电化学基础-学案版

选修四电化学基础1第一节原电池一、教材提炼电化学：研究化学能与电能相互转换的装置、过程和效率的科学。电化学反应过程（及其装置）可以分为两类（从反应产物和电流的关系）：产生电流的反应（发生在化学电池中，是自发的，向外界输送能量）；借助电流而发生的反应（发生在电解池中，由外界输入的能量推动）。电化学相关工业：电解、电镀、电冶金、电池制造氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转移，但通常的的氧化还原反应中不能获得电流。（相当于短路，反应时，有热量放出来）二、考点解读要点一、原电池1、概念：将转化为的装置叫原电池。（是电的源头）2、原电池的构成条件①(材料可以是金属或导电的非金属)，分别发生氧化和还原反应。负极：活泼性，失去电子发生反应。（负阳氧失）正极：活泼性，溶液中阳离子得到电子发生还原反应。（正阴还得）②，电解质中阴离子（带负电）向负极方向移动，阳离子（带正电）向正极方向移动，阴阳离子定向移动形成内电路。（正正负负）③导线将两电极连接，。④有能反应。要点诠释：a．原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。如图：b．形成闭合回路的方式有多种，可以是用导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如图：ZnSO4CuSO4ZnCuZnCCH3CH2OHZnCuSO4ZnCuuCuSO4选修四电化学基础2要点二、原电池工作原理的实验探究1、实验设计①按照图示装置进行实验。请观察两个金属片插入溶液后电流表指针位置的变化、金属电极表面的变化以及溶液温度的变化，分析是否有电流产生。极Zn片：极Cu片：同时在Zn片上，Zn可直接与CuSO4溶液反应，生成Cu与ZnSO4，因此该装置中既有化学能转化为电能，同时也有化学能转化为热能。指针发生，但是标注出电子流向②按照下图组装实验装置，注意最后将盐桥插入两种电解质溶液中。请观察反应过程中电流表指针位置的变化，判断是否有电流产生，并观察电极表面以及溶液温度的变化情况。锌片：极，(反应)铜片：极，(反应)总化学方程式：指针发生，且标注出电子流向要点诠释：盐桥的作用及优点a．组成：将热的饱和KCl或NH4NO3琼胶溶液倒入U形管中(不能产生裂隙)，即可得到盐桥。将冷却后的U形管浸泡在KCl饱和溶液或NH4NO3饱和溶液中备用。b．作用：使两个半电池中的溶液连成一个路。c．优点：使原电池中的氧化剂和还原剂近乎完全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定向移动，使原电池能、地产生电流。2、实验记录电流产生情况电极表面变化情况温度变化情况能量变化情况(Ⅰ)有电流产生，指针偏转，但不稳定锌片质量，铜片上有色物质析出，铜片质量溶液温度化学能转化为能、能(Ⅱ)有电流产生，指针较稳定偏转，锌片质量，铜片上有色物质析出，铜片质量溶液温度化学能转化为能3、实验分析1mol/L的CuSO4溶液CuZn1mol/LZnSO41mol/LCuSO4ZnCu选修四电化学基础3要点三、原电池中电荷移动方向在原电池构成的闭合电路中，有电荷的流动；从电路的构成方面来说，有外电路上电荷的流动和内电路上电荷的流动；从电荷的类型方面来说，有电子的流动和阴、阳离子的流动，其中的具体情况见图。电子从负极出发流向正极★★，阴、阳离子：阳离子流向正极，阴离子流向负极离子不上岸（导线），电子不下水（溶液）要点四、原电池的电极判断要点诠释：活泼金属在原电池中不一定作负极。如Mg—Al—NaOH溶液原电池，活泼性Mg＞Al，但此原电池中Al作负极，作正极。负极反应：，正极反应：，总反应：。判断一个原电池中的正负极，最根本的方法是：失e－的一极是极；得e－的一极为极。要点五、原电池电极反应式的书写1、题目给定图示装置2、题目给定总反应式①分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生反应，正极发生反应的原理，写出正负电极的反应物与产物。②在电极反应式的左边写出得失电子数，并使左右两边守恒。③根据质量守恒定律配平电极反应式。3、几个注意点①负极材料若不与电解质溶液发生反应，则负极失电子，空气中的O2得电子发生还原反应。②电极反应式的书写必须遵守离子方程式的书写要求，如难溶物、难电离物、气体、单质、氧化物等均应写成化学式形式。③注意电解质溶液的成分对正负极反应产物的影响。如负极反应生成的阳离子若与电解质溶液的阴离子反应，则电解质溶液的阴离子应写入电极反应式，例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池，负极反应为。选修四电化学基础4要点六、原电池原理在化学中的应用1、设计原电池从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键：电解质溶液：一般能与负极反应。或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。电极材料：一般较活泼的金属作极，较不活泼的金属或非金属作极。设计思路：设计思路实例以自发的氧化还原反应为基础2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2把氧化还原反应分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)：；还原反应(正极)：以两极反应原理为依据，确定电极材料及电解质溶液负极材料：；正极材料：石墨或铂或比Cu不活泼的其他金属；电解质溶液：溶液画出示意图2、原电池工作原理的其他应用①制造电池②金属的腐蚀与防护③判断金属的活泼性④加快反应的速率构成原电池时反应速率比直接接触的反应速率。如实验室制取H2时，用粗锌与稀H2SO4反应比用纯锌时的速率快。【典型例题】类型一：原电池原理及简单应用例1有关原电池的下列说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中，只有金属锌作负极C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池工作时，阳离子向负极方向移动【变式1】下列变化中属于原电池反应的是()（双选）A．在空气中金属铝表面迅速氧化成保护层B．镀锌铁表面有划损时，仍然能阻止铁被氧化C．红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色的保护层D．