还剩38页未读，
继续阅读
鲁科版高中化学选择性必修1第1章化学反应与能量转化第2节第1课时原电池的工作原理课件
展开
这是一份鲁科版高中化学选择性必修1第1章化学反应与能量转化第2节第1课时原电池的工作原理课件，共46页。
第1章 化学反应与能量转化第2节 第1课时 原电池的工作原理素 养 目 标1.了解原电池的工作原理,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。2.能设计简单的原电池,体现科学探究与创新意识的学科核心素养。基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升目录索引 基础落实•必备知识全过关必备知识一、铜锌原电池1.装置2.实验现象及分析 二、原电池的工作原理1.原电池的定义:把化学能转化为电能的装置。2.原电池的构成条件3.原电池的工作原理(1)电极。①负极:失去电子,发生氧化反应;②正极:得到电子,发生还原反应。(2)电子定向移动方向和电流方向。①电子从负极流出经外电路流入正极;②电流从正极流出经外电路流入负极;故电子定向移动方向与电流方向正好相反。(3)离子移动方向。电解质溶液中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。电解质溶液内部只有离子的定向移动,“电子不会游泳” 外电路中由电子的定向移动产生电流,“电子只走旱路,不走水路” ？【微思考】有盐桥的原电池中盐桥有什么作用?提示 盐桥可使整个装置构成通路,可避免两电解质溶液直接接触;平衡电荷;提高电池效率。自我检测判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)理论上说,所有的氧化还原反应都可设计成原电池。( )(2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( )(3)用Mg、Al分别作为电极,用NaOH溶液作为电解质溶液构成的原电池,Mg为正极。( )(4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。( )(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )(6)原电池放电时,外电路中电流由负极流向正极。( )(7)由于反应CaO+H2O==Ca(OH)2可以自发进行,且放出大量的热,故可以设计成原电池。( )√ × √ × √ × × 重难探究•能力素养全提升探究一 原电池的工作原理及电极反应问题探究用葡萄发电让闹钟正常工作的实验中,工作原理是什么呢?你能用日常生活中的东西设计原电池吗?提示 葡萄发电类似意大利科学家伏特发明的伏特电池,能产生电流让闹钟正常工作。生活中的苹果、西红柿等都可以设计原电池。1.原电池正、负极的判断 归纳拓展【微点拨1】原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关,又与电解质溶液有关,不要认为活泼性强的金属一定是作为负极。2.原电池的工作原理 【微点拨2】原电池中微粒移动方向(1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液。(2)若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。(3)若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。应用体验视角1 含盐桥原电池的工作原理1.某兴趣小组同学利用氧化还原反应: 2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4═2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,设计如图原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是( )A.b电极上发生还原反应B.外电路电子的流向是从a到bD视角2 原电池正、负极判断和电极反应的书写2.(根据电子流向或电流方向判断)如下图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列说法正确的是( )A.外电路的电流方向:X→外电路→YB.若两电极分别为Zn和石墨,则X为石墨,Y为ZnC.若两电极都是金属,则它们的活动性为X>YD.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应C解析 由题图可知电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向就为Y→外电路→X,A错误;X为原电池的负极,Y为正极,则X为Zn,Y为石墨,B错误;若X、Y均为金属,则X的活动性比Y强,C正确;X极应发生氧化反应,Y极应发生还原反应,D错误。解题技巧 原电池电极反应式在书写时应注意的问题(1)电极反应常用“═”而不用“ ”连接。(2)电极反应中若有气体生成,需加“↑”,弱电解质或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。(3)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律,为此在电极反应中可根据需要和溶液的酸碱性添加H+、OH-或H2O。