原电池学案人教版选修4.docx
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原电池学案人教版选修4
4.1原电池学案(人教版选修4)
1原电池学案
[学习目标] 1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
2.掌握构成原电池的条件。
3.能设计原电池装置。
[重点•难点] 电极反应和电池反应方程式的书写。
.原电池原理
概念:
利用______________反应原理将________能转化为____能的装置。
原电池工作原理
装置
示意图
现象锌片________________,铜片上有____________,电流表指针发生________
电极Zn电极cu电极
电极名称
得失电子失电子得电子
电子流向
反应类型
电极反
应式
总反应式
原电池形成的条
两个________不同的电极
负极:
活泼性____,________电子发生氧化反应。
正极:
活泼性____,________电子发生还原反应。
电极均插入________________中。
构成________________。
能自发地发生的________________反应。
.下列装置中,属于原电池的是
.关于下图装置的叙述,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后生成H2
.理论上,能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。
实际设计时应该注意以下几方面。
外电路
负极――→e-导线正极
内电路
将两极浸入________________溶液中,使正、负离子作________________。
闭合电路一、原电池的正负极的判断方法
.由组成原电池的两极材料判断
较活泼的金属为____极,较不活泼的金属或能导电的非金属为____极。
.根据电流方向或电子流向判断
外电路中,电流由____极流向____极,电子由____极流向____极。
.根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断
在原电池电解质溶液中,阳离子移向____极,阴离子移向____极。
.根据原电池中两极发生的反应判断
原电池中,负极总是发生________反应,正极总是发生________反应。
若给出一个总方程式,则可根据化合价升降来判断。
.根据电极质量的变化判断
原电池工作后,某一电极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极上放电,该极为____极;
反之,如果某一电极质量减轻,则该电极溶解,为____极。
.根据电极上有气泡产生判断
原电池工作后,如果某一电极上有气体产生,通常是因为该电极发生了析出H2的反应,说明该电极为____极。
.根据某电极附近pH的变化判断
析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的pH增大,因而原电池工作后,X极附近的pH增大了,说明X极为____极。
思考:
镁—铝电极在稀H2So4中构成原电池时,正、负极材料分别是什么?
若将电解质溶液改为NaoH溶液,正、负极材料又分别是什么?
分别写出两种溶液中的电极反应。
典例1 将纯锌片和纯铜片按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
B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极
c.两烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
听课记录:
变式训练1 若例1中甲装置的电极分别为铁、铜,电解质溶液为浓HNo3,则原电池正、负极分别是什么?
利用装置乙现有材料,如何加快反应速率?
二、原电池的设计
从理论上讲,任何一个自发的氧化还原反应,都可以设计成原电池。
.基本依据
构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。
根据电池反应写出电极反应;
找出两极材料;
找出电解质溶液;
形成闭合回路。
.电解质溶液及电极材料的选择
电解质溶液的选择
电解质是使____极放电的物质,因此电解质溶液一般要能与____极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与____极发生反应。
电极材料的选择
在原电池中,选择还原性较强的金属作____极,易导电且比____极材料活动性弱的物质作____极。
.设计思路
设计思路实例
以自发的氧化还原反应为基础Zn+H2So4===ZnSo4+H2↑
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:
______
还原反应:
______
以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液负极材料:
__
正极材料:
________
电解质溶液:
____
画出示意图
典例2 利用反应cu+2Fecl3===cucl2+2Fecl2,设计一个原电池,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
________________________________________________________________________。
听课记录:
变式训练2 对于如图所示的原电池,对其中的电解质溶液有以下猜想:
猜想一:
必须是能与负极发生反应的电解质。
猜想二:
任意的电解质溶液均可在如图装置中构成原电池。
为了证明猜想是正确的,请配齐实验用品:
锌片、铜片、导线、检流计、稀硫酸、__________。
你应该做怎样的简单操作
________________________________________________________________________。
若______________,则说明猜想二是正确的。
该电池的电流方向为:
________________________________________________________________________。
三、电极反应和电池反应的书写方法
.书写原则
遵守质量守恒和电荷守恒。