锌与稀硫酸反应时，加入少量的CuSO4溶液可使反应加快选修四电化学基础5例2如图所示的原电池装置中，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，则对此装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为Zn棒和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn棒C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X＞YD．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应【变式1】X、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W→Z；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泼性顺序是()A．X＞Z＞W＞YB．Z＞X＞Y＞WC．W＞X＞Y＞ZD．Y＞W＞Z＞X类型二：原电池的设计例3利用反应Zn+2Fe3+＝Zn2++2Fe2+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________。实验装置图如下：或【变式1】如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时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()A．a是Zn、b是Cu、c为稀H2SO4B．a是Cu、b是Zn、c为稀H2SO4c．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液D．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液类型三：电极反应式、电池反应式的书写例4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，发生的电极反应为________；X电极上发生的电极反应为________；(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极。选修四电化学基础6三、课后练习一、选择题1．下列各组成金属和溶液，能组成原电池的是（双选）ACu、Cu、稀硫酸BZn、Cu、稀硫酸CCu、Zn、酒精DZn、Cu、CuSO4溶液2.有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等物质的量浓度的盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出，据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（）A．B＞C＞D＞AB．D＞B＞C＞AC．D＞C＞B＞AD．D＞A＞B＞C3．将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列各叙述正确的是（）A.负极有Cl逸出，正极有H+逸出B.负极附近Cl的浓度减小C.正极附近Cl的浓度逐渐增大D.溶液中Cl的浓度基本不变4．以Mg片和Al片为电极，并用导线连接，同时插入NaOH溶液中，下列说法正确的是（）A.Mg片作负极，电极反应：Mg－2e-＝Mg2+B.Al片作负极，电极反应：Al＋4OH-－3e－＝AlO2－＋2H2OC.电子从Mg电极沿导线流向Al电极D.Al片上有气泡产生5．下列事实能说明Al的金属活动性比Cu强的是（）A、常温下将铝和铜用导线连接组成原电池放入到氢氧化钠溶液中B、常温下将铝和铜用导线连接组成原电池放入到稀盐酸溶液中C、与氯气反应时，铝失去3个电子，而铜失去2个电子D、常温下，铝在浓硝酸中钝化而铜不发生钝化6．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．铜离子在铜片表面被还原7．有关如右图所示原电池的叙述，正确的是（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液）（）A．铜片上有气泡逸出B．取出盐桥后，电流计依然发生偏转C．反应中，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液D．反应前后铜片质量不改变8.现有一定条件下进行的反应：Cu+2H2O＝Cu(OH)2+H2↑，根据该反应设计原电池的说法正确的是（）A．可以铜为负极，碳为正极，氯化钠为电解质溶液构成原电池B．可以铜为正极，碳为负极，氯化钠为电解质溶液构成原电池C．可以铜为负极，碳为正极，稀硫酸为电解质构成原电池D．该反应不能构成原电池9.将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中，反应一段时间后，溶液质量减轻的是（）A．氯化铝B．硫酸铜C．硝酸银D．稀硫酸10．如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）A．铁圈和银圈左右摇摆不定B．铁圈和银圈保持平衡状态C．铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D．银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜11.100mL浓度为2mol／L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是（）A．加入适量6mol／L的盐酸B．加入几滴CuCl2溶液选修四电化学基础7C．加入适量蒸馏水D．加入适量的NaCl溶液选修四电化学基础8第二节化学电源一、教材提炼二、考点解读知识点一、化学电池1、定义化学电池是将能转变成能的装置。2、分类3、化学电池的优点①化学电池的能量转换效率较，供能可靠。②可以制成种形状和大小、不同容量和电压的电池及电池组。③使用方便，易于维护，并可在种环境下工作。4、判断电池优劣的主要标准①比能量：即单位质量或单位体积所能输出的多少，单位(W·h)/k或(W·h)/L。②比功率：即单位质量或单位体积所能输出的大小，单位W/kg或W/L。③电池的可储存时间的长短。知识点二、常见的化学电池电池负极反应正极反应总反应式一次电池普通干电池(Zn、MnO2、、C)2MnO2+2NH4++2e－＝2NH3+Mn2O3+H2O2MnO2+2NH4++Zn＝2NH3+Mn2O3+H2O+Zn2+碱性锌锰电池(Zn、、MnO2)2MnO2+2H2O+2e－＝2MnOOH+2OH－Zn+2MnO2+2H2O＝2MnOOH+Zn(OH)2锌银电池(Zn、KOH、)Zn+Ag2O+H2O＝Zn(OH)2+2Ag二次电池铅蓄电池(Pb、、PbO2)Pb+PbO2+2H2SO4放电充电2PbSO4+2H2O氢镍电池[H2、OH－、