(4)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一);反之,总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。3.(根据离子移动方向判断)固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )A.气体X为O2,发生氧化反应B.多孔电极b为电池的正极C.电极b对应的电极反应为2H2-4e-+2O2-═2H2OD.外电路电子的流向为:电极a→负载→电极bC解析 在原电池中,O2-带有负电荷,向电极b移动,因此电极b为负极,电极a为正极,B错误;在原电池反应中,负极H2失去电子,O2在正极得到电子被还原为O2-,因此气体X为O2,气体Y为H2,O2在电极a上发生还原反应:O2+4e-═2O2-,H2在电极b上发生氧化反应,电极反应为2H2-4e-+2O2-═2H2O,A错误,C正确;外电路电子的流向为:负极(电极b)→负载→正极(电极a),D错误。4.(根据反应现象推断)如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下列M、N、P物质可以成立的是( )A.M为Mg,N为Al,P为NaOH溶液B.M为Cu,N为Fe,P为稀盐酸C.M为Zn,N为C(石墨),P为CuSO4溶液D.M为Ag,N为Zn,P为AgNO3溶液D解析 该装置是原电池;M棒变粗,N棒变细,说明N极失电子作负极,M极得电子作正极;M棒变粗,所以溶液中的金属阳离子析出生成金属单质,电解质溶液中的阳离子为金属阳离子且活泼性小于N。A中N极铝是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,A错误;B中N极铁是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,B错误;C中M极(Zn)易失电子作负极,变细,N极(石墨)上析出Cu而变粗,C错误;D中N极材料Zn比M极Ag活泼,且M极Ag上有银析出,所以质量增加,D正确。5.(根据某一极物质的转化判断)(2023山东东营高二期末统考)化学家正在研究尿素燃料电池,尿素燃料电池结构如图所示,用这种电池直接去除城市废水中的尿素,下列有关描述正确的是( )A.甲电极为电池的正极B.乙电极的电极反应为O2+4e-+4H+═2H2OC.电池工作时氢离子向甲电极移动D.电池工作时,理论上净化1 mol CO(NH2)2消耗标准状况下336 L O2B解析 由尿素燃料电池结构图所示,甲电极中氮元素由-3价上升为0价,失电子发生氧化反应作负极,电极反应为CO(NH2)2-6e-+H2O═CO2↑+N2↑+6H+,乙电极得电子价态降低,作正极发生还原反应,电极反应为O2+4e-+4H+ ═2H2O,电池总反应为2CO(NH2)2+3O2═2CO2+2N2+4H2O,负极产生氢离子,透过质子交换膜移向正极,两极转移电子数目相等。由分析可知,甲电极为负极,A错误;溶液为酸性环境,故电极反应为O2+4e-+4H+═2H2O,B正确;电池工作时阳离子移向正极,故氢离子应向乙电极移动,C错误;由分析可知,2CO(NH2)2+3O2═2CO2+2N2+4H2O,理论上净化1 mol CO(NH2)2,消耗氧气1.5 mol,标准状况下体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L,D错误。6.(根据总反应判断)我国研究的新型Li?NO2电池,为NO2的治理和再利用提供了新的研究思路,其工作原理如图所示。电池放电时的总反应为2Li+NO2═Li2O+NO。下列有关该电池工作时的说法不正确的是( )A.外电路电流的方向:b极→电流表→a极B.b极的电极反应:NO2+2e-+2Li+═Li2O+NOC.当外电路通过1 mol电子时,b极质量增加15 gD.电解液中Li+向a极附近迁移D解析 由放电时的总反应为2Li+NO2═Li2O+NO,Li元素化合价升高,则a极为负极,电极反应为Li-e-═Li+,b极为正极,N元素化合价降低,电极反应为NO2+2e-+2Li+═Li2O+NO。电流从正极流向负极,即外电路电流的方向:b极→电流表→a极,故A、B正确;根据电极反应:NO2+2e-+2Li+═Li2O+NO,当外电路通过1 mol e-时,b极生成0.5 mol Li2O,b极增加的质量为0.5 mol×30 g·mol-1=15 g,故C正确;电解质中阳离子移向正极,则电解液中Li+向b极附近迁移,故D错误。7.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( ) A.①②中Mg是负极,③④中Fe是负极B.②中Mg是正极,电极反应为6H2O+6e-==6OH-+3H2↑C.③中Fe是负极,电极反应为Fe-2e-==Fe2+D.④中Cu是正极,电极反应为2H++2e-==H2↑B解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子,因此Cu是负极, A、C错误;②中正极反应为6H2O+6e-═6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,D错误。规律方法 (1)电极反应的书写方法。 (2)复杂电极反应的书写。复杂电极反应=总反应-较简单一极的电极反应如CH4酸性燃料电池中:CH4+2O2==CO2+2H2O……总反应2O2+8H++8e-==4H2O……正极反应CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+……负极反应探究二 原电池原理的应用问题探究1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率快?