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高二化学原电池工作原理3


? 第3节 化学能转化为电能— —电池

? 第1课时 原电池工作原理

? 1.了解原电池的工作原理。 ? 2.掌握构成原电池的条件。 ? 3.会设计原电池。

? 一、铜锌原电池的实验探究 ? 1.装置

? 2.盐桥 ? (1)成分:KCl饱和溶液。 ? (2)离子移动方向:Cl-移向

溶液;K ZnSO4 + 移 向 CuSO4 溶液。 ? (3)作用 ? ①使两个半电池溶液连成一个通路。 ? ②使两溶液保持电中性。

电流计指 针是否偏 ? 3.实验现象 转 Ⅰ Ⅱ
偏转 偏转

电极表面变化情况 锌片质量 锌片质量
减少 减少

,铜片质量 ,铜片质量
增加

增加

Zn极 Cu极 ? 4. 实验分析及电极反应 溶液中Cu2+ 得失 电 子 电极 名 称 电极 反 应
失电子 负极 Zn―→Zn2+ +2e- 氧化反应 得电子 正极 Cu2++2e- ―→Cu 还原反应

电子流动

负极

正极

电子经导线 由 流向

? 二、原电池 电能 ? 1.定义:将 化学能 转化为 的装置 。 ? 2.构成条件 ? (1) 由两种活泼性不同的金属或由金属和非金 正极 负极 属作电极,一般较活泼金属作 ,较不 电解质溶液 活泼金属或非金属作 。 闭合回路 ? (2) 两 电 极 必 须 同 时 浸 在 中。 ? (3) 两 电 极 之 间 要 用 导 线 ( 或 盐 桥 ) 形 成 。 ? (4) 能自发地发生氧化还原反应 ( 有明显电流产

? 3.工作原理(以铜锌原电池为例)

? [开放探究] (1)构成原电池的化学反应有何特 点? ? (2)如何用反应2Fe3++Fe===3Fe2+设计原电池 ? ? 提示: (1) 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。
? (2) 也可) (其他答案合理

? 1 .在理论上不能用于设计原电池的化学反应 是( ) ? A . H2SO4(aq) + BaCl2(aq)===2HCl(aq) + BaSO4(s) ΔH<0 ? B . 2CH3OH(l) + 3O2(g)===2CO2(g) + 4H2O(l) ΔH<0 ? C . 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0 ? D . 3Cu(s) + 8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g)+4H O(l) ΔH<0

? 解析: 用于设计成原电池的反应一般为放热 的、可以自发进行的氧化还原反应,所以A不 能,因为A为复分解反应,是非氧化还原反应 。 ? 答案: A

? 2 .将铜和锌用导线连接插入到盐酸中,关于 该装置的叙述,正确的是( ) ? A.锌是负极,铜的表面有气泡 ? B.电子从铜极经外电路流向锌极 ? C.溶液中Cl-向铜极移动 ? D.溶液的pH基本没有变化

? 解析: B项锌失去电子,电子从负极流向正 极,电流方向与电子流向相反,B错;原电池 中阴离子流向负极,C错;H+在正极得电子生 成H2,所以溶液中H+浓度降低,pH增大。 ? 答案: A

? 3 .在下图中的 8 个装置中,属于原电池的 是________。

? 解析: 构成原电池要有四个基本条件。a.电 解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼 ,另一个相对较不活泼。两个电极直接或间接 地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自 发地发生氧化还原反应; d.形成闭合回路。④ ⑥⑦符合条件。 ? 答案: ④⑥⑦

? 一、正、负极的判断 ? 1 . 由组成原电池的电极材料判断: 一般是活 泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电 的非金属为正极。 ? 2 . 根据电流方向或电子流动方向判断: 电流 是由正极流向负极;电子流动方向是由负极流 向正极。 ? 3 . 根据原电池里电解质溶液内离子的定向流 动方向判断:在原电池的电解质溶液内,阳离 子移向的极是正极,阴离子移向的极是负极。

? 4 .根据原电池两极发生的变化来判断:原电 池的负极总是失电子发生氧化反应,其正极总 是得电子发生还原反应。 ? 5 .根据电极是否被溶解判断:被溶解的电极 为负极,增重或有气泡产生的电极为正极。

? 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。

?

