2020版高中化学 第4章 电化学基础 第1节 原电池导学案 新人教版选修4

1第一节原电池目标与素养：1.以铜锌原电池为例，了解原电池的工作原理。(宏观辨识与变化观念)2.会正确判断原电池的正极和负极，能正确书写电极反应式和电池反应方程式。(科学探究与模型认知)3.了解原电池原理的应用。(科学精神与社会责任)一、原电池工作原理1．概念：将化学能转化为电能的装置，称为原电池，其反应实质是自发的氧化还原反应。2．锌铜原电池工作原理装置与现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转电极名称Zn电极—负极Cu电极—正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu总反应式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu3．盐桥(1)成分：含有琼胶的KCl饱和溶液。(2)离子移动方向：Cl－移向负极区，K＋移向正极区。微点拨：盐桥作用：①通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。②将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。提高原电池效率。4．原电池的构成条件2二、原电池的设计1．原电池的组成：原电池是由两个半电池组成，如锌铜原电池是锌半电池和铜半电池通过盐桥连接。2．原电池设计关键(1)外电路负极(还原性较强的物质)――→e－导线正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。(2)内电路将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。阴离子移向负极，阳离子移向正极。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)任何自发的放热反应均可设计原电池反应。()(2)原电池反应将氧化反应和还原反应分在不同区域同时进行。()(3)盐桥中的阴离子移向正极区域，使正极区溶液呈电中性。()(4)Fe—CuSO4(aq)—Cu形成的原电池的负极反应为Fe－3e－===Fe3＋。()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．对于原电池的电极名称，叙述错误的是()A．发生氧化反应的一极为负极B．正极为电子流入的一极C．比较不活泼的金属为负极D．电流流出的一极为正极[答案]C3．有下列装置AB3CD其中是原电池的是____________________，两极反应式：负极__________________，正极：__________________。[答案]DZn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑原电池的原理模型认知：原电池正负极判定思路1．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4B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小C．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C[A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO2－4不参加电极反应，故甲池的c(SO2－4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。]2．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是()A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极D[由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变为Fe2＋被还原，I－失去电子变为I2被氧化，所以A、B项正确；电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；在甲中溶入FeCl2固体，对于2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2＋被氧化，I2被还原，故甲中的石墨电极为负极，乙中的石墨电极为正极，D错误。]对于可逆反应，当改变条件，平衡移动的方向不同时，电极的正负互换，电流方向相反。当达到平衡时，I＝0。原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性强弱5注意：对于“Mg—NaOH(aq)—Al”原电池负极为Al，对于“Cu—浓HNO3—Al(Fe)”原电池负极为Cu。3．设计原电池装置：两极材料、电解质溶液的选择、盐桥等。模型认知：设计原电池的思路(以Cu与AgNO3反应为例)(1)明确两极反应正极：2Ag＋＋2e－===2Ag负极：Cu－2e－===Cu2＋(2)选择电极材料负极材料一般为负极失电子物质，如Cu正极材料一般为导电性材料且活泼性较差，如C、Ag等3选择电解质溶液不含盐桥：参与正极反应的氧化剂，如AgNO3含盐桥：负极溶液一般含负极金属离子，如Cu2＋正极溶液为参与正极反应的氧化剂，如AgNO3(4)画装置图：注明电极材料和溶液成分3．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A．①③②④B．①③④②C．③④②①D．③①②④B[利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则①作原电池的负极，②作正极，故活动性①②；活动性相对较差的金属作原电池的正极，故金属的活动性①③；有气泡产生的电极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，为原电池的正极，故活动性④②；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性③④，由此可得金属活动性：①③④②。]4．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)6负极：________，电极反应：_____________________________；正极：________，电极反应：______________________________。[解析]分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。[答案]如图ZnZn－2e－===Zn2＋Pt2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋1．下列装置不能构成原电池的是()ABCDC[酒精不是电解质溶液，不导电。]2．如图中两电极上发生的电极反应为a极：Cu2＋＋2e－===Cub极：Fe－2e－===Fe2＋下列说法中不正确的是()A．该装置为原电池B．a极上发生还原反应C．电子由b极流向a极D．该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为电能D[此装置也有一部分化学能转化为热能。]3．将纯锌片和纯铜片按图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7()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C[甲装置是铜锌原电池，乙不能形成原电池装置。所以乙烧杯中铜表面无气泡生成，甲中铜表面有气泡生成，A错；乙中Cu片不可能是负极，B错；甲、乙两装置发生的反应均是Zn＋2H＋===H2↑＋Zn2＋，所以两烧杯中溶液的pH均增大，C对；因甲是原电池装置，所以甲烧杯中产生H2的速率快，D错。]4．如图所示，甲和乙均是双液原电池装置。判断下列说法不正确的是()甲乙A．甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)＋Co2＋(aq)===Co(s)＋Cd2＋(aq)B．反应2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===Cd(s)＋2Ag＋(aq)能够发生C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D．乙电池中有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出B[根据甲、乙装置分析可知A项正确，且可推知Cd的活泼性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。]5．已知某原电池的电极反应是Fe－2e－===Fe2＋，Cu2＋＋2e－===Cu，据此设计该原电池，并回答问题。8图1图2(1)若原电池装置为图1，①电极材料A是________，B是________(写名称)。②A电极观察到的现象是_____________________________________________________________________________________。(2)若原电池装置为图2，①电极材料X可以是________(填字母，下同)。a．铁b．铜c．石墨②电解质Y是________。a．FeSO4b．CuSO4c．CuCl2[答案](1)①铜(或其他合理答案)铁②有红色物质析出(2)①bc②bc