人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第一节 原电池导学案

原电池

1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。

2.学会判断原电池的正、负极。

3.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。

一、原电池的工作原理

1．理清氧化还原反应的两条线索

 (1)还原剂―→_失__电子―→元素化合价_升高____―→被_氧化___―→发生_氧化____反应。

 (2)氧化剂―→_得__电子―→元素化合价_降低____―→被_还原__―→发生__还原___反应。

2．原电池是将__化学能_____转化为__电能___的装置，原电池内发生的反应属于__氧化还原反应___。

(2)电子流动方向和电流方向

 ①外电路：电子由_Zn__电极经过导线流向_Cu__电极，电流由_Cu_电极流向_Zn__电极。

 ②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

3．原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是④⑥⑦。

(1)分析下图所示原电池装置并填空。

原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

议一议：

1.(1)写出右图装置中电极反应式和总反应式。

 答案　负极：Zn－2e－===Zn2＋

 正极：Cu2＋＋2e－===Cu

 总反应式：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

 (2)随着时间的延续，电流表的指针偏转角度逐渐减小，最终没有电流通过，为什么？

 答案　由于锌片与CuSO4溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2＋在表面直接被还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，即在负极(锌)表面也构成了原电池，进一步加速铜在负极表面析出，致使向外输出的电流减弱。

 当锌片表面完全被铜覆盖后，反应终止，也就无电流产生。

2.  如图装置，可使原电池不断地产生电流，试分析其原理。

 答案　①当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，被还原成为金属铜并沉积在铜片上；随着反应的进行，左边烧杯的溶液中c(Zn2＋)增大，右边烧杯的溶液中c(Cu2＋)减小。同时，盐桥中的Cl－会移向

1.盐桥的作用：(1)盐桥中通常装有含有琼脂的KCl饱和溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大限度地将化学能转化为电能。

2.原电池的闭合回路

特别提醒：原电池装置图画法“三要素”

(1)标出电极材料和名称；

(2)画出电解质溶液并标名称；

(3)形成闭合回路。

3.判断原电池的正负极。根据要求填写下列表格。

二、原电池原理的应用

1.利用原电池原理，可以加快化学反应的进行，原因是氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。如实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。

2.归纳总结

一般电极反应式的书写方法

 (1)定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

 (2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。

 (3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。

3.已知总反应式，书写电极反应式

(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。

(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。

(3)根据质量守恒配平电极反应式。

(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。

知识点一：1．原电池电极反应式的书写

例1．如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成

 一个原电池，回答下列问题。

 (1)正极________(填名称，下同)发生________反应，电极反应式______________________________________。

 (2)负极________，发生_______________________反应，电极反应式___________________________________。

(3)电池总反应式__________________________________。

答案　(1)铁　还原　4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑(2)硅　氧化　Si＋6OH－－4e－===SiO32－＋3H2O(3)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

知识点二：原电池的设计

例2．依据氧化还原反应：

 2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。

 请回答下列问题：

 (1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________。

 (2)银电极为电池的________极，发生的电极反应式为________；X电极上发生的电极反应式为__________。

 (3)外电路中的电子是从________极流向________极。

解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。

答案　(1)Cu　AgNO3溶液(2)正　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋(3)负(Cu)　正(Ag)

【基础演练】

1．将纯锌片和纯铜片按下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

答案　C

2．分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是(　　)

A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极

B．(2)中Mg作正极，电极反应式为：6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑

C．(3)中Fe作电池负极

D．(4)中Cu作正极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑

答案　B

3．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是              (　　)

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极　②正极反应为Ag＋＋e－===Ag　③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作　④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

A．①②              B．②③               C．②④                D．③④

答案　C

4. ．(1)向等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系基本正确的是(　　)

(2)甲、乙两个烧杯中盛有等体积等浓度的两份稀H2SO4，分别加入足量的锌粒，要保证产生H2的量不变而使甲烧杯中的反应速率减慢、乙烧杯中的反应速率加快，可向甲烧杯中加入的一种盐是________(写化学式，下同)，向乙烧杯中加入的一种盐是________。

答案　(1)A　(2)CH3COONa(或HCOOK等)　CuSO4(或CuCl2等)

【巩固提高】

5．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是________。

(2)装置乙中正极的电极反应式是________。

(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是________。

答案　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu    (3)变大　(4)D＞A＞B＞C

6.(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：____________；

负极反应式：____________；总反应方程式：________________。

(2)有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。

①Zn发生______反应，是___极，电极反应式是_____。

②Ag2O发生____反应，是___极，电极反应式是_____。

答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋；Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

(2)①氧化　负　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2   ②还原　正　Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－

7.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如下图所示。

(1)原电池的负极反应式为_________________________，

正极反应式为_________________________________。

(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)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)。

答案　(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

1.．下列各变化中属于原电池反应的是(　　)

A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层

B.镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化

C.红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层

D.浓HNO3比稀HNO3更能氧化金属铜

答案:B

Main Document Only.．对右图所示装置的叙述，正确的是(　　)

