第8课 原电池原理Word文档格式.docx
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【提问】
可让学生讨论2-3分钟回答)
这样的简单原电池能否高效地将化学能转化为电能?
可否讨论其缺点将装置改进?
讨论盐桥设置能否提高电池效率,并填写下列内容:
【回答】
(1)在铜极上很快就聚集了许多氢气泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开,这样就增加了电池的内阻,使电流不能畅通。
(2)锌电极直接接触硫酸溶液,容易有化学反应,在锌片上直接得失电子,不形成电流。
2.盐桥原电池:
(2)原理分析:
现象
锌片不断溶解,铜片上有气泡产生,电流表指针发生偏转
电极
Zn电极
Cu电极
电极名称
负极
正极
得失电子
失电子
得电子
电子流向
从负极流出
流向正极
反应类型
氧化反应
还原反应
电极反应式
Zn===Zn2++2e-
Cu2++2e-===Cu
Zn+Cu2+===Cu+Zn2+
(3)盐桥的作用:
此处最好画图板书)
①使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触,能产生持续、稳定的电流。
②平衡电荷:
在整个装置的电流回路中,溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。
如果取出盐桥,Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。
同时,CuSO4则由于Cu2+变为Cu,使得SO42-相对较多而带负电荷。
溶液不保持电中性,这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断。
由于盐桥(如KCl)的存在,其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移,阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移,分别中和过剩的电荷,保持溶液的电中性,因而放电作用不间断地进行,直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。
若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
【知识应用】
★1.下列叙述正确的是()
①原电池是把化学能转化为电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.①⑤B.①④⑤
C.②③④D.②⑤
答案:
A
解析:
②原电池负极发生氧化反应,正极发生还原反应;
③原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应;
④碳棒是导体,可作原电池的正极。
★★2.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型管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是()
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为:
Ag++e-=Ag
③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①②B.②③
C②④D.③④
C
①原电池工作时外电路中电流由正极流向负极,应由银电极流向铜电极,③中取出盐桥不能形成闭合回路,原电池不能继续工作。
【要点小结】
1.基于原电池的基本模型的原电池原理理解:
2.一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。
3.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。
【拓展提升】
★1.在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片,下列叙述正确的是( )
A.正极附近的SO2-4离子浓度逐渐增大
B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出
D.铜片上有H2逸出
D
本题符合铜锌原电池的形成条件,原电池工作时,电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。
负极锌片:
Zn-2e-===Zn2+;
正极铜片:
2H++2e-===H2↑,总反应为:
Zn+2H+===
Zn2++H2↑,原电池中没有产生O2。
没有参与反应的SO2-4离子浓度不会逐渐增大。
★★
2.将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中(如下图所示),用电器连接成原电池。
此电池工作时,下列叙述正确的是()
A.Mg比Al活泼,Mg失去电子被氧化成Mg2+
B.Al条表面虽有氧化膜,但可不进行处理
C.该电池的外电路中,电子由Mg极流出,Al极流入
D.消耗24gMg,电路中将流动2mol电子
B
本题主要考查原电池原理。
Mg虽然比Al活泼,但Mg与NaOH溶液不反应,所以Mg条、Al条、NaOH溶液构成的原电池中,Al条作负极,失去电子被氧化成Al3+,故A、C、D项错误;
Al条表面的氧化膜可溶于NaOH溶液,因此不必处理,B项正确。
★★★3.如下图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是()
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铁
稀盐酸
C
银
硝酸银溶液
D
硝酸铁溶液
N棒变细,即N极上发生氧化反应,应为负极,N棒金属较活泼,排除A、D,由M棒变粗,可知B不正确。
二.原电池的形成(线下操作提示:
可提问齐答)
1.形成条件
(1)由两种活泼性不同的金属或由金属和非金属作电极,一般较活泼金属作负极,较不活泼金属或非金属作正极。
(2)两电极必须浸在电解质溶液中。
(3)两电极之间要形成闭合回路。
(4)能自发地发生氧化还原反应。
2.设计原电池的一般思路:
满足构成原电池的条件。
设计思路
实例
以自发发生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
负极材料:
Cu
正极材料:
石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属
电解质溶液:
FeCl3溶液
画出示意图
略
★1.在下图中的8个装置中,属于原电池的是哪几个?
构成原电池要有四个基本条件。
①电解质溶液;
②两个电极,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;
③能自发地发生氧化还原反应;
④形成闭合电路。
④⑥⑦
★2.某原电池中,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
A
Y电极质量增加,可能是溶液中的阳离子得电子而在Y极(正极)上析出金属形成的。
故只有A符合题意。
原电池正负极的判断方法:
(1)由组成原电池的两极材料判断。
一般是活泼性较强的金属为负极。
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移动方向。
在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极是正极,阴离子移向的极为负极。
(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)X极增重或减轻。
工作后,X极质量增加,说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电,X极活动性弱;
反之,X极质量减少,说明X极金属溶解,X极为负极,活动性强。
(6)X极有气泡冒出。
工作后,X极上有气泡冒出,是因为发生了析出H2的电极反应,说明X极为正极,活动性弱。
★★1.分析下图所示的四个原电池装置,结论正确的是( )
A.
