人教版本化學(xué)選修4第一節(jié)（原電池）學(xué)案

1、第4章 電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 原電池學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解原電池的工作原理。2能表示電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。3能設(shè)計(jì)原電池裝置。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：原電池原理及構(gòu)成條件；原電池電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)；學(xué)習(xí)難點(diǎn)：原電池電極反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)自主預(yù)習(xí)： 感悟教材 學(xué)與思一、原電池原電池裝置，是借助 將 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。a是 極，b是 極，外電路電子由 電極通過(guò)導(dǎo)線流向 電極，請(qǐng)分別寫(xiě)出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式：a極： ；b極： ；總反應(yīng)方程式： 。問(wèn)題探究1：鹽橋內(nèi)盛放的是什么物質(zhì)？其作用是什么？二、原電池工作原理1原電池工作原理是把 反應(yīng)分開(kāi)進(jìn)行，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

2、極上得到電子發(fā)生 反應(yīng)。2原電池形成的條件(1) 電極，其中一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)較活潑，另一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)較不活潑。(2) 溶液。 (3)形成 。(4)能自發(fā)地發(fā)生 反應(yīng)。3原電池電極及電極反應(yīng)特點(diǎn)(1) 極為電子流出極，相對(duì)活潑。通常是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬或某些還原劑，電極被 ，發(fā)生 反應(yīng)。(2) 極為電子流入極，相對(duì)不活潑，通常是活動(dòng)性較差的金屬或非金屬導(dǎo)體，一般是電解質(zhì)溶液中的氧化性較強(qiáng)的離子被還原或電極上附著物本身被 ，發(fā)生 反應(yīng)。問(wèn)題探究2：如何判斷一個(gè)裝置是否是原電池？互動(dòng)課堂：核心突破 導(dǎo)與練要點(diǎn)一原電池的判定先分析有無(wú)外接電源，有外接電源的為電解池，無(wú)外接電源的可能為原電池；然后依據(jù)原電池的形

3、成條件分析判斷，主要是“四看”：一看電極兩極為導(dǎo)體且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極)。二看溶液兩極插入電解質(zhì)溶液中。三看回路形成閉合回路或兩極直接接觸。四看本質(zhì)有無(wú)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。 特別提醒：多池相連，但無(wú)外接電源時(shí)，兩極活潑性差異最大的一池為原電池，其他各池可看做電解池。例1 如圖所示的番茄水果電池中外電路上的電流從電極X流向(A線所連接的電極)電極Y(B線所連接的電極)，若X為鐵，則Y可能是()A鎂 B銅 C石墨 D鉑ABCD正極ZnCuCuZn負(fù)極CuZnZnCu電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl2變式訓(xùn)練：一個(gè)原電池反應(yīng)的離子方程式是ZnCu2=Zn

4、2Cu，該原電池的正確組成是()要點(diǎn)二原電池正負(fù)極的判斷方法1.由組成原電池的兩極材料判斷較活潑的金屬為負(fù)極，較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。2根據(jù)電流方向或電子流向判斷外電路中，電流由正極流向負(fù)極，電子由負(fù)極流向正極。3根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向判斷在原電池電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。4根據(jù)原電池中兩極發(fā)生的反應(yīng)判斷原電池中，負(fù)極總是發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是發(fā)生還原反應(yīng)。若給出一個(gè)總方程式，則可根據(jù)化合價(jià)升降來(lái)判斷。5根據(jù)電極質(zhì)量的變化判斷原電池工作后，某一電極質(zhì)量增加，說(shuō)明溶液中的陽(yáng)離子在該電極上放電，該極為正極，活潑性較弱；反之，如果某一電極質(zhì)量減輕，則該

5、電極溶解，為負(fù)極，活潑性較強(qiáng)。6根據(jù)電極上有氣泡產(chǎn)生判斷原電池工作后，如果某一電極上有氣體產(chǎn)生，通常是因?yàn)樵撾姌O發(fā)生了析出H2的反應(yīng)，說(shuō)明該電極為正極，活動(dòng)性較弱。7根據(jù)某電極(X)附近pH的變化判斷生成H2或吸收O2電極反應(yīng)發(fā)生后，均能使該電極附近電解質(zhì)溶液的pH增大，因而原電池工作后，X極附近的pH增大了，說(shuō)明X極為正極，金屬活動(dòng)性較弱。例2 有甲、乙兩位同學(xué)均想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，兩人均使用鎂片和鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol/L的H2SO4溶液中，乙同學(xué)將電極放入6mol/L的NaOH溶液中，如圖：下列關(guān)于電極的判斷正確的是()A甲中鎂作負(fù)極，乙中鎂作負(fù)極B甲中

6、鎂作負(fù)極，乙中鋁作負(fù)極C甲中鋁作正極，乙中鋁作正極D甲中鎂作正極，乙中鋁作正極變式訓(xùn)練：如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書(shū)卡片上記錄如下：在卡片上，描述合理的是()NO：28Date：2012.10.28實(shí)驗(yàn)后的記錄：Zn為正極，Cu為負(fù)極。 H向負(fù)極移動(dòng)。電子流動(dòng)方向ZnCu。Cu極上有H2產(chǎn)生。若有1mol電子流過(guò)導(dǎo)線，則產(chǎn)生H2為0.5mol。正極的電子反應(yīng)式為：Zn2e=Zn2。A B C D要點(diǎn)三原電池原理的應(yīng)用1.加快氧化還原反應(yīng)的速率如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)生H2的速率加快。2尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源。3比較金屬活動(dòng)

