4.1 原電池 學(xué)案（人教版選修4）
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.掌握構(gòu)成原電池的條。3.能設(shè)計(jì)原電池裝置。
[重點(diǎn)•難點(diǎn)]　電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫。

1．原電池原理
(1)概念：利用______________反應(yīng)原理將________能轉(zhuǎn)化為____能的裝置。
(2)原電池工作原理(以鋅銅原電池為例)
裝置
示意圖

現(xiàn)象鋅片________________，銅片上有____________，電流表指針發(fā)生________
電極Zn電極Cu電極
電極名稱
得失電子失電子得電子
電子流向
反應(yīng)類型
電極反
應(yīng)式
總反應(yīng)式
2.原電池形成的條
(1)兩個(gè)________不同的電極(材料可以是金屬或非金屬)
負(fù)極：活潑性____，________電子發(fā)生氧化反應(yīng)。
正極：活潑性____，________電子發(fā)生還原反應(yīng)。
(2)電極均插入________________中。
(3)構(gòu)成________________。
(4)能自發(fā)地發(fā)生的________________反應(yīng)。
3．下列裝置中，屬于原電池的是(　　)

4．關(guān)于下圖裝置的敘述，正確的是(　　)

A．銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生
B．銅片質(zhì)量逐漸減少
C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片
D．氫離子在銅片表面被還原后生成H2
5．理論上，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)均能設(shè)計(jì)成原電池。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾方面。
(1)外電路
負(fù)極(________________的物質(zhì))??→e－導(dǎo)線正極
(2)內(nèi)電路
將兩極浸入________________溶液中，使正、負(fù)離子作________________。
(3)閉合電路

一、原電池的正負(fù)極的判斷方法

1．由組成原電池的兩極材料判斷
較活潑的金屬為____極，較不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為____極。
2．根據(jù)電流方向或電子流向判斷
外電路中，電流由____極流向____極，電子由____極流向____極。
3．根據(jù)原電池電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向判斷
在原電池電解質(zhì)溶液中，陽離子移向____極，陰離子移向____極。
4．根據(jù)原電池中兩極發(fā)生的反應(yīng)判斷
原電池中，負(fù)極總是發(fā)生________反應(yīng)，正極總是發(fā)生________反應(yīng)。若給出一個(gè)總方程式，則可根據(jù)化合價(jià)升降判斷。
5．根據(jù)電極質(zhì)量的變化判斷
原電池工作后，某一電極質(zhì)量增加，說明溶液中的陽離子在該電極上放電，該極為____極；
反之，如果某一電極質(zhì)量減輕，則該電極溶解，為____極。
6．根據(jù)電極上有氣泡產(chǎn)生判斷
原電池工作后，如果某一電極上有氣體產(chǎn)生，通常是因?yàn)樵撾姌O發(fā)生了析出H2的反應(yīng)，說明該電極為____極。
7．根據(jù)某電極(X)附近pH的變化判斷
析氫或吸氧的電極反應(yīng)發(fā)生后，均能使該電極附近電解質(zhì)溶液的pH增大，因而原電池工作后，X極附近的pH增大了，說明X極為____極。
思考：鎂—鋁電極在稀H2SO4中構(gòu)成原電池時(shí)，正、負(fù)極材料分別是什么？若將電解質(zhì)溶液改為NaOH溶液，正、負(fù)極材料又分別是什么？分別寫出兩種溶液中的電極反應(yīng)。
　
　
典例1 　將純鋅片和純銅片按圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是(　　)

A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生
B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極
C．兩燒杯中溶液的pH均增大
D．產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢
聽記錄：　

　
變式訓(xùn)練1 　(1)若例1中甲裝置的電極分別為鐵、銅，電解質(zhì)溶液為濃HNO3，則原電池正、負(fù)極分別是什么？
　
(2)利用裝置乙現(xiàn)有材料，如何加快反應(yīng)速率？
　
　
二、原電池的設(shè)計(jì)
從理論上講，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計(jì)成原電池。
1．基本依據(jù)
構(gòu)成原電池的基本條，也是進(jìn)行原電池設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。
(1)根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)；
(2)找出兩極材料(電極材料)；
(3)找出電解質(zhì)溶液；
(4)形成閉合回路。
2．電解質(zhì)溶液及電極材料的選擇
(1)電解質(zhì)溶液的選擇
電解質(zhì)是使____極放電的物質(zhì)，因此電解質(zhì)溶液一般要能與____極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與____極發(fā)生反應(yīng)。
(2)電極材料的選擇
在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的金屬作____極，易導(dǎo)電且比____極材料活動(dòng)性弱的物質(zhì)作____極。
3．設(shè)計(jì)思路
設(shè)計(jì)思路實(shí)例
以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)(__極)：______
還原反應(yīng)(__極)：______
以兩極反應(yīng)為原理，確定電極材料及電解質(zhì)溶液負(fù)極材料：__
正極材料：________
電解質(zhì)溶液：____
畫出示意圖
典例2 　利用反應(yīng)Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，在下邊方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為______，電極反應(yīng)式為
________________________________________________________________________；
負(fù)極為________，電極反應(yīng)式為
________________________________________________________________________。

