4.1 原電池 學(xué)案（人教版選修4）[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.掌握構(gòu)成原電池的條。3.能設(shè)計原電池裝置。[重點(diǎn)•難點(diǎn)] 電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫。1．原電池原理(1)概念：利用______________反應(yīng)原理將________能轉(zhuǎn)化為____能的裝置。(2)原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)裝置示意圖
現(xiàn)象鋅片________________，銅片上有____________，電流表指針發(fā)生________電極Zn電極Cu電極電極名稱得失電子失電子得電子電子流向反應(yīng)類型電極反應(yīng)式總反應(yīng)式2.原電池形成的條(1)兩個________不同的電極(材料可以是金屬或非金屬)負(fù)極：活潑性____，________電子發(fā)生氧化反應(yīng)。正極：活潑性____，________電子發(fā)生還原反應(yīng)。(2)電極均插入________________中。(3)構(gòu)成________________。(4)能自發(fā)地發(fā)生的________________反應(yīng)。3．下列裝置中，屬于原電池的是( )4．關(guān)于下圖裝置的敘述，正確的是( )A．銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B．銅片質(zhì)量逐漸減少C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D．氫離子在銅片表面被還原后生成H25．理論上，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均能設(shè)計成原電池。實(shí)際設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾方面。(1)外電路負(fù)極(________________的物質(zhì))??→e－導(dǎo)線正極(2)內(nèi)電路將兩極浸入________________溶液中，使正、負(fù)離子作________________。(3)閉合電路一、原電池的正負(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____極，較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為____極。2．根據(jù)電流方向或電子流向判斷外電路中，電流由____極流向____極，電子由____極流向____極。3．根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中離子的移動方向判斷在原電池電解質(zhì)溶液中，陽離子移向____極，陰離子移向____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________反應(yīng)，正極總是發(fā)生________反應(yīng)。若給出一個總方程式，則可根據(jù)化合價升降判斷。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，說明溶液中的陽離子在該電極上放電，該極為____極；反之，如果某一電極質(zhì)量減輕，則該電極溶解，為____極。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)，說明該電極為____極。7．根據(jù)某電極(X)附近pH的變化判斷析氫或吸氧的電極反應(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，說明X極為____極。思考：鎂—鋁電極在稀H2SO4中構(gòu)成原電池時，正、負(fù)極材料分別是什么？若將電解質(zhì)溶液改為NaOH溶液，正、負(fù)極材料又分別是什么？分別寫出兩種溶液中的電極反應(yīng)。 典例1 將純鋅片和純銅片按圖所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(fù)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聽記錄： 變式訓(xùn)練1 (1)若例1中甲裝置的電極分別為鐵、銅，電解質(zhì)溶液為濃HNO3，則原電池正、負(fù)極分別是什么？ (2)利用裝置乙現(xiàn)有材料，如何加快反應(yīng)速率？ 二、原電池的設(shè)計從理論上講，任何一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計成原電池。1．基本依據(jù)構(gòu)成原電池的基本條，也是進(jìn)行原電池設(shè)計的基本依據(jù)。(1)根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)；(2)找出兩極材料(電極材料)；(3)找出電解質(zhì)溶液；(4)形成閉合回路。2．電解質(zhì)溶液及電極材料的選擇(1)電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)是使____極放電的物質(zhì)，因此電解質(zhì)溶液一般要能與____極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與____極發(fā)生反應(yīng)。(2)電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的金屬作____極，易導(dǎo)電且比____極材料活動性弱的物質(zhì)作____極。3．設(shè)計思路設(shè)計思路實(shí)例以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)(__極)：______還原反應(yīng)(__極)：______以兩極反應(yīng)為原理，確定電極材料及電解質(zhì)溶液負(fù)極材料：__正極材料：________電解質(zhì)溶液：____畫出示意圖典例2 利用反應(yīng)Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，設(shè)計一個原電池，在下邊方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為______，電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________；負(fù)極為________，電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。
聽記錄： 變式訓(xùn)練2 對于如圖所示的原電池，對其中的電解質(zhì)溶液有以下猜想：猜想一：必須是能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)。猜想二：任意的電解質(zhì)溶液均可在如圖裝置中構(gòu)成原電池。(1)為了證明猜想是正確的，請配齊實(shí)驗(yàn)用品：鋅片、銅片、導(dǎo)線、檢流計、稀硫酸、__________。(2)你應(yīng)該做怎樣的簡單操作________________________________________________________________________。若______________，則說明猜想二是正確的。(3)該電池的電流方向?yàn)椋?br>________________________________________________________________________。三、電極反應(yīng)和電池反應(yīng)的書寫方法1．書寫原則(1)遵守質(zhì)量守恒和電荷守恒。(2)正、負(fù)極的電極反應(yīng)式通過加合消去電子即為電池反應(yīng)式。(3)弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以化學(xué)式表示，其余以離子符號表示。2．