提示粗锌产生H2的速率快。2.将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中,发现金属b上产生气泡,则金属a与金属b相比较,谁更活泼?提示金属a更活泼。归纳拓展1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率加快。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,Zn可置换出Cu,Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。2.比较金属活动性强弱如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A是负极,B是正极,即可以断定金属活动性:A>B。3.设计化学电源 实例:根据反应Cu+2Ag+═ Cu2++2Ag设计电池。 应用体验视角1 原电池的形成条件1.下列关于原电池的叙述正确的是( )A.构成原电池的两极必须是两种不同金属B.原电池是将化学能转化为电能的装置C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂,总是溶液中的阳离子在此被还原B解析 构成原电池的正极材料只要导电即可,可以是非金属如石墨等,A错误;对于燃料电池,电极不参与反应,C、D错误。2.下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )A.Fe+2FeCl3═3FeCl2B.2H2+O2═2H2OC.Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4D.AgNO3+HCl═AgCl↓+HNO3D解析 A、B、C中的反应均为氧化还原反应,可设计成原电池,选项A、B、C错误;D中反应不属于氧化还原反应,不能设计成原电池,选项D正确。视角2 原电池的设计3.根据反应2FeCl3+Fe═3FeCl2设计一个原电池。要求:(1)画出此原电池的装置图,装置采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。答案 解析 将题给反应拆成两个半反应:Fe-2e-═Fe2+(氧化反应),2Fe3++2e-═ 2Fe2+(还原反应)。负极发生氧化反应,电极材料应选参加反应的单质Fe,正极发生还原反应,电极材料应选比铁不活泼的金属或石墨等导体。负极电解质溶液选不能与铁反应的FeCl2溶液,正极电解质溶液选与铁能反应的FeCl3溶液。4.原电池可设计为单池原电池和双池原电池,Ⅱ中各组物质中,能构成原电池且反应原理与Ⅰ相同的是( )C解析 对于单池原电池Ⅰ,负极(Cu)反应为Cu-2e-═Cu2+,正极(C)反应为Fe3++e-═Fe2+,总反应为Cu+2Fe3+═Cu2++2Fe2+;对于双池原电池Ⅱ,负极(Cu)对应电解质溶液为负极金属对应阳离子的盐(CuSO4)溶液,正极可选用比负极活泼性弱的金属(Pt)或导电非金属(C),正极对应的电解质溶液为与负极发生氧化还原反应的电解质(FeCl3)溶液。a极选用Zn、Fe,其活泼性强于Cu,且X溶液应为含Cu2+的盐溶液,不符合题意,故A、B错误;a极选用碳棒,其活泼性弱于Cu,且电解质溶液均符合要求,故C项正确;a极选用金属Pt符合题意,X、Y电解质溶液应分别为CuSO4溶液、FeCl3溶液,故D项错误。视角3 根据原电池原理判断金属活动性5.由A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。 根据实验现象回答下列问题:(1)装置甲中负极的电极反应是 。 (2)装置乙中正极的电极反应是 。 (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 。 A-2e-═A2+ Cu2++2e-═Cu 变大 D>A>B>C 解析 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性:A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性:B>C;丙中A上有气泡即H2产生,则A为正极,活动性:D>A,随着H+的消耗,pH变大。视角4 原电池加快反应速率6.10 mL浓度为0.1 mol·L-1的H2SO4溶液与过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是( )A.加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液 B.加入适量的蒸馏水C.加入数滴硫酸铜溶液 D.加入适量的硫酸钠溶液C解析 加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液,增大了H+浓度,也增大了H+的物质的量,生成H2的总量增多,A错误;加入适量的蒸馏水,H+浓度减小,化学反应速率减小,B错误;加入数滴硫酸铜溶液,Zn与Cu2+反应析出少量Cu附着在Zn的表面,构成锌铜原电池,可加快反应速率,且没有改变H+的物质的量,而Zn过量,因此不影响生成氢气的总量,C正确;加入适量的硫酸钠溶液,H+浓度减小,化学反应速率减小,D错误。7.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是( )D解析 a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的量减少,但Zn、Cu和稀硫酸形成原电池,反应速率加快,D项图示符合要求。