A．Cu是负极， Cu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

答案:D

3.对于原电池的电极名称,叙述错误的是(　　)

A.发生氧化反应的一极为负极

B.正极为电子流入的一极

C.比较不活泼的金属为负极

D.电流流出的一极为正极

答案:C

4.在铜—锌—硫酸构成的原电池中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是 (　　)

①锌片溶解32.5 g　②锌片增重32.5 g　③铜片上析出1 g H2　④铜片上析出1 mol H2

A．①③     B．①④     C．②③     D．②④

答案　A

5.如下图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动),下列叙述正确的是(　　)

A.a中铁钉附近呈现红色

B.b中铁钉上发生还原反应

C.a中铜丝上发生氧化反应

D.b中铝条附近有气泡产生

答案:B[来源:学科网ZXX

6．(2014·郑州质检)CO无色无味有毒，世界各国每年均有不少人因CO中毒而失去生命。一种CO分析仪的工作原理如图所示，该装置中电解质为氧化钇­氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法中错误的是(　　)

A．负极的电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2

B．工作时电极b作正极，O2－由电极a向电极b移动

C．工作时电子由电极a通过传感器流向电极b

D．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高

答案　B

7．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆分，写成两个“半反应式”，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。例如，2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，可以写成：氧化反应：Cu－2e－===Cu2＋；还原反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

请回答下列问题：

(1)根据以上信息将反应3NO2＋H2O===2H＋＋2NO3－＋NO拆分为两个“半反应式”：

氧化反应式：______________________________________________________；

还原反应式：_____________________________________________________。

(2)已知某一反应的“半反应式”为CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O；O2＋2H2O＋4e－===4OH－，则总反应式为_________________________________。

答案　(1)2NO2＋2H2O－2e－===2NO3－＋4H＋        NO2＋2H＋＋2e－===NO＋H2O

(2)CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O

8.(1)事实证明,原电池中发生的反应通常是放热反应。利用下列化学反应可以设计成原电池的是　　　　。 

A.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH>0

B.NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH<0

C.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH<0

D.CaCO3(s)+2HCl(aq)CaCl2(aq)+H2O(l)+CO2(g)　ΔH<0

E.CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH<0

(2)有A、B、C、D四种金属,将A与B用导线连接起来,浸入电解质溶液中,B不易腐蚀。将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中,D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里,无明显变化,如果把铜浸入C的盐溶液里,有金属C析出。据此判断A、B、C、D的活动性由强到弱的顺序是　　　　。 

答案:(1)CE　(2)D>A>B>C

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1．下列说法正确的是  (　　)

A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应

B．原电池中，电流的方向是负极—导线—正极

C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替

D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极

答案　D

2．电子表所用的某种纽扣电池的电极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液。电池总反应式为：Zn＋Ag2O=ZnO＋2Ag, 下列说法错误的是(     )

A．该电池的正极是Zn，负极是Ag2O

B．该电池负极的电极反应式为：Zn＋2OH——2e—=ZnO＋H2O

C．理论上该电池工作一段时间后，溶液中KOH的浓度不变

D．该电池工作时，电解质中的阴离子向负极移动[来源

答案  A　

3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)＋2MnO2(s)＋H2O(l)  Zn(OH)2 (s)＋Mn2O3(s)下列说法错误的是(     )

A．电池工作时，锌失去电子

B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)＋H2O(l)＋2e—=Mn2O3(s)＋2OH—(aq)

C．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g

D．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

答案　D

4.(2012·大纲全国理综,11)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少,据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是(　　)

A.①③②④ B.①③④②

C.③④②① D.③①②④

答案:B

5.按右图所示，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察（设水不蒸发）

(1）若试管中液面上升，发生的是                     腐蚀

电极反应式为                                          。

(2）若试管中液面下降，发生的是                      腐蚀，

电极反应式为                                          。

答案　(1）吸氧；正极：2H2O + O2 + 4e–= 4OH-，负极：2Fe – 4e–= 4Fe2+；

(2）析氢；正极：2H+ + 2e– = H2↑，    负极：Fe – 2e– = Fe2+  

6．某研究性学习小组欲探究原电池的形成条件，按如图所示装置进行实验并得到下表实验结果：

分析上述实验，回答下列问题：

(1)实验2中电流由________极流向________极(填“A”或“B”)。

(2)实验6中电子由B极流向A极，表明负极是________(填“镁”或“铝”)电极。

(3)实验5表明________。

A．铜在潮湿空气中不会被腐蚀

B．铜的腐蚀是自发进行的

(4)分析上表有关信息，下列说法不正确的是________。

A．相对活泼的金属一定作负极

B．失去电子的电极是负极

C．烧杯中的液体必须是电解质溶液

D．原电池中，浸入同一电解质溶液中的两个电极，是活泼性不同的两种金属(或其中一种非金属导体)

答案　(1)B　A　(2)铝　(3)B　(4)A