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1、第二单元化学能与电能的转化,第1课时原电池的工作原理,1了解原电池的工作原理及构成条件。 2能正确判断原电池的正负极。 3能写出原电池电极反应式和电池反应方程式。,一、构成原电池的条件 1两个 不同的电极(材料可以是或 )。 2电极均插入中。 3构成。 4能自发地发生氧化还原反应。 1构成原电池的化学反应有何特点? 【提示】必须是自发的氧化还原反应。原电池是化学能转化为电能的装置,发生的反应必定是放热反应,即反应的焓变小于零。,活泼性,金属,导电的非金属,电解质溶液,闭合回路,二、原电池的工作原理(以铜锌原电池为例),锌片逐渐溶解,铜片上有红色铜沉积,失电子,负极,流出,氧化反应,得电子,正极
2、,流入,还原反应,Zn2e=Zn2,Cu22e=Cu,ZnCu2=Zn2Cu,2.电极反应与电池反应有何区别与联系? 【提示】电极反应是分别在两极上发生的“半反应”(氧化反应或还原反应),电池反应是两个电极反应加合消去电子后的总反应。可通过电极反应相加求电池反应,也可通过电池反应减一个电极反应求另一个电极反应。,一、原电池正、负极的判断及电极反应式的书写 如何确定和判断原电池的正、负极? 师生互动 【提示】,书写电极反应和电池总反应应注意哪些问题? 师生互动 【提示】根据给出的化学方程式或根据题意,确定原电池的正负极,弄清正、负极上发生反应的物质。 弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示,其余以
3、离子符号表示。 注意电解质溶液的成分及其对正、负极产物的影响,正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。 写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒、质量守恒,可在电极反应式一端根据需要添加H或OH或H2O,将两个电极反应式合起来,即可得到电池总反应方程式。,将Al片和Cu片用导线相连,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别形成原电池。 (1)在这两个原电池中,负极分别为() AAl片、Cu片BCu片、Al片 CAl片、Al片 DCu片、Cu片 (2)写出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应式_。 (3)写出插入稀NaOH溶液中,形成原电池的电极反应式_。,【名师解析】(1)将Al片和Cu
4、片用导线相连,插入浓硝酸中,由于Al遇浓硝酸钝化,不能持续反应,而Cu却能与浓硝酸持续反应,所以Cu为负极;插入稀NaOH溶液中,Al与NaOH反应,失去电子被氧化,所以Al为负极。 (2)Al浓硝酸Cu组成的原电池的电极反应式为:负极:Cu2e=Cu2,正极:2NO32e4H=2NO22H2O,总的电极反应式:Cu2NO34H=Cu22NO22H2O。,(3)AlNaOH(aq)Cu组成的原电池的电极反应式:负极:2Al6e8OH=2AlO24H2O,正极:6H2O6e=3H26OH,总的电极反应式为:2Al2OH2H2O=2AlO23H2。 【答案】(1)B (2)负极:Cu2e=Cu2;
5、正极:2NO32e4H=2NO22H2O (3)负极:2Al6e8OH=2AlO24H2O;正极:6H2O6e=3H26OH,考虑装置中的电极,首先判断它们和电解质溶液反应的情况,然后再判断电极的情况。,1如右图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色、无味气体放出,符合这一情况的是(),【解析】由a极板质量增加知a极为阴极,x为负极,故C项错误;B项中a极反应为:2H2e=H2,不符合题意;D项中,b极发生反应:2Cl2e=Cl2,不符合题意。 【答案】A,二、原电池原理的应用 在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液为什么能使产生H2的速率加快? 学
6、生交流 【提示】因为ZnCu2=Zn2Cu,生成的铜与锌在稀H2SO4中构成原电池,可以加快反应速率。,如何证明镁比铝的金属性活泼? 师生互动 【提示】将镁条与铝条用一根导线相连,插入到稀H2SO4中,观察到镁条溶解,铝条上有气泡产生,由此证明镁比铝易失电子,金属性活泼。,以2FeCl3Cu=CuCl22FeCl2反应为依据,设计一个原电池,从哪些方面考虑? 师生互动 【提示】(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电极反应式。 负极:Cu2e=Cu2正极:2Fe32e=2Fe2,(2)确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接做负极;如
7、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)做负极。 发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。 本例中可用铜棒做负极,用铂丝或碳棒做正极。,(3)确定电解质溶液 一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液做电解液。 (4)构成闭合回路。 如图所示:,设计原电池如何保护铁闸和轮船船体? 学生交流 【提示】如要保护一个铁闸,可用导线将其与一锌块相连,使锌做原电池的负极,铁闸做正极;在轮船船体外壳镶上部分锌块可以达到保护轮船船体的作用。,银器皿日久表面逐渐变黑色,这是由于生成了硫化银。有人设计用原电池原理加以除去,其处理方法为:将一定浓度的食盐溶液放入一铝
8、制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去而银不会损失。 试回答: (1)在此原电池反应中,负极发生的反应为_; 正极发生的反应为_。 (2)其中食盐溶液的作用是_。,【答案】(1)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2 (2)作电解质溶液,增强导电性,本题以信息题的形式考查原电池原理的应用,抓住题目中给出的信息解题。,2X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流方向是WZ;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡,W、Y相连时,W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是 () AXZWY BZXYW