(1)
(2)中Mg作负极,(3)(4)中Fe作负极
B.
(2)中Mg作正极,电极反应式为:
6H2O+6e-===6OH-+3H2↑
C.(3)中Fe作电池负极
D.(4)中Cu作正极,电极反应式为:
2H++2e-===H2↑
本题考查原电池的正、负极的判断及电极反应式的书写,电解质溶液不同,导致两极发生改变。
考查学生知识的迁移能力和灵活应变能力。
思路如下:
当稀硫酸是电解质溶液时,Mg作负极(活泼性Mg>
Al);
当NaOH是电解质溶液时,Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应);
(3)中Cu作负极,反应式为:
Cu-2e-===
Cu2+,Fe作正极,因为常温下,Fe被浓硝酸钝化,(4)中Cu作正极,电极反应式为:
2H2O+O2+4e-===4OH。
B
★★2.某原电池的电池反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+与此电池反应不符的原电池是( )
A.铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D.银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
首先通过电池反应可知:
Fe失电子应作原电池负极,而正极反应为Fe3++e-===
Fe2+,电解液必须是Fe3+的盐溶液,正极材料的活动性要弱于铁。
C中锌比铁活泼,不能作正极;
D中,更活泼金属为铁,电解液为Fe(NO3)3,与反应符合。
★★3.已知电极材料:
铁、铜、银、石墨、锌、铝;
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)设计一种以铁和稀硫酸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)。
(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被腐蚀
(2)能 Cu-2e-===Cu2+
2Fe3++2e-===2Fe2+
(3)
(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被腐蚀。
(2)因为FeCl3能与Cu发生反应:
2FeCl3++Cu===2FeCl2++CuCl2,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Cu-2e-===Cu2+,正极为石墨,电极反应为2Fe++2e-===2Fe2+。
(3)因为反应为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,所以负极为Fe,正极可为Cu、Ag或石墨,电解质溶液为稀硫酸,即可画出装置图。
三.原电池的应用:
1.加快氧化还原反应的速率
例如:
在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。
2.寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源
3.比较金属活动性强弱
有两种金属a和b,用导线连接后插入到稀H2SO4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。
4.用于金属的防护
(1)金属的腐蚀:
都是金属原子
失去
电子而被氧化的过程
(2)电化学腐蚀和化学腐蚀的区别
电化腐蚀
化学腐蚀
条件
不纯金属或合金与电解质溶液接触
金属与非电解质直接接触
有微弱的电流产生
无电流产生
本质
较活泼的金属被氧化的过程
金属被氧化的过程
关系
化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生,但电化腐蚀更加普遍,危害更严重
(3)电化学腐蚀的分类:
此处可板书原电池基本装置原理图让学生讨论分析后作答)
析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出
①条件:
潮湿空气中形成的水膜,酸性较强(水膜中溶解有CO2、SO2、H2S等气体)
②电极反应:
负极:
Fe
–
2e-
=
Fe2+
正极:
2H+
+
H2
↑
总式:
Fe2+
吸氧腐蚀——反应过程吸收氧气
中性或弱酸性溶液
2Fe
4e-
2Fe2+
正极:
O2+4e-
+2H2O
4OH-
总式:
O2
=2
Fe(OH)2
生成的
Fe(OH)2被空气中的O2氧化,生成
Fe(OH)3
,Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·
x
H2O(铁锈主要成分)
(4)原电池原理防止电化学腐蚀:
牺牲阳极的阴极保护法
原理:
原电池反应中,负极被腐蚀,正极不变化
应用:
在被保护的钢铁设备上装上若干锌块,腐蚀锌块保护钢铁设备
负极:
锌块被腐蚀;
正极:
钢铁设备被保护
★1.下列叙述正确的是( )
A.反应AlCl3+4NaOH===NaAlO2+3NaCl+2H2O可以设计成原电池
B.Zn和稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率
C.把Fe片和Cu片放入稀硫酸中,并用导线把二者相连,观察到Cu片上产生大量气泡,说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化
D.Zn-Cu原电池工作过程中,溶液中H+向负极作定向移动
答案 B
解析 A项,属非氧化还原反应,不能用于设计原电池;
B项,锌与置换出来的铜在电解质溶液中形成原电池,加快产生H2的速率;
C项,构成原电池,负极Fe-2e-===Fe2+,正极2H++2e-===H2↑;
D项,H+向原电池的正极作定向移动。
★★2.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。
若a、b相连时,a为负极;
c、d相连时,电流由d到c;
a、c相连时,c极产生大量气泡,b、d相连时,b上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()
A.a>
b>
c>
dB.a>
d>
b
C.c>
a>
dD.b>
a
根据原电池原理,作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强。
电子流动方向是由负极流向正极,电流方向与电子流动方向相反,因此可作出如下判断:
活动性:
①a>
b;
②c>
d;
③a>
c;
④d>
b,综合得结论,金属活动性:
运用原电池原理解释原电池应用的格式:
说明原电池的构成(正负极、电解质溶液以及回路)→该原电池装置对所需要的应用造成的效果(产生电流、反应速度加快、正负极不同现象、正极被保护等)
