高中化學(xué) 第四章 第一節(jié) 原電池課時作業(yè) 新人教版選修4

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.會判斷原電池的正、負極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計簡單的原電池。一、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。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3．簡單原電池的構(gòu)成條件：①活潑性不同的兩個電極，②電解質(zhì)溶液，③形成閉合回路，④能自發(fā)進行的氧化還原反應(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)進行，以適當(dāng)方式連接起來，獲得電流。以銅鋅原電池為例：1．在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，鋅原子失電子，形成Zn2＋進入溶液，從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過導(dǎo)線流向銅片；CuSO4溶液中，Cu2＋從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋；銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu。總反應(yīng)式為Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，反應(yīng)是自發(fā)進行的。2．閉合回路的構(gòu)成：外電路：電子從負極到正極，電流從正極到負極，內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。3．鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當(dāng)其存在時，隨著反應(yīng)的進行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2＋進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋過多，帶正電荷。Cu2＋獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2＋過少，SOeq\o\al(2－,4)過多，溶液帶負電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl－向ZnSO4溶液遷移，K＋向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進行。知識點一原電池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－=Zn2＋，2H＋＋2e－=H2↑；C項中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成原電池。2．下列各裝置能形成原電池的是()答案D解析判斷一個裝置能否構(gòu)成原電池，要看是否符合原電池的構(gòu)成條件：①電極材料(活動性不同的金屬、金屬與非金屬、金屬與金屬氧化物)；②電解質(zhì)溶液；③構(gòu)成閉合回路；④能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。A裝置：由于兩個電極是同種金屬，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。知識點二原電池的原理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間，以下敘述正確的是()A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C．兩燒杯中溶液的pH均增大D．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有接觸，故不能構(gòu)成原電池，A、B皆錯；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；又因兩杯中的Zn都能與稀H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生H2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，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為()A．A>B>C>DB．A>C>B>DC．A>C>D>BD．B>D>C>A答案C解析金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負極，相對不活潑的金屬作正極。負極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。知識點三原電池的應(yīng)用5．一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(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．放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D．負極反應(yīng)式為C2H6＋6H2O－14e－=2COeq\o\al(2－,3)＋18H＋答案C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2C2H6＋7O2→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極，故A答案錯誤；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答案錯誤；考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會和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答案中負極生成的H＋顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤。考慮到電解質(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2C2H6＋8KOH＋7O2→4K2CO3＋10H2O，正極反應(yīng)式為14H2O＋7O2＋28e－=28OH－(正極氧氣得電子，理論上形成O2－，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以O(shè)H－形式存在)，負極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H6＋36OH－－28e－=4COeq\o\al(2－,3)＋24H2O。6．已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問題：(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。請說明原因________________________________________________________________________。(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？________。若能，請寫出電極反應(yīng)式，負極：____________________，正極：________________________。(若不能，后兩空不填)(3)設(shè)計一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標(biāo)明電極材料及電池的正、負極)。答案(1)二者連接在一起時，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＋(3)解析(1)當(dāng)Cu、Al導(dǎo)線連接時，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。(2)因為FeCl3能與Cu發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2，因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計成原電池，其負極為Cu，反應(yīng)為Cu－2e－=Cu2＋，正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。(3)因為總反應(yīng)式為Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑，所以負極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫出裝置圖。練基礎(chǔ)落實1．下列關(guān)于實驗現(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＋獲得由鐵片傳遞過來的電子：2H＋＋2e－=H2↑，所以可觀察到銅片表面出現(xiàn)氣泡；鋅片作負極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質(zhì)量增加；銅片插入FeCl3溶液中，發(fā)生的反應(yīng)是Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，并沒有單質(zhì)鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應(yīng)Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，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－=H2↑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＋＋2I－2Fe2＋＋I2設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A．反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上的Fe3＋被還原C．電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極答案D解析由反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2可知，反應(yīng)開始時，甲中Fe3＋發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I－發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計讀數(shù)為零時，則反應(yīng)達到了平衡狀態(tài)，此時在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動，乙中I2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2mol電子時，下列說法正確的是()A．鋅片溶解了1mol，銅片上析出1molH2B．兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等C．鋅片溶解了31g，銅片上析出了1gH2D．鋅片溶解了1mol，硫酸消耗了0.5mol答案A解析在涉及原電池的有關(guān)計算中，關(guān)鍵是要把握住一點即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點，我們從電極反應(yīng)式看：負極：Zn－2e－=Zn2＋；正極：2H＋＋2e－=H2↑。當(dāng)溶解1mol鋅時失去2mol電子，銅片上析出1mol氫氣得到2mol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()A．該電池能夠在高溫下工作B．電池的負極反應(yīng)式為C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋C．放電過程中，H＋從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D．在電池反應(yīng)中，每消耗1mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準狀況下CO2氣體eq\f(22.4,6)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錯誤；放電時，負極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H＋和電子，電極反應(yīng)式：C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，B正確；負極產(chǎn)生的H＋透過質(zhì)子交換膜進入正極室，C錯誤；負極產(chǎn)生的電子沿外電路從負極流向正極，在正極室與H＋和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水?？偡磻?yīng)方程式為C6H12O6＋6O2=6CO2＋6H2O，由總反應(yīng)方程式可知：每消耗1mol氧氣，理論上可以生成標(biāo)準狀況下CO2氣體22.4L5．據(jù)報道，我國擁有的完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車已在北京奧運會期間為運動員提供了服務(wù)。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O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．工作一段時間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C．該燃料電池的總反應(yīng)方程式為2H2＋O2=2H2OD．用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2(標(biāo)準狀況)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沒有消耗，也沒有生成，故KOH的物質(zhì)的量不變，但其溶液濃度變小，B正確；H2和O2反應(yīng)生成水是該電池發(fā)生的反應(yīng)，C正確；CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑，2Cl－－2e－=Cl2↑，n(Cl2)＝2.24L/22.4L·mol－1＝0.1mol，n(e－)＝0.2mol，D錯誤。練綜合拓展6．某探究活動小組想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動性順序，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6mol·L－1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如圖所示。(1)寫出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負極___________________________________________________________________，正極___________________________________________________________________。(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負極____________________________________________________________________，正極___________________________________________________________________?？偡磻?yīng)離子方程式為______________________________________________________。(3)如果甲與乙兩位同學(xué)均認為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬，則構(gòu)成負極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出________活動性更強，而乙會判斷出________活動性更強(填寫元素符號)。(4)由此實驗，可得到如下哪些結(jié)論？________。A．利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動性順序應(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C．該實驗說明金屬活動性順序表已過時，已沒有實用價值D．該實驗說明化學(xué)研究對象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)具體問題具體分析(5)上述實驗也反過來證明了“利用金屬活動性順序表直接判斷原電池中正、負極”的做法________(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請你提出另一個判斷原電池正、負極可行的實驗方案________________________________________________