)右圖所示的裝置回答下列問(wèn)題：（1）鐵片與銅片不用導(dǎo)線連接，有何現(xiàn)象發(fā)生？寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。（2）用導(dǎo)線把金屬片連接起來(lái)，現(xiàn)象有什么不同？用最恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方程式表示發(fā)生的反應(yīng)。解析：第（1）種情況，銅片不起作用，鐵與H+反應(yīng)，但速率較小，鐵片越純，表面越光滑，反應(yīng)速率越小。第（2）種情況，用導(dǎo)線連接后構(gòu)成了原電池，正極產(chǎn)生氫氣，所以氣泡從銅片表面逸出。原電池的形成使電子得以順利轉(zhuǎn)移，H+在Cu表面得到電子比在鐵表面容易得多，所以反應(yīng)速率增大，氫氣逸出速率增大，鐵的溶解速率也增大。答案：（1）鐵片與銅片不用導(dǎo)線連接，則鐵片表面有氣泡產(chǎn)生，但速率較慢。Fe+H2SO4=FeSO4+H2（2）氣泡不從鐵片表面而是從銅片表面逸出；產(chǎn)生氫氣的速率明顯加大。電極反應(yīng)式：負(fù)極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H+2e-=H2友情提示:從這里可以得到啟發(fā)，若要加快鐵片和酸的反應(yīng)速率，可用銅片與之接觸或加少量CuSO4溶液使鐵從局部置換出銅，形成原電池。同樣，在制備氫氣的實(shí)驗(yàn)中，為加速鋅與酸反應(yīng)制取氫氣的速率，可以在酸中加少量CuSO4溶液，以使鋅與CuSO4溶液局部置換出的Cu形成原電池，或用粗鋅與酸反應(yīng)形成原電池加快反應(yīng)速率。二、原電池的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 常設(shè)計(jì)為能力探究題或判斷題。設(shè)計(jì)原電池要滿足原電池的形成條件。常用于加快化學(xué)反應(yīng)速率及金屬活動(dòng)性判斷。【例3】 選擇適宜的材料和試劑設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，以便完成下列反應(yīng)：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。畫出原電池的示意圖并寫出電極反應(yīng)。解析：根據(jù)形成原電池的3個(gè)條件，可知必須選擇兩個(gè)電極的材料和電解質(zhì)溶液。在反應(yīng)2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2中，Cu是被氧化的，應(yīng)該是原電池負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)，Cu作負(fù)極材料最適宜，而正極只須選活潑性比Cu弱的金屬或非金屬電極即可，可選擇石墨電極。Fe3+在正極上被還原，所以選擇FeCl3溶液作電解液，如右圖所示。答案：原電池設(shè)計(jì)如右圖所示。負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3+2e-=2Fe2+總反應(yīng):Cu+2Fe3+=Cu2+2Fe2+友情提示:原電池裝置是該裝置必須能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。所以對(duì)裝置的正、負(fù)極材料選擇必須要注意該材料在裝置中作什么電極，這樣才能作出正確的選擇?！纠?】 X、Y、Z、W四塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷四種金屬的活動(dòng)順序是（ ）A.XZWY B.ZXYWC.WXYZ D.YWZX解析：在原電池中，活潑金屬作為電池的負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；不活潑的金屬作為電池的正極，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，與電流的方向相反（物理學(xué)中規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍?。因此，X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極，則活潑性XY；Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ，則活潑性ZW；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡，則活潑性XZ；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)，則WY。綜上，可以得出金屬的活潑性順序是XZWY。答案：A友情提示:根據(jù)原電池的組成判斷金屬活潑性強(qiáng)弱是原電池原理的重要應(yīng)用，一定要注意：在原電池中活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被腐蝕；不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，常被保護(hù)起來(lái)；電子移動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極，與電流的方向相反。拓展遷移拓展點(diǎn)一：鹽橋 鹽橋 將飽和的KCl或NH4NO3(正、負(fù)離子遷移數(shù)幾乎相等)溶液裝在倒置的U形管中，跨接于兩電解質(zhì)溶液之間，代替兩溶液的直接接觸，就構(gòu)成了鹽橋。下面以銅鋅電池為例說(shuō)明鹽橋的作用（見下圖）：鹽橋的作用 如圖所示，在鹽橋的飽和KCl溶液和電池的ZnSO4、CuSO4溶液間形成了兩個(gè)液體接界。KCl溶液濃度遠(yuǎn)大于電池中ZnSO4、CuSO4溶液的濃度，擴(kuò)散作用主要來(lái)自KCl溶液，即KCl分別往ZnSO4、CuSO4溶液中擴(kuò)散。由于K+和Cl-的遷移數(shù)很相近，因此在界面上產(chǎn)生的液體接界電勢(shì)數(shù)值很小，而且符號(hào)又常常相反，相互抵消了一部分，兩個(gè)液體接界電勢(shì)的和小于ZnSO4、CuSO4溶液直接接觸時(shí)的接界電勢(shì)。使用鹽橋時(shí)，液體接界電勢(shì)可降到12 mV，在一般電動(dòng)勢(shì)測(cè)量中，可忽略不計(jì)。若電