書寫方法(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式或圖示裝置確定原電池的正、負(fù)極，弄清正、負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。①題目給定總反應(yīng)式：分析有關(guān)元素的化合價變化情況，化合價升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)即負(fù)極反應(yīng)；化合價降低的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)即正極反應(yīng)。②題目給定圖示裝置：先確定正、負(fù)極，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律書寫電極反應(yīng)式。(2)注意電解質(zhì)溶液的成分及其對正、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響，正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或根據(jù)化學(xué)方程式確定。典例3 寫出下表中電池裝置的電極反應(yīng)和總的化學(xué)反應(yīng)方程式：負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)溶液(1)鐵銅硫酸(2)銅銀硝酸銀
(1)正極反應(yīng)________________________________________________________________________；
負(fù)極反應(yīng)________________________________________________________________________；
總反應(yīng)方程式________________________________________________________________________。
(2)正極反應(yīng)________________________________________________________________________；
聽記錄：
變式訓(xùn)練3 由鋅片、銅片和200 mL稀H2SO4組成的原電池如下圖所示。(1)原電池的負(fù)極反應(yīng)是________________________________________________________________________，
正極反應(yīng)是________________________________________________________________________。
(2)電流的方向是______________。(3)一段時間后，當(dāng)在銅片上放出1.68 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體時，H2SO4恰好消耗一半。則產(chǎn)生這些氣體的同時，共消耗________g鋅，有______個電子通過了導(dǎo)線，原硫酸的物質(zhì)的量濃度是________(設(shè)溶液體積不變)。
前準(zhǔn)備區(qū)1．(1)氧化還原 化學(xué) 電 (2)逐漸溶解 紅色物質(zhì)沉積 偏轉(zhuǎn) 負(fù)極 正極 流出 流入 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋2．(1)活潑性 強(qiáng) 失去 弱 得到 (2)電解質(zhì)溶液 (3)閉合回路 (4)氧化還原3．D [利用組成原電池的條分析：A項(xiàng)兩電極相同；B項(xiàng)酒精為非電解質(zhì)；C項(xiàng)缺少鹽橋；E項(xiàng)有外加電，只有D項(xiàng)符合。]4．D [本題主要考查有關(guān)原電池的知識，由所給圖示可知Zn為原電池負(fù)極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極，溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2；原電池只分正、負(fù)極，不用陰、陽極表示，電流與電子流向相反。]5．(1)還原性較強(qiáng) (2)電解質(zhì) 定向移動 (3)負(fù)極 正極 堂活動區(qū)一、1．負(fù) 正 2.正 負(fù) 負(fù) 正 3.正負(fù) 4.氧化 還原 5.正 負(fù) 6.正7．正思考：在稀硫酸溶液中，正極為Al，負(fù)極為g，電極反應(yīng)為：正極：2H＋＋2e－===H2↑負(fù)極：g－2e－===g2＋在NaOH溶液中，正極為g，負(fù)極為Al，電極反應(yīng)為：正極：6H＋＋6e－===3H2↑負(fù)極：2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O典例1 C [由題目中所給圖示可知，甲中形成閉合回路，符合形成原電池的條。其中銅的活潑性不如鋅強(qiáng)，故銅作正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑；乙不能構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池，只在鋅片上發(fā)生反應(yīng)：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，由于兩者都消耗H＋，故溶液的pH都增大。由于原電池的形成，故甲的反應(yīng)速率比乙快。]變式訓(xùn)練1 (1)Cu為負(fù)極，F(xiàn)e為正極。(2)讓鋅片與銅片接觸，形成原電池。二、2．(1)負(fù) 負(fù) 負(fù) (2)負(fù) 負(fù) 正3．負(fù) Zn－2e－===Zn2＋ 正 2H＋＋2e－===H2↑ Zn 石墨或比鋅活潑性差的金屬 稀硫酸典例2 實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖：Pt 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu Cu－2e－===Cu2＋解析 根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Cu－2e－===Cu2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料，正極要保證Fe3＋得到負(fù)極失去的電子，一般用不能還原Fe3＋的材料如Pt或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能用含F(xiàn)e3＋的電解質(zhì)溶液，如FeCl3溶液等。變式訓(xùn)練2 (1)NaCl溶液(或其他電解質(zhì)溶液)(2)將稀H2SO4換成NaCl溶液 檢流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)(3)從銅片流向鋅片典例3 (1)2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑(2)2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag解析 負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)活潑性，(1)中鐵作負(fù)極，(2)中銅作負(fù)極。變式訓(xùn)練3 (1)Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑(2)由Cu極流向Zn極(3)4.875 9.03×1022 0.75 mol•L－1解析 產(chǎn)生0.075 mol H2，通過0.075 mol×2＝0.15 mol電子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)＝0.075 mol×65 g•mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝0.075 mol×20.2 L＝0.75 mol•L－1。參考答案
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