7、性強(qiáng)弱如：有兩種金屬a和b，用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負(fù)極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性a>b。4用于金屬的防護(hù)如要保護(hù)一個(gè)鐵閘?？捎脤?dǎo)線將其與一鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極，鐵閘作正極。5設(shè)計(jì)化學(xué)電池例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。負(fù)極：Cu2e=Cu2正極：2Fe32e=2Fe2(2)確定電極材料：如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離

8、子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須不如負(fù)極材料活潑。本例中可用銅棒作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。(3)確定電解質(zhì)溶液一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。(4)構(gòu)成閉合回路。注：設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原方程式中無(wú)明確的電解質(zhì)溶液，可用水作電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸。如燃料電池，水中一般要加入KOH或H2SO4。例3 由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。裝置現(xiàn)象二價(jià)金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣泡產(chǎn)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問(wèn)題：(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是_。(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是

9、_。(3)裝置丙中溶液的pH_(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱的順序是_。變式訓(xùn)練：有A、B、C、D四種金屬，將A與B用導(dǎo)線連接起來(lái)，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐蝕。將A、D分別投入等濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈。將銅浸入B的鹽溶液里，無(wú)明顯變化。如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據(jù)此，判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是()AD>C>A>B BD>A>B>C CD>B>A>C DB>A>D>C要點(diǎn)四原電池的改進(jìn)鹽橋1.改進(jìn)的原電池鹽橋原電池(如圖)原電池由兩個(gè)半電池組成，在銅鋅原電池中，鋅和

10、鋅鹽溶液組成鋅半電池，銅和銅鹽溶液組成銅半電池，中間通過(guò)鹽橋連接起來(lái)。(1)鹽橋中裝有飽和KCl溶液和瓊脂制成的膠凍，防止導(dǎo)管中溶液流出。(2)鹽橋的作用：a.使整個(gè)裝置構(gòu)成閉合回路，避免兩溶液直接接觸；b.鹽橋中陽(yáng)離子移向正極區(qū)，陰離子移向負(fù)極區(qū)，使兩溶液保持電中性，從而使氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。(3)鹽橋原電池告訴我們，一個(gè)原電池可以看成兩個(gè)半電池，負(fù)極是還原性較強(qiáng)的物質(zhì)，向外電路提供電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極是氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)，從外電路得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。外電路：電子由負(fù)極流向正極，內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極，內(nèi)外電路形成閉合回路。2優(yōu)點(diǎn)：使原電池中氧化劑和還原劑近乎完全隔離

11、，并在不同區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)了電子的定向移動(dòng)，使原電池能持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。3該原電池的兩個(gè)半反應(yīng)：鋅半電池：Zn2e=Zn2；銅半電池：Cu22e=Cu。例3根據(jù)氧化還原反應(yīng)：ZnFe2=Zn2Fe，設(shè)計(jì)一個(gè)帶鹽橋的原電池，注明電極及外電路電子流向，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)。易錯(cuò)點(diǎn)某種氫氧燃料電池的電解液為KOH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：O22H2O4e=4OHB工作一段時(shí)間后，電解液中的KOH的物質(zhì)的量不變C該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：2H2O2=2H2O D該電池中通H2的電極為正極成功體驗(yàn)： 演練提升 測(cè)與評(píng)1某原電池的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，該原電池正確的組

12、成是()正極負(fù)極電解質(zhì)溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl22下列反應(yīng)可用于設(shè)計(jì)原電池的是()AH2SO42NaOH=Na2SO42H2O B2FeCl3Fe=3FeCl2CMg3N26H2O=Mg(OH)22NH3 DNaClAgNO3=NaNO3AgCl3在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是()A正極附近的SO離子濃度逐漸增大 B電子通過(guò)導(dǎo)線由銅片流向鋅片C正極有O2逸出 D銅片上有H2逸出4下列各組金屬均用導(dǎo)線相連，并插入對(duì)應(yīng)液體中，其中不能組成原電池的是()AZn|H2SO4(稀)|C BCu|AgNO3(aq)|Ag CZn|CCl4|Cu DCu|FeCl3(aq)|C5將Fe片和石墨用導(dǎo)線相連，一組插入稀H2SO4中，一組插入FeCl3的溶液中，分別形成了原電池。(1)這兩個(gè)原電池中，正極分別是_。A石墨、石墨 B石墨、Fe片 CFe片、Fe片 DFe片、石墨(2)寫(xiě)出插入稀H2SO4中形成原電池的正極反應(yīng)式(離子方程式)_ _。(3)寫(xiě)出插入FeCl3溶液中形成原電池的電池總反應(yīng)式(同上)_ _。6氫氧燃料電池是一種高效能、低污染的新型電池，主要用于航天領(lǐng)域，它的電極