第1章 化学反应与能量转化第2节 第1课时 原电池的工作原理素 养 目 标1.了解原电池的工作原理,从而形成证据推理与模型认知的学科核心素养。2.能设计简单的原电池,体现科学探究与创新意识的学科核心素养。基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升目录索引 基础落实•必备知识全过关必备知识一、铜锌原电池1.装置2.实验现象及分析 二、原电池的工作原理1.原电池的定义:把化学能转化为电能的装置。2.原电池的构成条件3.原电池的工作原理(1)电极。①负极:失去电子,发生氧化反应;②正极:得到电子,发生还原反应。(2)电子定向移动方向和电流方向。①电子从负极流出经外电路流入正极;②电流从正极流出经外电路流入负极;故电子定向移动方向与电流方向正好相反。(3)离子移动方向。电解质溶液中阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。电解质溶液内部只有离子的定向移动,“电子不会游泳” 外电路中由电子的定向移动产生电流,“电子只走旱路,不走水路” ？【微思考】有盐桥的原电池中盐桥有什么作用?提示 盐桥可使整个装置构成通路,可避免两电解质溶液直接接触;平衡电荷;提高电池效率。自我检测判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)理论上说,所有的氧化还原反应都可设计成原电池。( )(2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( )(3)用Mg、Al分别作为电极,用NaOH溶液作为电解质溶液构成的原电池,Mg为正极。( )(4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。( )(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。( )(6)原电池放电时,外电路中电流由负极流向正极。( )(7)由于反应CaO+H2O==Ca(OH)2可以自发进行,且放出大量的热,故可以设计成原电池。( )√ × √ × √ × × 重难探究•能力素养全提升探究一 原电池的工作原理及电极反应问题探究用葡萄发电让闹钟正常工作的实验中,工作原理是什么呢?你能用日常生活中的东西设计原电池吗?提示 葡萄发电类似意大利科学家伏特发明的伏特电池,能产生电流让闹钟正常工作。生活中的苹果、西红柿等都可以设计原电池。1.原电池正、负极的判断 归纳拓展【微点拨1】原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关,又与电解质溶液有关,不要认为活泼性强的金属一定是作为负极。2.原电池的工作原理 【微点拨2】原电池中微粒移动方向(1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电解质溶液。(2)若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。(3)若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。应用体验视角1 含盐桥原电池的工作原理1.某兴趣小组同学利用氧化还原反应: 2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4═2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O,设计如图原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是( )A.b电极上发生还原反应B.外电路电子的流向是从a到bD视角2 原电池正、负极判断和电极反应的书写2.(根据电子流向或电流方向判断)如下图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列说法正确的是( )A.外电路的电流方向:X→外电路→YB.若两电极分别为Zn和石墨,则X为石墨,Y为ZnC.若两电极都是金属,则它们的活动性为X>YD.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应C解析 由题图可知电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向就为Y→外电路→X,A错误;X为原电池的负极,Y为正极,则X为Zn,Y为石墨,B错误;若X、Y均为金属,则X的活动性比Y强,C正确;X极应发生氧化反应,Y极应发生还原反应,D错误。解题技巧 原电池电极反应式在书写时应注意的问题(1)电极反应常用“═”而不用“ ”连接。(2)电极反应中若有气体生成,需加“↑”,弱电解质或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。(3)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律,为此在电极反应中可根据需要和溶液的酸碱性添加H+、OH-或H2O。(4)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一);反之,总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。