(2011· 宁波高二质检 ) 如图 所示装置中,可观察到电流 M N棒变粗,N 棒 P 计指针偏转, M 变细,由此判断下表中所列 M A 锌 铜 稀硫酸溶液 、N B 、 P 物质,其中可以成立 铜 铁 稀盐酸 的是 ( ) C 银 锌 AgNO3溶液 确定 D 锌 铁 Fe(NO ) 溶液 3 3 思路点拨: 由M、N棒的变化 ――→ M、N的电极名

称→逐项验证。

? 由M棒变粗知M棒表面析出金属,发生还原反 应,应为原电池的正极;同理由 N 棒变细知 N 棒为负极。再根据原电池的构成条件知,金属 活性 N>M ,故 A 、 D 项不符合题意。 B 项的正 极反应为: 2H + + 2e - ―→H2↑ ,不符合题意 。 C 项:负极反应为 Zn―→Zn2 + + 2e - ,正极 反应为2Ag++2e-―→2Ag,符合题意。 ? 答案: C

? 1.剪约6 cm长、2 cm宽的铜片、铝片各一片 ,分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上 ( 间隔2 cm)。将铜片与铝片分别和电流表的两 接线柱相连,电流表指针调在中间位置。取两 个 50 mL 的小烧杯,在一个烧杯中注入约 40 mL的浓硫酸,在另一只烧杯中注入40 mL 0.5 mol·L-1的硫酸溶液。试回答下列问题(已知电 流表指针偏转方向与电子流向一致):

? (1) 两电极同时插入稀硫酸中,电流表指针偏 向连接________( 填“铝”或“铜” ) 的接线柱 。 ? (2) 两电极同时插入浓硝酸时,电流表指针偏 向连接________( 填“铝”或“铜” ) 的接线柱 ,此时铝是________(填“正”或“负”)极。 ? 答案: (1)铝 (2)铜 正

? 二、原电池的设计 ? 以2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2为例,设计一 个原电池。 ? 1 .确定电极反应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,电极反应式为: ? 负极:Cu―→Cu2++2e- ? 正极:2Fe3++2e-―→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;如为气体 (如H2)或溶液中的还 原性离子,可作惰性电极 ( 如Pt 、碳棒 ) 做负极 。 ? 发生还原反应的电极材料必须比负极材料不活 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,画出示意图。

(合理即可)

?

依 据 氧 化 还 原 反 应 : 2Ag + (aq) + Cu(s)===Cu2 + (aq) + 2Ag(s) ,设计一个最简 单的原电池。 ? (1) 在下边方框内画出实验装置图,并指出 正 极 为 ________ , 电 极 反 应 式 为 ___________________________; ? 负 极 为 ________ , 电 极 反 应 式 为 ______________。

? (2) 该反应还可设计成能量转化效率更高的原 电池装置,如图所示:

? 请回答下列问题: ? ① 电 极 X 的 材 料 是 ________ , Y 的 材 料 是 ________,电解质溶液Z是________。 ? ②盐桥的作用是________。 ? ③ 外 电 路 中 的 电 子 是 从 ________ 电 极 流 向 ________电极。

? 本题考查原电池的原理和设计,解题时应明确 设计思路,理解带盐桥的原电池的组成原理。 根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是 :首先将已知的反应拆成两个半反应 ( 即氧化 反应和还原反应): Cu―→Cu2++2e-,2Ag+ + 2e - ―→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,正极要保证Ag+得到负极失去的电子, 一般用不能还原 Ag+的材料如Pt或碳棒等,电 解质溶液只能用含Ag+的电解质溶液如AgNO3 溶液。在带盐桥的原电池组成半电池时,注意 电极材料与溶液中的离子一般要相对应,如

? ? ? ?