9、CXYZW DYWZX,【解析】在原电池中,活泼金属作原电池的负极,失去电子发生氧化反应;不活泼的金属作原电池的正极,得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极,与电流的方向相反。因此,X、Y相连时,X为负极,则活泼性XY;Z、W相连时,电流方向是WZ,则活泼性ZW;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡,则活泼性XZ;W、Y相连时,W极发生氧化反应,则WY。综上所述,可以得出金属的活动性顺序是XZWY。 【答案】A,1小结 2点拨 (1)原电池一般工作原理如下: 较活泼金属发生氧化反应,电子由较活泼金属通过导线流入不活泼金属或导电的非金属,溶液中氧化性较强的阳离子在不活泼电极上得到电子被还原(
10、如下图)。,(2)原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关。如镁铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;而镁铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池,铝为负极,镁为正极。 (3)设计原电池时,若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液,可用水做电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。,1下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,不能形成原电池的是(多选)(),【解析】构成原电池的条件是两种活泼性不同的电极(活泼金属与较不活泼金属或非金属);电解质溶液;形成闭合回路;总反应为能自发进行的氧化还原反应。在选项中,A项中虽然Zn和Fe都能与
11、硫酸反应,但由于其相对活泼性不同,所以能构成原电池;对于B项的理解,很多同学往往会误认为没有导线,所以不构成原电池,其实只要两个电极能够接触就能形成回路,所以B项能形成原电池;C项中由于电极材料相同,所以不能构成原电池;D项中不能构成闭合回路所以也不能构成原电池。 【答案】CD,2如图所示装置,电流表G发生偏转。同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的() AA是Zn,B是Cu,C为稀H2SO4 BA是Cu,B是Zn,C为稀H2SO4 CA是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液 DA是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液,【解析】A极逐渐变粗,说明A为原电池
12、的正极,溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出;B极变细,说明B为原电池的负极,失去电子后形成离子进入了溶液中。A和B两选项反应为ZnH2SO4=ZnSO4H2,则A选项中A极变细,B选项中A极不变;C和D两项反应为Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2,其中C项中A极变细,D选项中A极变粗。 【答案】D,3(2008年广东高考)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() 在外电路中,电流由铜电极流向银电极正极反应为:Age=Ag实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发
13、生的化学反应与该原电池反应相同 A B C D,【解析】Cu作负极,Ag作正极。负极:Cu2e=Cu2;正极:2Ag2e=2Ag。在外电路中,电子由Cu电极流向Ag电极,而电流方向与电子流向相反,所以错,没有盐桥,原电池不能继续工作,错。无论是否为原电池,反应实质相同,均为氧化还原反应,对。 【答案】C,4有X、Y、Z、W四种金属,已知:X(OH)3的碱性强于Y(OH)2;X3可将Z氧化;W可与热水反应产生H2,X不能与热水反应;把X的金属片插入稀H2SO4中,让金属片与Z接触,则X溶解速率加快。下列四种金属活动性强弱关系中一定正确的是() AXY BZY CWZ DZX,【解析】据知金属性W
14、X;据知金属性XZ,则WZ,C选项正确,D选项错误;据,由于没有说明是主族元素最高价氧化物对应的水化物,故X、Y的金属性无法比较;据也不能判定X、Z的金属性强弱,如:Mg2Fe3=Mg22Fe2,Cu2Fe3=Cu22Fe2。本题主要考查了原电池原理的应用及有关金属活动性的大小比较。 【答案】C,5将铁片、锌片相连插入硫酸铜溶液中,形成原电池。在该原电池中,负极是_;铁片是_极,发生_反应,负极反应是_,当反应中转移0.2 mol电子时,负极质量_,正极质量_。 【解析】对电极的质量变化进行计算的习题,往往与电极的判断综合在一起考查,并且电极的判断直接影响了解题的准确性。本题中,锌比铁活泼,故
15、锌做负极、铁做正极,负极发生氧化反应而溶解,正极发生还原反应,析出金属铜,故反应中转移0.2 mol电子时,负极溶解0.1 mol锌,正极析出0.1 mol铜。,【答案】锌片正还原Zn2e=Zn2减少6.5 g增加6.4 g,6根据下式所示的氧化还原反应设计一个原电池:Cu2Ag=Cu22Ag (1)装置可采用烧杯和盐桥,画出此原电池的装置简图; (2)注明原电池的正极和负极; (3)注明外电路中电子的流向; (4)写出两个电极上的电极反应。,【解析】首先将已知的反应拆成两个半反应:Cu2e=Cu2,2Ag2e=2Ag,然后结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应该用Cu作材料,正极材料为Ag。原电池由两个半电池组成,铜与铜盐溶液组成铜半电池,银和银盐溶液组成银半电池,中间通过盐桥连接起来。,【答案】(1)(2)(3)如下图所示: (4)负极:Cu2e=Cu2 正极:2Ag2e=2Ag,练考题、验能力、轻巧夺冠,
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