3.(根据离子移动方向判断)固体氧化物燃料电池以固体氧化锆—氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )A.气体X为O2,发生氧化反应B.多孔电极b为电池的正极C.电极b对应的电极反应为2H2-4e-+2O2-═2H2OD.外电路电子的流向为:电极a→负载→电极bC解析 在原电池中,O2-带有负电荷,向电极b移动,因此电极b为负极,电极a为正极,B错误;在原电池反应中,负极H2失去电子,O2在正极得到电子被还原为O2-,因此气体X为O2,气体Y为H2,O2在电极a上发生还原反应:O2+4e-═2O2-,H2在电极b上发生氧化反应,电极反应为2H2-4e-+2O2-═2H2O,A错误,C正确;外电路电子的流向为:负极(电极b)→负载→正极(电极a),D错误。4.(根据反应现象推断)如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细。由此判断下列M、N、P物质可以成立的是( )A.M为Mg,N为Al,P为NaOH溶液B.M为Cu,N为Fe,P为稀盐酸C.M为Zn,N为C(石墨),P为CuSO4溶液D.M为Ag,N为Zn,P为AgNO3溶液D解析 该装置是原电池;M棒变粗,N棒变细,说明N极失电子作负极,M极得电子作正极;M棒变粗,所以溶液中的金属阳离子析出生成金属单质,电解质溶液中的阳离子为金属阳离子且活泼性小于N。A中N极铝是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,A错误;B中N极铁是负极,M极H+放电生成H2,所以M极质量不变,B错误;C中M极(Zn)易失电子作负极,变细,N极(石墨)上析出Cu而变粗,C错误;D中N极材料Zn比M极Ag活泼,且M极Ag上有银析出,所以质量增加,D正确。5.(根据某一极物质的转化判断)(2023山东东营高二期末统考)化学家正在研究尿素燃料电池,尿素燃料电池结构如图所示,用这种电池直接去除城市废水中的尿素,下列有关描述正确的是( )A.甲电极为电池的正极B.乙电极的电极反应为O2+4e-+4H+═2H2OC.电池工作时氢离子向甲电极移动D.电池工作时,理论上净化1 mol CO(NH2)2消耗标准状况下336 L O2B解析 由尿素燃料电池结构图所示,甲电极中氮元素由-3价上升为0价,失电子发生氧化反应作负极,电极反应为CO(NH2)2-6e-+H2O═CO2↑+N2↑+6H+,乙电极得电子价态降低,作正极发生还原反应,电极反应为O2+4e-+4H+ ═2H2O,电池总反应为2CO(NH2)2+3O2═2CO2+2N2+4H2O,负极产生氢离子,透过质子交换膜移向正极,两极转移电子数目相等。由分析可知,甲电极为负极,A错误;溶液为酸性环境,故电极反应为O2+4e-+4H+═2H2O,B正确;电池工作时阳离子移向正极,故氢离子应向乙电极移动,C错误;由分析可知,2CO(NH2)2+3O2═2CO2+2N2+4H2O,理论上净化1 mol CO(NH2)2,消耗氧气1.5 mol,标准状况下体积为1.5 mol×22.4 L·mol-1=33.6 L,D错误。6.(根据总反应判断)我国研究的新型Li?NO2电池,为NO2的治理和再利用提供了新的研究思路,其工作原理如图所示。电池放电时的总反应为2Li+NO2═Li2O+NO。下列有关该电池工作时的说法不正确的是( )A.外电路电流的方向:b极→电流表→a极B.b极的电极反应:NO2+2e-+2Li+═Li2O+NOC.当外电路通过1 mol电子时,b极质量增加15 gD.电解液中Li+向a极附近迁移D解析 由放电时的总反应为2Li+NO2═Li2O+NO,Li元素化合价升高,则a极为负极,电极反应为Li-e-═Li+,b极为正极,N元素化合价降低,电极反应为NO2+2e-+2Li+═Li2O+NO。电流从正极流向负极,即外电路电流的方向:b极→电流表→a极,故A、B正确;根据电极反应:NO2+2e-+2Li+═Li2O+NO,当外电路通过1 mol e-时,b极生成0.5 mol Li2O,b极增加的质量为0.5 mol×30 g·mol-1=15 g,故C正确;电解质中阳离子移向正极,则电解液中Li+向b极附近迁移,故D错误。7.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( ) A.①②中Mg是负极,③④中Fe是负极B.②中Mg是正极,电极反应为6H2O+6e-==6OH-+3H2↑C.③中Fe是负极,电极反应为Fe-2e-==Fe2+D.④中Cu是正极,电极反应为2H++2e-==H2↑B解析 ②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电子,因此Cu是负极, A、C错误;②中正极反应为6H2O+6e-═6OH-+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-═4OH-,D错误。规律方法 (1)电极反应的书写方法。 (2)复杂电极反应的书写。复杂电极反应=总反应-较简单一极的电极反应如CH4酸性燃料电池中:CH4+2O2==CO2+2H2O……总反应2O2+8H++8e-==4H2O……正极反应CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+……负极反应探究二 原电池原理的应用问题探究1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率快?