2019-2020学年高中化学 4.1 原电池课件 新人教版选修4

第四章电化学基础第一节原电池一、原电池二、原电池的工作原理装置示意图现象锌片_________,铜片上有红色固体析出,电流表指针发生_____电极Zn电极Cu电极逐渐溶解偏转电极名称___极___极得失电子___电子___电子电子流向__________盐桥中离子迁移_______移向ZnSO4溶液_______移向CuSO4溶液反应类型__________________电极反应式____________________________总反应式Zn+Cu2+====Zn2++Cu负正失得流出流入氯离子钾离子氧化反应还原反应Zn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu三、原电池的设计1.外电路:2.内电路:将两电极浸入电解质溶液中,阴、阳离子作_________。定向移动【自主检测】1.下列示意图中能构成原电池的是()【解析】选B。Cu、C与稀硫酸不反应,A装置不能构成原电池;Al与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应,B装置能构成原电池;C装置中的“导线”不是盐桥,不能构成原电池;D装置中缺少盐桥。2.下列关于铜锌原电池(如图所示)的说法正确的是()A.Zn是负极,发生还原反应B.Cu是负极,发生氧化反应C.铜片上有气体逸出D.电子由铜片通过导线流向锌片【解析】选C。A.该装置是原电池,Zn易失电子发生氧化反应而作负极、Cu作正极,故A错误;B.Cu作正极,发生还原反应,故B错误;C.铜是正极,氢离子在正极得电子发生还原反应:2H++2e-====H2↑,所以C选项是正确;D.负极上失电子、正极上得电子,该装置中Zn是负极、Cu是正极,所以电子从Zn沿导线流向正极Cu,故D错误。3.按如图所示装置进行实验,下列说法不正确的是()A.装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生B.甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能C.装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转D.装置乙中负极的电极反应式:Zn-2e-====Zn2+【解析】选B。装置甲中锌与稀硫酸发生氧化还原反应,生成氢气,产生气泡,装置乙中形成铜锌原电池,且锌作负极,铜作正极,正极上H+得电子生成氢气,A项正确;装置甲中没有形成原电池,不存在化学能与电能的转化,B项错误;装置乙形成了原电池,锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转,C项正确;装置乙中负极的电极反应式为Zn-2e-====Zn2+,D项正确。4.当铜锌原电池产生电流时,下列说法正确的是()A.阳离子移向Zn极,阴离子移向Cu极B.电子由Cu电极流向Zn电极C.电流由Zn电极流向Cu电极D.阴离子移向Zn电极,阳离子移向Cu电极【解析】选D。在原电池内电路中,阴离子移向负极,阳离子移向正极,铜锌原电池中,锌作负极,铜作为正极,所以A错。原电池中,电子从负极流向正极,所以B错。电流的方向与电子流动方向相反,所以C错。5.有关如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【解析】选C。该原电池中,铜作正极,正极上铜离子得电子生成铜单质,所以铜片上没有气泡产生,A错误;取出盐桥后,不是闭合回路,没有电流产生,电流计不发生偏转,B错误;原电池放电时,盐桥中阳离子向正极移动,所以盐桥中钾离子向硫酸铜溶液移动,C正确;铜电极上铜离子得电子发生还原反应而析出铜,所以铜片质量增加,D错误。知识点一原电池的工作原理1.原电池的工作原理:2.原电池正负极的判断:3.电极反应式书写的一般步骤:【素养升华】变化观念:原电池电极反应式在书写时应注意的问题(1)电极反应常用“====”而不用“”连接。(2)电极反应中若有气体生成,需加“↑”,弱电解质或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。(3)注意电解质溶液的酸碱性,酸性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现OH-;碱性溶液中进行的反应,电极反应中不能出现H+,电极反应中出现的离子要与电解质溶液的性质相吻合。(4)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。(5)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下相加即得总反应(合二为一);反之,总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。【知识拓展】在实际生产的电池中也是具有盐桥的,只不过其形状更具体,式样各不相同,如锌锰干电池使用浸透电解质的导电纸做盐桥。【典题通关】【典例】锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.原电池工作一段时间后,甲池的c()减小C.原电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡24SO【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)锌铜原电池的反应原理为Zn+Cu2+====Zn2++Cu。(2)明确阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,不允许阴离子通过。【解析】选C。由锌铜原电池原理可知,锌电极为负极,失电子,发生氧化反应,铜电极为正极,得电子,发生还原反应,A项错误;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,两池中c()不变,B项错误;电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池,乙池中Cu2++2e-====Cu,其溶液中的离子转换为Cu2+→Zn2+,摩尔质量24SOM(Cu2+)M(Zn2+),乙池溶液的总质量增加,C项正确;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池保持溶液的电荷平衡,阴离子并不能通过阳离子交换膜,D项错误。【延伸探究】(1)上题中两个电极起始质量相等,工作一段时间后,两电极质量差为1.29g,外电路通过的电子的物质的量是多少?提示:0.02mol。电池工作时,外电路通过2mol电子时,锌电极减轻65g,铜电极增重64g,质量差为129g,两电极质量差为1.29g时,按比例计算外电路通过0.02mol电子。