2022届高中化学新教材同步选择性必修第一册 第4章 第一节 第1课时 原电池的工作原理.docx
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1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第一节第一节原电池原电池 第第 1 课时课时原电池的工作原理原电池的工作原理 核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析:以锌铜原电池为例,从宏观和微观的角度,分析理解 原电池的工作原理,能正确判断原电池的正极和负极,会书写其电极反应式。2.变化观念与平衡思想:进 一步理解化学能与电能的相互转化,认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化,并能理解带有 盐桥原电池的实用性。 一、原电池的工作原理 1原电池的构成条件 (1)定义:能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件: 2实验探究:锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意 图 注:盐桥中装有含 KCl
2、 饱和溶液的琼胶 现象锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质生成,电流表指针发生偏转 能量转换化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中,负极一端的 Zn 失去电子形成 Zn2 进入溶液 在硫酸铜溶液中, 正极一端的 Cu2 获得电子变成 Cu 沉积在铜 片上 电子或离电子:负极流向正极 2022 高中化学新教材同步讲义资料 子 移动方向 盐桥:Cl移向 ZnSO4溶液,K 移向 CuSO4溶液 工作原理, 电极反应 式 负极:Zn2e =Zn2(氧化反应) 正极:Cu2 2e=Cu(还原反应) 总反应:ZnCu2 =Zn2Cu 特别提醒盐桥的作用:形成闭合回路;平衡两侧的电荷,溶液呈电中性;避免电极
3、与电解质溶液 的直接接触,减少电流的衰减。 原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 3原电池工作原理示意图 (1)原电池中电流的方向是负极导线正极() (2)原电池中负极发生的反应是还原反应() (3)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极() (4)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极() (5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属() 1如图是某同学设计的原电池装置, (1)电极上发生_(填反应类型),作_(填电极名称)。 (2)电极的电极反应式为_。 (3)该原电池的总反应式为_。 (4)盐桥中装有含氯化钾的琼胶,其作用是_。 答案(1)还原反应原电池的
4、正极(2)Cu2e =Cu2 (3)2Fe3 Cu=Cu22Fe2 (4)形成闭合回路、平衡电荷(答案合理即可) 2根据原电池的工作原理,写出下列电池的电极反应式。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (1)将铁片、铜片用导线连接后,置于稀硫酸中,形成原电池: 正极反应式是_; 负极反应式是_; 原电池总反应的离子方程式是_。 (2)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银,其处理方法:将一定浓度的食盐溶液放入一铝制 容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,有臭鸡蛋气味的气体放出,银表面的黑色会褪去 而银不会损失。在此形成的原电池中: 负极反应式是_; 正极反应式是_; 总反应方
5、程式是_。 答案(1)2H 2e=H2 Fe2e =Fe2 Fe2H =Fe2H2 (2)2Al6e =2Al3 3Ag2S6e =6Ag3S2 3Ag2S2Al6H2O=6Ag2Al(OH)3 3H2S 解析(2)要善于抓住题示信息。“黑色褪去而银不会损失”,必然发生变化:Ag2SAg,显然这是 原电池的正极反应:3Ag2S6e =6Ag3S2,负极反应应为活泼金属发生氧化反应:2Al6e=2Al3, 正极生成的 S2 和负极生成的 Al3在溶液中都能水解且相互促进:2Al33S26H2O=2Al(OH)3 3H2S,有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。原电池的总反应为上述三个反应式的加合:3Ag
6、2S2Al 6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S。 一般电极反应式的书写方法 (1)判断原电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂。 (2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。 (3)写出电极反应式,将两式相加得总反应式。 二、原电池的应用 1加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快, 例如, 在锌与稀 H2SO4反应时加入少量 CuSO4溶液, CuSO4与锌发生置换反应生成 Cu,从而形成 CuZn 微小原电池,加快产生 H2的速率。 2比较金属活动性强弱 例如,有两种金属 a 和 b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到 a 极溶解,b 极上有气泡产生。由此可
7、判断出 a 是负极、b 是正极,且金属活动性:ab。 3设计原电池 理论上,任何一个自发的氧化还原反应,都可以设计成原电池。 (a)外电路 负极化合价升高的物质 正极活泼性弱的物质,一般选碳棒 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (b)内电路:化合价降低的物质作电解质溶液。 如:2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 化合价升高的物质负极:Cu 活泼性较弱的物质正极:C 化合价降低的物质电解质溶液:FeCl3 示意图 (1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池() (2)将 Mg 和 Al 导线连接放入 NaOH 溶液,Al 不断溶解,说明活泼性 MgAl() (3)足量的 Zn 与稀
