原电池的工作原理苏教版高中化学选修4教案设计Word文件下载.docx
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正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
电子流出
电子流入
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn-2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
电池总反应式
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
3.盐桥(以铜锌原电池为例)
(1)成分:
含有KCl饱和溶液的琼脂。
(2)离子移动方向:
Cl-移向ZnSO4溶液(负极区),K+移向CuSO4溶液(正极区)。
(3)作用:
①使两个半电池形成通路,并保持两溶液的电中性。
②避免电极与电解质溶液反应,有利于最大程度地将化学能转化为电能。
二、原电池的设计
请根据离子反应Fe+Cu2+===Fe2++Cu设计一个原电池
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应式。
负极:
Fe-2e-===Fe2+;
正极:
Cu2++2e-===Cu。
(2)确定电极材料
如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;
如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作正极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中可用铁作负极,用铜作正极。
(3)确定电解质溶液
①负极区用FeCl2溶液作电解液;
②正极区用CuCl2溶液作电解液;
③如果原电池中没有盐桥,可用CuCl2溶液作电解液。
(4)构成闭合回路:
将电极用导线连接,使之构成闭合回路。
(5)画出装置图
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应。
( )
(2)原电池中的盐桥是为了连通电路,也可用金属导线代替。
(3)在原电池中阳离子移向正极,阴离子移向负极。
(4)铜、锌与硫酸组成的原电池中,锌为负极,质量减少,铜为正极,质量不变。
答案:
(1)×
(2)×
(3)√ (4)√
2.关于如图所示的原电池,下列说法正确的是( )
A.电子从锌电极通过导线流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生还原反应
D.铜电极上发生的电极反应为2H++2e-===H2↑
A [该原电池中,较活泼的金属——锌作负极,发生氧化反应,较不活泼的铜作正极,发生还原反应,电子由负极——锌流出,经导线流向铜电极,电极反应分别为负极:
Zn-2e-===Zn2+,正极:
Cu2++2e-===Cu;
盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移,故A正确,B、C、D错误。
]
3.如图所示:
(1)当K断开时,________片上有气泡产生,生成气体对应的离子方程式为____________________________________
_________________________________________________________。
(2)当K闭合时,________片上有气泡。
生成气体对应的反应式为_______________________________________________________。
解析:
(1)K断开时,Zn与盐酸直接发生置换反应,离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑。
(2)K闭合时,Zn、Cu和盐酸构成原电池,Cu为正极,电极反应为2H++
2e-===H2↑,因此铜片上产生气体。
(1)锌 Zn+2H+===Zn2++H2↑
(2)铜 2H++2e-===H2↑
原电池正负极的判断
及电极反应式的书写
1.原电池正负极的判断
2.原电池的电极材料“两注意”
(1)注意电解质溶液对电极类型的影响
一般较活泼金属作负极,较不活泼的金属或导电的非金属作正极,但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池,则是较不活泼的金属作负极。
例如:
镁铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;
但若以氢氧化钠为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极。
(2)注意电极材料是否参与反应
负极材料不一定参与反应,如燃料电池;
负极和正极材料都参与反应,如铅蓄电池。
3.一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。
4.已知总反应式,书写电极反应式
(1)分析化合价,确定正极、负极的反应物与反应产物。
(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。
【例1】 如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( )
A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极
B.电极Ⅱ的电极反应式为:
C.该原电池的总反应为:
2Fe3++Cu===Cu2++2Fe2+
D.若盐桥中装有含氯化钾的琼脂,则其作用是传递电子
C [该原电池所发生的反应实质是Fe3+与Cu的反应,C正确;
电极Ⅰ上发生还原反应,作正极,A错;
电极Ⅱ为负极,电极反应式为:
Cu-2e-===
Cu2+,B错;
电子在负极上产生后经导线聚集在正极上被吸收掉,不可能通过溶液和盐桥,D错。
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)注意电解质溶液的酸碱性,酸性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现OH-;
碱性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现H+,电极反应中出现的离子要与电解质溶液的性质相吻合。
(4)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。
(5)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)。
1.如图,在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示,关于该装置的下列说法中正确的是( )
A.外电路的电流方向为:
X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为碳棒,Y为Fe
C.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.若两电极都是金属,则它们的活动性顺序为X>
Y
D [由图示电子流向知X为负极,Y为正极,则电流方向为Y→外电路→X,故A错;
