41原電池導(dǎo)學(xué)案3

1、第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)原電池目標(biāo)要求1.理解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和 電池反應(yīng) 方程式。2. 了解半反應(yīng)、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。 3.會(huì)判斷原電池的正、 負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。、原電池1. 原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2. 實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)。即 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3. 簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成條件：活潑性不同的兩個(gè)電極，電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進(jìn)行 的氧化還原反應(yīng)。二、原電池的工作原理工作原理：利用氧化還原反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,以適當(dāng)方式連 接起來(lái)，獲 得電流。以銅鋅原電池為例：1. 在Z11S04溶液中，鋅

2、片逐漸溶解,即Zn被氧化,鋅原子去電 子，形成空進(jìn)入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片；CuSO4溶液中，從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn 2e 一 =Z；銅為正極,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Ci?+2e =Cu。總反應(yīng)式為Zn+Cu 2+=Zn2+ + Cu,反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。2. 閉合回路的構(gòu)成：夕卜電路：電子從負(fù)極到正極，電流從正極到負(fù)極，內(nèi)電路：溶液中的網(wǎng)離子移向 Z11S04溶液，陽(yáng)離子移向CuS04溶 液。3.鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的 KC1飽和溶液。當(dāng)其存在時(shí)，隨著反應(yīng) 的進(jìn)行， Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zi?

3、+進(jìn)入溶液中，使Z11SO4溶液中過(guò)多， 帶正電荷。Ci?+獲得電子沉積為Cu,溶液中C+過(guò)少，SO廠過(guò)多，溶液帶負(fù) 電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時(shí)，將阻 止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在就避 免了這種情況的發(fā)生，其中 墮向Z11SO4溶液遷移，里向CuSO4溶液遷移, 分別中和過(guò)剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。知識(shí)點(diǎn)一原電池1.下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是（）答案B解析A、D項(xiàng)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 項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是 Zn -2e二Zn2+, 2H+2e =H 2 f ; C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池答

4、案DCC11SO4D解析判斷一個(gè)裝置能否構(gòu)成原電池，要看是否符合原電池的構(gòu) 成條件： 電極材料（活動(dòng)性不同的金屬、金屬與非金屬、金屬與金 屬氧化物）；電解質(zhì) 溶液；構(gòu)成閉合回路；能自發(fā)進(jìn)行的氧化 還原反應(yīng)。A裝置：由于兩個(gè)電 極是同種金屬，不能形成原電池；B裝置：酒精不是電解質(zhì)溶液，不能構(gòu)成原電 池；C裝置：沒(méi)有形成閉 合回路，不能形成原電池；D裝置：符合原電池構(gòu)成 的條件，能形成原電池。知識(shí)點(diǎn)二原電池的原理3. 將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是（）5iA. 兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生B. 甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C. 兩燒杯中溶液的pH均增大D

5、. 產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢答案C解析 因乙杯中鋅片和銅片沒(méi)有接觸，故不能構(gòu)成原電池，A、B皆錯(cuò)；因甲燒杯中Zn、Cu用導(dǎo)線連接后構(gòu)成原電池，加快了 Zn的溶解, 故D錯(cuò)；又因兩杯中的Zn都能與稀H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生死而消耗H + ,故C正 確。4. 把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可 以組 成各種原電池。A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，D上有氣泡逸出；A、 C相連時(shí)，A極減輕；B、D相連時(shí)，B為正極。則四 種金屬的活動(dòng)性順序由 大到小排列為（）A. A>B>C>DB. A>C>B>DC. A>C>D>BD. B

6、>D>C>A答案C解析 金屬組成原電池，相對(duì)活潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對(duì) 不活潑的金 屬作正極。負(fù)極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)， 有物質(zhì)析出，由題意得 活動(dòng)性A>B、A>C、C>D、D>B,故正確答案 為C。知識(shí)點(diǎn)三原電池的應(yīng)用5. 一種新型燃料電池，它以多孔鐐板為電極插入 KOH溶液中，然后分 別向兩極通入乙烷和氧氣，貝U有關(guān)此電池推斷正確的是（）A. 通入乙烷的電極為正極B. 參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為 7 : 2C. 放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D. 負(fù)極反應(yīng)式為 C2H6+6H2O - 14e 一=2CO 廠 +