正、负极的电极反应式通过加合消去电子即为电池反应式。
弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。
.书写方法
根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生反应的物质。
①题目给定总反应式:
分析有关元素的化合价变化情况,化合价升高的物质发生氧化反应即负极反应;化合价降低的物质发生还原反应即正极反应。
②题目给定图示装置:
先确定正、负极,再根据正、负极反应规律书写电极反应式。
注意电解质溶液的成分及其对正、负极反应产物的影响,正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。
典例3 写出下表中电池装置的电极反应和总的化学反应方程式:
负极材料正极材料电解质溶液
铁铜硫酸
铜银硝酸银
正极反应
________________________________________________________________________;
负极反应
________________________________________________________________________;
总反应方程式
________________________________________________________________________。
正极反应
________________________________________________________________________;
负极反应
________________________________________________________________________;
总反应方程式
________________________________________________________________________。
听课记录:
变式训练3 由锌片、铜片和200L稀H2So4组成的原电池如下图所示。
原电池的负极反应是
________________________________________________________________________,
正极反应是
________________________________________________________________________。
电流的方向是______________。
一段时间后,当在铜片上放出1.68L气体时,H2So4恰好消耗一半。
则产生这些气体的同时,共消耗________g锌,有______个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是________。
课前准备区
.氧化还原 化学 电 逐渐溶解 红色物质沉积 偏转 负极 正极 流出 流入 氧化反应 还原反应 Zn-2e-===Zn2+ cu2++2e-===cu Zn+cu2+===cu+Zn2+
.活泼性 强 失去 弱 得到 电解质溶液 闭合回路 氧化还原
.D [利用组成原电池的条件分析:
A项两电极相同;B项酒精为非电解质;c项缺少盐桥;E项有外加电源,只有D项符合。
]
.D [本题主要考查有关原电池的知识,由所给图示可知Zn为原电池负极,失去电子被氧化,电子经导线流向正极,溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2;原电池只分正、负极,不用阴、阳极表示,电流与电子流向相反。
]
.还原性较强 电解质 定向移动 负极 正极
课堂活动区
一、
.负 正 2.正 负 负 正 3.正
负 4.氧化 还原 5.正 负 6.正
.正
思考:
在稀硫酸溶液中,正极为Al,负极为g,
电极反应为:
正极:
2H++2e-===H2↑
负极:
g-2e-===g2+
在NaoH溶液中,正极为g,负极为Al,
电极反应为:
正极:
6H++6e-===3H2↑
负极:
2Al+8oH--6e-===2Alo-2+4H2o
典例1 c [由题目中所给图示可知,甲中形成闭合回路,符合形成原电池的条件。
其中铜的活泼性不如锌强,故铜作正极,发生的电极反应为2H++2e-===H2↑;乙不能构成闭合回路,不能形成原电池,只在锌片上发生反应:
Zn+2H+===Zn2++H2↑,由于两者都消耗H+,故溶液的pH都增大。
由于原电池的形成,故甲的反应速率比乙快。
]
变式训练1 cu为负极,Fe为正极。
让锌片与铜片接触,形成原电池。
二、
.负 负 负 负 负 正
.负 Zn-2e-===Zn2+ 正 2H++2e-===H2↑ Zn 石墨或比锌活泼性差的金属 稀硫酸
典例2 实验装置图如图:
Pt 2Fe3++2e-===2Fe2+ cu cu-2e-===cu2+
解析 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:
cu-2e-===cu2+,2Fe3++2e-===2Fe2+;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Fe3+得到负极失去的电子,一般用不能还原Fe3+的材料如Pt或碳棒等,电解质溶液只能用含Fe3+的电解质溶液,如Fecl3溶液等。
变式训练2 Nacl溶液
将稀H2So4换成Nacl溶液 检流计指针发生偏转
从铜片流向锌片
典例3 2H++2e-===H2↑
Fe-2e-===Fe2+
Fe+H2So4===FeSo4+H2↑
Ag++2e-===2Ag
cu-2e-===cu2+
cu+2Ag+===cu2++2Ag
解析 负极失电子,发生氧化反应,正极得电子,发生还原反应,根据活泼性,中铁作负极,中铜作负极。
变式训练3 Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑
由cu极流向Zn极
875 9.03×1022 0.75ol•L-1
解析 产生0.075olH2,通过0.075ol×2=0.15ol电子,消耗0.075olZn和0.075olH2So4。
所以=0.075ol×65g•ol-1=4.875g,N=0.15ol×6.02×1023ol-1=9.03×1022,c=0.075ol×20.2L=0.75ol•L-1。
参考答案
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