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实验探究10原电池工作原理探究实验探究10原电池工作原理探究[教材实验原型]原电池工作原理(人教版化学选修4P71实验4-1)锌铜原电池装置[教材实验原理]1.装置特点(1)由左右两个容器组成,中间用盐桥连接。(2)Zn与含Zn2+的电解质溶液在同一容器中,Cu与含Cu2+的电解质溶液在同一容器中;避免Zn与Cu2+接触而发生反应,防止化学能转化为热能。2.实验现象原电池工作时,锌棒不断溶解,铜棒不断变粗;电流表指针发生偏转;右池溶液颜色不断变浅。3.电极反应和电池反应方程式正极:Cu2++2e-===Cu负极:Zn-2e-===Zn2+电池反应方程式:Zn+Cu2+===Zn2++Cu4.盐桥的组成和作用(1)组成:盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。(2)作用:①连接内电路,形成闭合回路;②平衡电荷,使原电池不断产生电流。[命题角度探究]1.原电池外电路中电流和电子流向路径是怎样的?提示:原电池外电路中电流从正极流向负极;电子从负极流向正极。2.原电池工作时,盐桥中的离子如何移动?能否用金属导线代替盐桥?提示:盐桥中阳离子移向正极区,阴离子移向负极区;不能用金属导线代替盐桥。3.用稀H2SO4代替CuSO4溶液时,电极发生哪些反应?提示:负极:Zn-2e-===Zn2+,正极:2H++2e-===H2↑。4.铜锌原电池工作过程中,若有0.2mole-转移,两极的质量相差多少?(假设开始时,两极质量相等)提示:负极反应:Zn-2e-===Zn2+,正极反应:Cu2++2e-===Cu。当有0.2mole-转移时,负极减少6.5g,正极增加6.4g,故两极质量差为12.9g。[典题真题体验]1.(2021·高考安徽卷节选)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。图1图20~t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是____________________________________,溶液中的H+向________极移动。t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是________________________________________________________________________。解析:在0~t1时,正极上NO-3得电子后结合H+生成NO2和H2O;在原电池中,阳离子向正极移动,故H+向正极移动;由于Al在浓硝酸中发生了钝化,生成的氧化膜阻止了反应的进行,此时Cu与浓硝酸反应而导致Cu作负极,电子流动方向发生了改变。答案:NO-3+e-+2H+===NO2↑+H2O正Al在浓硝酸中发生钝化,氧化膜阻止了Al的进一步反应2.(高考经典题节选)能量之间可以相互转化:电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能,而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池,探究其能量转化效率。限选材料:ZnSO4(aq),FeSO4(aq),CuSO4(aq);铜片,铁片,锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(见下图),并作相应标注。要求:在同一烧杯中,电极与溶液含相同的金属元素。(2)铜片为电极之一,CuSO4(aq)为电解质溶液,只在一个烧杯中组装原电池乙,工作一段时间后,可观察到负极________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________,其原因是________________________________________________________________________。解析:(1)因为电子的流向是从左到右,所以我们可以这样设计原电池:左侧烧杯内盛放ZnSO4溶液,电极用锌片(或左侧烧杯内盛放FeSO4溶液,电极用铁片),右侧烧杯内盛放CuSO4溶液,电极用铜片,即可实现Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu(或Fe+CuSO4===Cu+FeSO4);(2)由所给的电极材料可知,当铜片作电极时,铜片一定是正极,则负极是活泼的金属(失电子,发生氧化反应),反应现象是电极逐渐溶解,表面有红色固体析出;(3)以锌片和铜片作电极为例,如果不用盐桥,则除了发生原电池反应外还发生锌和铜离子的直接的置换反应,会使部分化学能以热能的形式转化掉,而盐桥的使用可以避免锌和铜离子的直接接触,从而避免了化学能转化为热能,提高电池效率。答案:(1)(2)电极逐渐溶解,表面有红色固体析出(3)甲负极不和铜离子接触,避免了铜离子直接与负极发生反应而使化学能转化为热能
本文标题:实验探究10 原电池工作原理探究
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