★★1.将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加少量的CuSO4溶液,下列各图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系,正确的是()
a中锌先与Cu2+反应,生成的Cu与Zn形成原电池,加快了反应速率,但锌粉被消耗了一部分,造成产生H2的量变少。
★★2.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①该电化腐蚀称为__________________。
②图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是________(填字母)。
③以锌为负极,采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀,图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。
①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。
②发生吸氧腐蚀,越靠近液面接触到的O2越多,腐蚀得越严重。
③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池,锌作负极,铁闸作正极,得到保护。
答案为:
①吸氧腐蚀 ②B ③C
★★★3.根据下图,可判断出下列离子方程式中错误的是( )
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)===2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)===Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)===2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)===2Ag(s)+Co2+(aq)
答案 A
解析 根据原电池知识,金属活动性:
负极>正极,可得三种金属的活动性顺序应为Cd>Co>Ag,则选项中符合此关系的置换反应成立。
【课堂练习】
★
1.某小组为研究电化学原理,设计了如图所示装置。
下列叙述不正确的是( )
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D.a和b用导线连接后,电流由铁电极经导线流向铜电极
答案 D
解析 a和b不连接时,Fe和Cu2+直接发生氧化还原反应,铁片上会有金属铜析出,A项正确;
若a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁为负极,铜为正极,电极反应式分别为Fe-2e-===Fe2+、Cu2++2e-===Cu,B项正确;
分析选项A、B可知,选项C是正确的;
在原电池中,电流应由正极流出,经导线流向负极,故D项错。
★★2.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。
观察到:
开始导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管液面。
以下有关解释合理的是( )
A.生铁片中的碳是原电池的负极,发生还原反应
B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀
C.墨水回升时,碳极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-
D.具支试管中溶液pH逐渐减小
答案 C
解析 生铁片中的碳是原电池的正极,A错误;
雨水酸性较强,开始时铁片发生析氢腐蚀,产生氢气,导管内液面下降,一段时间后铁片发生吸氧腐蚀,吸收氧气,导管内液面回升,B错误;
墨水回升时,铁片发生吸氧腐蚀,碳极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,C正确;
铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,具支试管内溶液pH均增大,D错误。
★★3.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:
实验装置
部分实验现象
a极质量减小
b极质量增加
b极有气泡产生
c极无变化
d极溶解
c极有气泡产生
电流从a极
流向d极
由此判断这四种金属的活动性顺序是( )
dB.b>
a
C.d>
cD.a>
c
解析 由第一个装置a极溶解,故a为负极,可知金属活动性a>
b,第二个装置依据金属活动顺序可知金属活动性b>
同理第三个装置d极溶解可知d极为负极,金属活动性d>
c,由第四个装置电流从a极流向d极,则电子从d极流向a极,故金属活动性d>
a,则选项C符合题意。
★★4.依据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)===2Ag(s)+Cu2+(aq)设计的原电池如下图所示。
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________电极流向__________电极。
答案
(1)Cu AgNO3溶液
(2)正 2Ag++2e-===2Ag(或Ag++e-===Ag)
Cu-2e-===Cu2+ (3)Cu(负) Ag(正)
解析 该原电池的电池总反应式为2Ag+(aq)+Cu(s)===2Ag(s)+Cu2+(aq),由此可知X极是铜,作负极,银作正极,Y应是AgNO3溶液。
电子从原电池的负极经导线流向正极,即从铜电极流向银电极。
【课后作业】
★1.下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A.纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用
C.海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀
D.可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀
解析 银器在空气中久置会被氧化变黑,为化学腐蚀,A正确;
当镀层破损时,Sn、Fe可形成原电池,Fe为负极,不再起到保护作用,B错;
Fe与Zn块形成原电池,Zn作负极(阳极),从而保护Fe正极(阴极),C正确;
外加电流的阴极保护法应使被保护对象与直流电源的负极相连,故D正确。
★2.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )
A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生
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- 第8课 原电池原理 原电池 原理