答案: (1)实验装置图如图: Pt 2Ag++2e-―→2Ag Cu Cu―→Cu2++2e- (2)①Cu Ag AgNO3 ② 将 两个隔离的电解质溶液连接起 来,可使电流持续传导 ③Cu Ag

正极 负极 电解质溶液 2 + ===Zn2 + ? 2.一个原电池总反应为 Zn + Cu A Zn Cu CuCl2 +Cu,该电池材料及电解质溶液可能是 (双 B Cu Zn H2SO4 选)( ) C Cu Zn CuSO4 D Fe Zn CuSO4

? 解析: 原电池总反应:Zn+Cu2+===Zn2++ Cu ,可得出其负极反应: Zn―→Zn2 + + 2e - ( 氧化反应 ),正极反应: Cu2++2e - ―→Cu(还 原反应 ) ,发生氧化反应的一极是原电池负极 ,发生还原反应的一极为原电池正极,因此负 极材料只能是 Zn 。正极为 Cu2 + 得电子还原成 铜,电解质应为可溶性铜盐,正极材料为活泼 性比Zn弱的Cu、Fe(或C、Pt)等。 ? 答案: CD

? 1.(2010·余姚高二质检)以下能形成原电池 的是( )

? A.①② B.②③ ? C.②④ D.②③④ ? 解析: 水果中有电解质溶液,如果酸等。② ④符合原电池的构成条件。 ? 答案: C

? 2.关于如图所示装置的叙述,正确的是( ) ? A.铜是阳极,铜片上有气泡产生 ? B.铜片质量逐渐减少 ? C.电流从锌片经导线流向铜片 ? D.氢离子在铜片表面被还原 ? 解析: 从图中看出装置是原电池,Zn较活泼 ,发生失电子的氧化反应,是负极,电子由Zn 流向 Cu,溶液中的 H+在铜片上得电子,发生 还原反应生成H2,电流方向与电子流向相反, 从铜片经导线流向锌片。 ? 答案: D

? 3.某原电池,将两金属X、Y用导线连接,同 时插入相应的电解质溶液中,发现Y电极质量 增加,则可能是下列情况中的( ) ? A.X是负极,电解质溶液为CuSO4溶液 ? B.X是负极,电解质溶液为稀H2SO4溶液 ? C.X是正极,电解质溶液为CuSO4溶液 ? D.X是正极,电解质溶液为稀H2SO4溶液

? 解析: 将金属 X 、 Y 用导线连接,同时,插 入相应的电解质溶液中,构成原电池。负极上 发生氧化反应,失去电子,电子经外电路流向 正极,溶液中的阳离子在正极得电子而被还原 ,若使 Y 极质量增加,四个选项中,只有 A 正 确; X 是负极; Y 是正极,电解质是 CuSO4 溶 液。 ? 答案: A

? 4 . (2011· 马 鞍 山 高 二 质 检 ) 对 于 锌 - 铜 - 稀 H2SO4组成的原电池装置中,当导线中有1 mol 电子通过时,理论上的两极变化是( ) ? ①锌片溶解了32.5 g ②锌片增重32.5 g ③铜 片上析出1 g H2 ④铜片上析出1 mol H2 ? A.①和③ B.①和④ ? C.②和③ D.②和④

? 解析: 锌片做负极,电极反应为 Zn―→Zn2 ++2e-,所以导线中有1 mol电子通过时,锌 片溶解了32.5 g;铜片做正极,电极反应为2H ++2e-―→H ↑,所以导线中有1 mol电子通 2 过时,铜片上析出氢气0.5 mol (1g)。 ? 答案: A

? 5.(2011·石狮高二质检)已知:直流电池、导 线 ? 电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝。 ? 电解质溶液: CuCl2 溶液、 Fe2(SO4)3 溶液、盐 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 , 负 极

(3)若Cu+2H+===Cu2++H2↑能发生,请在上边框图 内画出实现该反应的装置图(运用题目所给材料和药品)。

? 解析: 此题考查的是原电池原理,只要有两 种活泼性不同的电极相连,另有电解质溶液且 构成闭合回路就可构成原电池。 ? (1) 中铜导线和铝导线连在一起在潮湿空气中 就构成了原电池,导致铝导线被腐蚀。 ? (2) 题目条件可以构成原电池,其中 Cu 为原电 池负极,石墨为原电池的正极。 ? (3)反应Cu+2H+===Cu2++H2↑可通过电解池 来实现, Cu 作电解池阳极,石墨或其他电极 作电解池阴极,选用盐酸作电解质溶液。

? 答案: (1)构成原电池,负极铝加快腐蚀 ? (2) 能 Cu―→Cu2 + + 2e - 2Fe3 + + 2e - ―→2Fe2+ ? (3)见下图所示

练考题、验能力、轻巧夺冠


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