(2)若将上题“阳离子交换膜”改为“阴离子交换膜”,上题B、C项是否正确?提示:都不正确。阴离子交换膜允许阴离子通过,阳离子不能通过,故由乙池移向甲池,甲池c()增大,乙池c()减小,乙池Cu2+发生还原反应生成铜附着在电极上,c(Cu2+)减小,则乙池溶液的总质量减小。24SO24SO24SO【过关训练】1.(2018·德阳高二检测)如图用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(盛有KNO3琼脂的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路上,电流由铜电极流向银电极②正极反应为:Ag++e-====Ag③盐桥中的移向AgNO3溶液,K+移向Cu(NO3)2溶液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.②③C.②④D.③④3NO【解析】选C。双液原电池中,铜电极为负极,银电极为正极。电流从正极流向负极,盐桥中的阴离子移向负极Cu(NO3)2溶液,K+移向正极AgNO3溶液。3NO2.某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2====2AgCl。下列说法正确的是世纪金榜导学号()A.正极反应为AgCl+e-====Ag+Cl-B.原电池工作时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变D.当电路中转移0.01mole-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子【解析】选D。电池总反应为2Ag+Cl2====2AgCl,根据题干装置图和原电池原理,正极得电子,所以正极反应式为Cl2+2e-====2Cl-,A错误;放电时,氯化银/银电极为负极,银单质失电子与盐酸中的氯离子形成氯化银附在电极上,故交换膜左侧溶液中有大量白色沉淀生成,B错误;若用氯化钠溶液代替盐酸,电极反应式不变,C错误;当转移0.01mol电子,则负极生成了0.01mol氯化银,则减少了0.01mol氯离子,正极氯气得电子变为氯离子,左侧的溶液中的氢离子通过离子交换膜转移到右侧(物质的量为0.01mol),故左侧溶液中约减少0.02mol离子,D正确。【补偿训练】(2018·泰安高二检测)下列有关说法不正确的是()A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属B.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡C.把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面不会出现一层铁D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快【解析】选A。构成原电池正负极的材料不一定是两种金属,可能是金属和导电的非金属,如石墨,A错误;铁比铜活泼,铁为负极,铜为正极,氢离子在正极放电,铜片表面出现气泡,B正确;把铜片插入三氯化铁溶液中发生反应Cu+2FeCl3====2FeCl2+CuCl2,在铜片表面不会出现一层铁,C正确;把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,锌置换出铜,构成原电池,反应速率加快,即气泡放出速率加快,D正确。知识点二原电池工作原理的应用1.加快氧化还原反应的速率:原理原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中离子运动时相互的干扰减小,使反应速率增大实例实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时,可滴入几滴硫酸铜溶液,形成原电池,加快速率2.比较金属活动性强弱:原理一般原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应,不活泼金属作正极,发生还原反应实例有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到A极溶解,B极上有气泡产生,由原电池原理可知,金属活动性AB3.用于金属保护:原理使被保护的金属作原电池的正极而得到保护实例要保护一个铁制的输水管道,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极4.设计原电池:设计思路实例以自发进行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+设计思路实例以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液负极铜和CuCl2溶液正极碳(或铂)和FeCl3溶液画出示意图【典题通关】【典例】某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,完成下列问题:(1)反应过程中,______棒质量减少。(2)正极的电极反应为____________________。(3)反应过程中,当一电极质量增加2g,另一电极减轻的质量______(填“大于”“小于”或“等于”)2g。(4)盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供N和Cl-,使两烧杯溶液中保持电荷守恒。①反应过程中Cl-将进入______(填“甲”或“乙”)烧杯。②当外电路中转移0.2mol电子时,乙烧杯中浓度最大的阳离子是______。【解题指南】解答本题应该注意以下3点:(1)原电池中,活泼性强的金属作负极,质量减少。(2)正极质量增加。(3)盐桥中的阳离子移向正极,阴离子移向负极。【解析】(1)锌电极为负极,失去电子导致锌棒质量减少。(2)Cu2+在铜棒上得电子。(3)转移0.2mol电子时,铜棒质量增加6.4g,锌棒质量减少6.5g,故反应过程中,当铜电极质量增加2g时,锌电极减轻的质量大于2g。(4)反应过程中,为了使溶液保持电中性,Cl-将进入甲烧杯,进入乙烧杯。当外电路转移0.2mol电子时,乙烧杯中有0.1molCu2+消耗,还剩余0.1molCu2+,有0.2mol进入乙烧杯,故乙烧杯中浓度最大的阳离子是。4NH4NH4NH答案:(1)锌(2)Cu2++2e-====Cu(3)大于(4)①甲②4NH【延伸探究】(1)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯,还需要ZnCl2溶液吗?提示:不需要,只需要CuCl2溶液。(2)正极材料除了用铜棒,还可以用哪些材料?提示:还可以用金属Ag、Pt、石墨电极等。【过关训练】1.(2018·江门高二检测)M、N、P、E四种金属,已知:①M+N2+====N+M2+;