提示粗锌产生H2的速率快。2.将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中,发现金属b上产生气泡,则金属a与金属b相比较,谁更活泼?提示金属a更活泼。归纳拓展1.加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率加快。例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,Zn可置换出Cu,Cu能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。2.比较金属活动性强弱如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A是负极,B是正极,即可以断定金属活动性:A>B。3.设计化学电源 实例:根据反应Cu+2Ag+═ Cu2++2Ag设计电池。 应用体验视角1 原电池的形成条件1.下列关于原电池的叙述正确的是( )A.构成原电池的两极必须是两种不同金属B.原电池是将化学能转化为电能的装置C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂,总是溶液中的阳离子在此被还原B解析 构成原电池的正极材料只要导电即可,可以是非金属如石墨等,A错误;对于燃料电池,电极不参与反应,C、D错误。2.下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )A.Fe+2FeCl3═3FeCl2B.2H2+O2═2H2OC.Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4D.AgNO3+HCl═AgCl↓+HNO3D解析 A、B、C中的反应均为氧化还原反应,可设计成原电池,选项A、B、C错误;D中反应不属于氧化还原反应,不能设计成原电池,选项D正确。视角2 原电池的设计3.根据反应2FeCl3+Fe═3FeCl2设计一个原电池。要求:(1)画出此原电池的装置图,装置采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。答案 解析 将题给反应拆成两个半反应:Fe-2e-═Fe2+(氧化反应),2Fe3++2e-═ 2Fe2+(还原反应)。负极发生氧化反应,电极材料应选参加反应的单质Fe,正极发生还原反应,电极材料应选比铁不活泼的金属或石墨等导体。负极电解质溶液选不能与铁反应的FeCl2溶液,正极电解质溶液选与铁能反应的FeCl3溶液。4.原电池可设计为单池原电池和双池原电池,Ⅱ中各组物质中,能构成原电池且反应原理与Ⅰ相同的是( )C解析 对于单池原电池Ⅰ,负极(Cu)反应为Cu-2e-═Cu2+,正极(C)反应为Fe3++e-═Fe2+,总反应为Cu+2Fe3+═Cu2++2Fe2+;对于双池原电池Ⅱ,负极(Cu)对应电解质溶液为负极金属对应阳离子的盐(CuSO4)溶液,正极可选用比负极活泼性弱的金属(Pt)或导电非金属(C),正极对应的电解质溶液为与负极发生氧化还原反应的电解质(FeCl3)溶液。a极选用Zn、Fe,其活泼性强于Cu,且X溶液应为含Cu2+的盐溶液,不符合题意,故A、B错误;a极选用碳棒,其活泼性弱于Cu,且电解质溶液均符合要求,故C项正确;a极选用金属Pt符合题意,X、Y电解质溶液应分别为CuSO4溶液、FeCl3溶液,故D项错误。视角3 根据原电池原理判断金属活动性5.由A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。 根据实验现象回答下列问题:(1)装置甲中负极的电极反应是 。 (2)装置乙中正极的电极反应是 。 (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 。 A-2e-═A2+ Cu2++2e-═Cu 变大 D>A>B>C 解析 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理,甲中A不断溶解,则A为负极、B为正极,活动性:A>B;乙中C极增重,即析出Cu,则B为负极,活动性:B>C;丙中A上有气泡即H2产生,则A为正极,活动性:D>A,随着H+的消耗,pH变大。视角4 原电池加快反应速率6.10 mL浓度为0.1 mol·L-1的H2SO4溶液与过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是( )A.加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液 B.加入适量的蒸馏水C.加入数滴硫酸铜溶液 D.加入适量的硫酸钠溶液C解析 加入适量的3 mol·L-1的H2SO4溶液,增大了H+浓度,也增大了H+的物质的量,生成H2的总量增多,A错误;加入适量的蒸馏水,H+浓度减小,化学反应速率减小,B错误;加入数滴硫酸铜溶液,Zn与Cu2+反应析出少量Cu附着在Zn的表面,构成锌铜原电池,可加快反应速率,且没有改变H+的物质的量,而Zn过量,因此不影响生成氢气的总量,C正确;加入适量的硫酸钠溶液,H+浓度减小,化学反应速率减小,D错误。7.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是( )D解析 a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的量减少,但Zn、Cu和稀硫酸形成原电池,反应速率加快,D项图示符合要求。
相关资料
更多