7、 18H +答案C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為 2C2H6+7。2 -4CO2+6H2O,在該反應(yīng)中 氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故A答案錯(cuò)誤；反應(yīng)中參加反應(yīng)的乙烷與 氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2 : 7, 故B答案錯(cuò)誤；考慮到該電池是以 KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的 CO?會(huì)和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成K2CO3,反應(yīng) 中消 耗KOH, KOH的物質(zhì)的量濃度減少，故C答案正確；由于該電 池是以KOH 溶液為電解液的，D答案中負(fù)極生成的H+顯然在溶液中 是不能存在的，故D答案錯(cuò)誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時(shí)該電 池的總反應(yīng)式應(yīng)為 2C2H6+8KOH+7O 2

8、4K2CO3+IOH2O,正極 反應(yīng)式為 14H2O+7O2+28e=28OH （正極氧氣得電子，理論上形 成。2-,但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須 以O(shè)IT形式存在），負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得 到:2C2H6+36OH-28e =4CO3" +24出006. 已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液： C UC12溶 液、Fe2（SO4）3 溶液、硫酸。按要求回答下列問(wèn)題：（1）電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請(qǐng)說(shuō)明原因（2）若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？ o若能，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極：一，正極：。

9、（若不能，后兩空不填 ）（3）設(shè)計(jì)一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫(huà)出裝置圖（需標(biāo)明電極材料及電池的正、負(fù)極）。答案（1）二者連接在一起時(shí)，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕（2）能 Cu-2e=Cu2+ 2Fe3+2e-=2Fe2+ZL*鐵h汽石墨稀硫酸解析（1）當(dāng)Cu、Al導(dǎo)線連接時(shí)，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。（2）因?yàn)?FeCb 能與 Cu 發(fā)生反應(yīng)：2FeCh+Cu=2FeCI 2+CuCI 2, 因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計(jì)成原電池，其負(fù)極為 Cu,反應(yīng)為Cu- 2e =Cu2+, 正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe3+2e-=2Fe2+因?yàn)榭偡磻?yīng)式為 Fe+H2

10、SO4=FeSO4+H2 t , 所以負(fù)極為 Fe, 正極可 為 Cu 、 Ag 或石墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫(huà)出裝置圖。醵基礎(chǔ)落實(shí)】1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是（）A. 把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B. 用鋅片作負(fù)極，銅片作正極，在 CuSO4 溶液中，銅片質(zhì)量增 加C. 把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D. 把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡 放出的速 率加快答案 C解析 銅片和鐵片緊靠并浸入稀 H2SO4 中，銅片上的 H+ 獲得由鐵 片傳遞 過(guò)來(lái)的電子： 2H+2e-=H2 f , 所以可觀察到銅片表面出現(xiàn) 氣泡；鋅片作負(fù)

11、 極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng) Zn+Cu 2+=Zn 2+ + Cu, 生成的 Cu 在銅片上析出 使 其 質(zhì) 量 增 加 ； 銅 片 插 入 FeCh 溶 液 中 ， 發(fā) 生 的 反 應(yīng) 是 Cu+2Fe3+=Cu 2+2Fe2+,并沒(méi)有單質(zhì)鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中滴入幾滴 CuC12溶液，發(fā)生反應(yīng)Zn+Cu 2+=Zn 2+ +C11,置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置于鹽酸中，構(gòu)成了原電池,加速2H+2e =H 2 f反應(yīng)，可觀察到氣泡放出的速率加快。2控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3+2l八2Fe2+b設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是（）靈敏電流計(jì)A. 反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中

12、石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B. 反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上的 Fe 被還原C. 電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D. 電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入 Fe%固體，乙中的石墨電極 為負(fù)極 答案D解析 由反應(yīng)2Fe3+2rA2Fe 2+l2可知，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中Fe +發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I一發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)在甲中溶入Fed?固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙中 L發(fā)生還原 反應(yīng)，則乙中石墨 電極為正極；故選D。3. 以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)2 mol電子時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A. 鋅片溶解了 1 mol,銅片上析出1

13、 mol H 2B. 兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等C. 鋅片溶解了 31 g,銅片上析出了 1 g H2D. 鋅片溶解了 1 mol,硫酸消耗了 0.5 mol答案A解析在涉及原電池的有關(guān)計(jì)算中，關(guān)鍵是要把握住一點(diǎn)即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點(diǎn)，我們從電極反應(yīng)式看：負(fù)極： Z n-2e =Zn 2+;正極: 2H+2二=H2 f。當(dāng)溶解1 mol鋅時(shí)失去2mol電子，銅片上析出1 mol氫氣得到2 mol電子，得失電子守恒，這樣即可 推出A正確。【練方法技巧】4. 以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是（）質(zhì)子去換膜A. 該電池能夠在高溫下工作B.