若两电极分别为Fe和碳棒,则X为铁,Y为碳棒,B错;
负极上失去电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,C错;
若两电极均为金属,活泼金属作负极,故有活动性X>
Y。
2.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg作为负极,③④中Fe作为负极
B.②中Mg作为正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.③中Fe作为负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
D.④中Cu作为正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑
B [Mg比Al活泼,在①中Mg作负极,但在NaOH溶液中,Mg不反应,而Al可以反应,故②中Al是负极。
在浓硝酸中铁会钝化,故Cu为负极,Fe为正极。
在④中由于不断向Cu极附近通入空气,而O2比溶液中的H+得电子能力强,故Fe失去电子,在Cu极O2得到电子发生还原反应,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-。
原电池原理的应用
1.加快氧化还原反应的速率
在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。
2.比较金属活动性的强弱
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。
根据电极现象判断出a是负极,b是正极,由原电池原理可知,金属活动性a>b。
3.设计原电池
设计思路
实例
以自发进行的氧化还原反应为基础
2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2
把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应
氧化反应(负极):
Cu-2e-===Cu2+
还原反应(正极):
2Fe3++2e-===2Fe2+
以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液
负极铜和CuCl2溶液
正极碳(或铂)和FeCl3溶液
画出示意图
【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。
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)。
(1)Cu AgNO3溶液
(2)正 2Ag++2e-===2Ag Cu-2e-===Cu2+
(3)负(Cu) 正(Ag)
(1)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯,还需要CuSO4溶液吗?
(2)正极材料除了用金属Ag,还可以用哪些材料?
提示:
(1)不需要,只需要用AgNO3溶液。
(2)还可以用金属Pt、石墨电极等。
3.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是( )
电解质溶液
A
CuCl2溶液
B
H2SO4溶液
C
CuSO4溶液
D
Mg
C [根据Zn+Cu2+===Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-===
Zn2+,是电池负极;
正极反应为Cu2++2e-===Cu,故正极材料可以是石墨或Cu等,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液,C符合。
1.下列装置不可以组成原电池的是( )
A B
C D
C [C中的装置不能形成闭合回路。
2.关于原电池的说法,正确的是( )
A.在正极上发生氧化反应
B.某电极上有氢气产生,则此电极为正极
C.在外电路电子流出的为正极
D.在负极上发生还原反应
B [A项,正极发生还原反应;
B项,产生H2的电极上得电子,发生还原反应,是正极;
C项,外电路中电子由负极流出;
D项,负极失去电子发生氧化反应。
3.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为:
Zn===Zn2++2e-
B.电池反应为:
C.在外电路中,电流从负极流向正极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
B [电池的正极得电子,A选项错误;
结合该电池的装置图可知,该过程中涉及的氧化还原反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,B选项正确;
外电路中,电流从正极流向负极,C选项错误;
在烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中带正电荷的离子增加,为维持电中性,盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液,而
K+应该通过盐桥流向CuSO4溶液所在的右烧杯,D选项错误。
4.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
部分实
验现象
a极质量减小,b极质量增大
b上有气体产生,c上无变化
在导线中,电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A.a>
b>
c>
d B.b>
d>
a
C.d>
a>
cD.a>
c
C [根据装置Ⅰ可确定活动性:
b;
根据装置Ⅱ可确定活动性:
c;
根据装置Ⅲ可确定活动性:
a。
5.现有如下两个反应:
(A)NaOH+HCl===NaCl+H2O
(B)Cu+2Ag+===Cu2++2Ag
(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池:
_______________。
(2)如果不能,说明其原因:
_______________________________。
(3)如果可以,则写出正、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”):
________,____________________,____________;
若导线上转移电子1mol,则正极质量增加________g,电解质溶液为________。
(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,(B)是氧化还原反应且能自发进行。
(3)根据电池反应式Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属;
Ag+得电子,所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。
(1)(A)不能,(B)可以
(2)(A)为非氧化还原反应,没有电子转移 (3)Cu Cu-2e-===Cu2+ 氧化反应 碳棒、Ag、Pt、Au(任选一) 2Ag++2e-===2Ag 还原反应 108 AgNO3溶液
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