8、H2SO4反应时,滴入 CuSO4溶液可以加快反应速率,因为 c(SO2 4)增大() (4)增大浓度,能加快原电池反应的速率() 一般来说,设计成原电池的反应为放热反应,但有些吸热反应如果能自发进行也可设计成原电池, 如: AsO3 42I 2H AsO3 3I2H2O 通过调节 B 中的 pH,实现原电池电极的转换,若正方向放热,则逆方向吸热,均能构成原电池。 1由 A、B、C、D 四种金属按下表中装置图进行实验。 装 置 现 象 金属 A 不断溶解形成二价金属 离子 C 极质量增加 A 极有气泡产 生 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
9、电极反应式是_。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 (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)A2e =A2 (2)Cu2 2e=Cu (3)变大(4)DABC 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:AB;乙中 C 极增重,即析出 Cu,则 B 为负极,活动性:BC;丙中 A 上有气泡即 H2产生,则 A 为正极,活动性:DA,随着 H 的消耗,pH 变大。 2依据氧化还原反应:Cu2Ag =Cu22Ag 设计的原电池如图所示。 请回答下列问题: (1
10、)电极 X 的材料是_,电解质溶液 Y 是_。 (2)银电极的电极反应式是_; X 电极的电极反应式是_。 (3)外电路中的电子是从_极流向_极。 (4)该原电池的正极是_,还可以选用_等材料。 答案(1)铜硝酸银溶液(2)2Ag 2e=2Ag Cu2e =Cu2 (3)负(或铜)正(或银)(4)银 铂、石墨 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:Cu2e =Cu2,正极:2Ag2e=2Ag,电子
11、由负极(Cu)流出,经外 电路流向正极(Ag)。 设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择 (1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行,则左右两 个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。 (2)电池的电极材料必须能导电。 活动性不同的两种金属。如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极。 金属和非金属。如锌作负极,石墨棒作正极。 金属和化合物。如铅蓄电池,铅块作负极,PbO2作正极。 惰性电极。如氢氧燃料电池中,两电极均可用 Pt。 随堂演练知识落实 1(2019甘肃武威第十八中学高二上期末)下列装置中,能构成原电池的是() 2022 高中化学新教材同步讲
12、义资料 答案D 2下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是() A均发生了化学能转化为电能的过程 BZn 和 Cu 既是电极材料又是反应物 C工作过程中,电子均由 Zn 经导线流向 Cu D相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高 答案B 解析两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,故 A 正确;根据原电池的工作原 理,锌比铜活泼,锌作负极、铜作正极,铜本身不是反应物,故 B 错误;锌作负极,电子从负极经外电路 流向正极,故 C 正确;图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大,但图甲装置产生的电流在较短时间内 就会衰减,故 D 正确。 3(2019江西临川第一中学高二月考)某合作学习小组的
13、同学利用下列氧化还原反应设计原电池: 2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O,盐桥中装有饱和 K2SO4溶液。下列 叙述中正确的是() A甲烧杯中溶液的 pH 逐渐减小 B乙烧杯中发生还原反应 2022 高中化学新教材同步讲义资料 C外电路的电流方向是从 a 到 b D电池工作时,盐桥中的 SO 2 4移向甲烧杯 答案C 解析甲烧杯中发生的电极反应为 MnO 48H 5e=Mn24H2O,氢离子浓度减小,导致溶液的 pH 增大, A 项错误; a 电极发生还原反应, Mn 元素的化合价降低, 电极反应式为 MnO 48H 5e=Mn2 4H2
14、O,b 电极亚铁离子失去电子发生氧化反应,Fe2e= Fe3 ,B 项错误;由上述分析可知,a 为正极,b 为负极,则电流方向为从 a 到 b,C 项正确;阴离子 向负极移动,则盐桥中的 SO 2 4移向乙烧杯,D 项错误。 4已知电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液:CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按 要求回答下列问题: (1)电工操作上规定:不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因_ _。 (2)若电极材料选铜和石墨,电解质溶液选硫酸铁溶液,外加导线,能否构成原电池?_。若能,请 写出电极反应式,负极:_,正极:_。 (若不能,后两空不填) (3)设计一种以铁
15、和稀硫酸的反应为原理的原电池,要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负 极)。 答案(1)二者连接在一起时,接头处在潮湿的空气中形成原电池而铝作负极被腐蚀(2)能Cu2e =Cu2 2Fe3 2e=2Fe2 (3)如图 解析(1)当 Cu、Al 导线连接时,接触到潮湿的空气就易形成原电池而铝被腐蚀。(2)因为 Fe2(SO4)3 能与 Cu 发生反应:Fe2(SO4)3Cu=2FeSO4CuSO4,因此根据给出条件可以设计成原电池,其负极为 Cu,电极反应为 Cu2e =Cu2,正极为石墨,电极反应为 2Fe3 2e =2Fe2。(3)因为反应为 FeH2SO4=FeSO4H2,所以负极为
16、 Fe,正极为 Cu、Ag 或石墨, 电解质为稀硫酸,即可画出装置图。 题组一原电池的构成及工作原理 1下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的是() 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案A 解析装置 B、C 中无化学反应发生;D 不能形成闭合回路;只有 A 能形成原电池,铜电极上有氢气 产生。 2(2019江西赣州南康中学、于都中学高二上月考)如图所示,杠杆 AB 两端分别挂有体积相同、质量 相等的空心铜球和空心铁球,调节杠杆并使其在水中保持平衡,然后小心地向烧杯中央滴入 M 的浓溶液, 一段时间后,下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中,不考虑两球的浮力变化)() A当
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