14、 電池的負(fù)極反應(yīng)式為 C6Hi2O6+6H2O 24e-=6CO2 t +24C. 放電過(guò)程中，H+從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D. 在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況22.4下CO2氣體虧L答案B解析由葡萄糖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖可知，此燃料電池是以葡萄糖為燃料，以氧氣為氧化劑，以質(zhì)子交換膜為隔膜，以惰性材 料為電極的一種燃料電 池。由于是微生物電池，而微生物的生存溫度 有一定的范圍，所以高溫下微生物 不一定能夠生存，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，負(fù)極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H+ 和電子，電極反應(yīng)式： C6H1 2O 6+6H 2O-24e_=6CO 2 t +24H +,

15、B 正確；負(fù) 極產(chǎn)生的 H* 透過(guò)質(zhì) 子交換膜進(jìn)入正極室， C 錯(cuò)誤；負(fù)極產(chǎn)生的電子沿外電路從 負(fù)極流向 正極，在正極室與 H+ 和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水。 總反應(yīng)方程式為 C6H1 2O6+6O2=6CO2+6H 2O,由總反應(yīng)方程式可知：每消耗1 mol氧氣，理論上 可以生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下 CO2 氣體 22.4 L, D 錯(cuò)誤。5. 據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有的完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車已在北 京奧運(yùn)會(huì)期 間為運(yùn)動(dòng)員提供了服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為 K OH 溶液，下列有關(guān) 該電池的敘述不正確的是 ()A. 正極反應(yīng)式為 O2+2H2O+4e-=4OITB. 工作一段時(shí)間后，電解液中 KOH 的物

16、質(zhì)的量不變C. 該燃料電池的總反應(yīng)方程式為 2H2+O2=2H 2OD. 用該電池電解 C11CI2 溶液，產(chǎn)生 2.24 L C12( 標(biāo)準(zhǔn)狀況 ) 時(shí)，有 0.1 mol 電子轉(zhuǎn)移答案 D解析本題考查燃料電池的工作原理。氧氣在正極發(fā)生還原反 應(yīng)， A 正確； 該燃料電池中氫氣與氧氣反應(yīng)生成水， KOH 沒(méi)有消耗 , 也沒(méi)有生成，故 KOH 的物質(zhì)的量不變，但其溶液濃度變小， B 正確； 死和。 2 反應(yīng)生成水是該電池發(fā) 生的反應(yīng)，C 正確；CuCk 里箜 Cu+ CI2 t , 2d-2e =C12 t , (C12) =2.24 L/22.4 L?mor 1=0.1 mol, n(e-)

17、=0.2 mol, D 錯(cuò) 誤?！揪毦C合拓展】6. 某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序 , 有甲、乙兩 位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極， 但甲同學(xué)將電極放入 6 mofT 的稀 H2SO4 中， 乙同學(xué)將電極放入6 mol-L ANaOH 溶液中, 如圖所示片(1) 寫(xiě)出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極正極(2) 寫(xiě)出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式:負(fù)極正極總反應(yīng)離子方程式為(3) 如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，貝肪勾成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出 活動(dòng)性更強(qiáng)(填 寫(xiě)元素符號(hào))。(4) 由此實(shí)驗(yàn)

18、，可得到如下哪些結(jié)論？ oA. 利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)B. 鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強(qiáng)C. 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金屬活動(dòng)性順序表已過(guò)時(shí)，已沒(méi)有實(shí)用價(jià)值D. 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明化學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析(5) 上述實(shí)驗(yàn)也反過(guò)來(lái)證明了“利用金屬活動(dòng)性順序表直接判斷原電池中正、負(fù)極”的做法(填“可靠”或“不可靠” )o如不可靠，則請(qǐng)你提出另一個(gè)判斷原電池正、負(fù)極可行的實(shí)驗(yàn)方案答案 Mg-2e =Mg 2+ 2H+2e =出 f(2) 2A1+8OH - 6e =2AIOr+4H 2O6H2O+6e-=6OH-+3H2 f2AI+2OH + 2H 2O=2A1O?+3H 2 f(3) Mg Al (4)AD(5)不可靠 將兩種金屬電極連上電流表而構(gòu)成原電池，利用電流表檢測(cè)電流的方向，從而判斷電子的流動(dòng)方向，再來(lái)確定原電池的正、負(fù)極解析(1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為 Mg+H2SO4=MgSO4+H 2 f , Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為 Mg-2e"=Mg 2+, AI作正極，電極 反應(yīng)式為 2H+2e-=H2 t o(2) 乙池中電池總反應(yīng)方程式為2A1+2N