聽記錄：　

　
變式訓(xùn)練2 　對(duì)于如圖所示的原電池，對(duì)其中的電解質(zhì)溶液有以下猜想：

猜想一：必須是能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)。
猜想二：任意的電解質(zhì)溶液均可在如圖裝置中構(gòu)成原電池。
(1)為了證明猜想是正確的，請(qǐng)配齊實(shí)驗(yàn)用品：鋅片、銅片、導(dǎo)線、檢流計(jì)、稀硫酸、__________。
(2)你應(yīng)該做怎樣的簡(jiǎn)單操作
________________________________________________________________________。
若______________，則說明猜想二是正確的。
(3)該電池的電流方向?yàn)椋?br />________________________________________________________________________。
三、電極反應(yīng)和電池反應(yīng)的書寫方法
1．書寫原則
(1)遵守質(zhì)量守恒和電荷守恒。
(2)正、負(fù)極的電極反應(yīng)式通過加合消去電子即為電池反應(yīng)式。
(3)弱電解質(zhì)、氣體或難溶物均以化學(xué)式表示，其余以離子符號(hào)表示。
2．書寫方法
(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式或圖示裝置確定原電池的正、負(fù)極，弄清正、負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。
①題目給定總反應(yīng)式：分析有關(guān)元素的化合價(jià)變化情況，化合價(jià)升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)即負(fù)極反應(yīng)；化合價(jià)降低的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)即正極反應(yīng)。
②題目給定圖示裝置：先確定正、負(fù)極，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律書寫電極反應(yīng)式。
(2)注意電解質(zhì)溶液的成分及其對(duì)正、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響，正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或根據(jù)化學(xué)方程式確定。
典例3 　寫出下表中電池裝置的電極反應(yīng)和總的化學(xué)反應(yīng)方程式：
負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)溶液
(1)鐵銅硫酸
(2)銅銀硝酸銀

(1)正極反應(yīng)
________________________________________________________________________；

負(fù)極反應(yīng)
________________________________________________________________________；

總反應(yīng)方程式
________________________________________________________________________。

(2)正極反應(yīng)
________________________________________________________________________；

負(fù)極反應(yīng)
________________________________________________________________________；

總反應(yīng)方程式
________________________________________________________________________。

聽記錄：　

　
變式訓(xùn)練3 　由鋅片、銅片和200 mL稀H2SO4組成的原電池如下圖所示。

(1)原電池的負(fù)極反應(yīng)是
________________________________________________________________________，

正極反應(yīng)是
________________________________________________________________________。

(2)電流的方向是______________。
(3)一段時(shí)間后，當(dāng)在銅片上放出1.68 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體時(shí)，H2SO4恰好消耗一半。則產(chǎn)生這些氣體的同時(shí)，共消耗________g鋅，有______個(gè)電子通過了導(dǎo)線，原硫酸的物質(zhì)的量濃度是________(設(shè)溶液體積不變)。

前準(zhǔn)備區(qū)
1．(1)氧化還原　化學(xué)　電　(2)逐漸溶解　紅色物質(zhì)沉積　偏轉(zhuǎn)　負(fù)極　正極　流出　流入　氧化反應(yīng)　還原反應(yīng)　Zn－2e－===Zn2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
2．(1)活潑性　強(qiáng)　失去　弱　得到　(2)電解質(zhì)溶液　(3)閉合回路　(4)氧化還原
3．D　[利用組成原電池的條分析：A項(xiàng)兩電極相同；B項(xiàng)酒精為非電解質(zhì)；C項(xiàng)缺少鹽橋；E項(xiàng)有外加電，只有D項(xiàng)符合。]
4．D　[本題主要考查有關(guān)原電池的知識(shí)，由所給圖示可知Zn為原電池負(fù)極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極，溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2；原電池只分正、負(fù)極，不用陰、陽極表示，電流與電子流向相反。]
5．(1)還原性較強(qiáng)　(2)電解質(zhì)　定向移動(dòng)　(3)負(fù)極　正極
堂活動(dòng)區(qū)
一、
1．負(fù)　正　2.正　負(fù)　負(fù)　正　3.正
負(fù)　4.氧化　還原　5.正　負(fù)　6.正
7．正
思考：在稀硫酸溶液中，正極為Al，負(fù)極為g，
電極反應(yīng)為：
正極：2H＋＋2e－===H2↑
負(fù)極：g－2e－===g2＋
在NaOH溶液中，正極為g，負(fù)極為Al，
電極反應(yīng)為：
正極：6H＋＋6e－===3H2↑
負(fù)極：2Al＋8OH－－6e－===2AlO－2＋4H2O
典例1　C　[由題目中所給圖示可知，甲中形成閉合回路，符合形成原電池的條。其中銅的活潑性不如鋅強(qiáng)，故銅作正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑；乙不能構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池，只在鋅片上發(fā)生反應(yīng)：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，由于兩者都消耗H＋，故溶液的pH都增大。由于原電池的形成，故甲的反應(yīng)速率比乙快。]
變式訓(xùn)練1　(1)Cu為負(fù)極，F(xiàn)e為正極。
(2)讓鋅片與銅片接觸，形成原電池。
二、
2．(1)負(fù)　負(fù)　負(fù)　(2)負(fù)　負(fù)　正
3．負(fù)　Zn－2e－===Zn2＋　正　2H＋＋2e－===H2↑　Zn　石墨或比鋅活潑性差的金屬　稀硫酸

典例2　實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖：

Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu　Cu－2e－===Cu2＋
解析　根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Cu－2e－===Cu2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料，正極要保證Fe3＋得到負(fù)極失去的電子，一般用不能還原Fe3＋的材料如Pt或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能用含F(xiàn)e3＋的電解質(zhì)溶液，如FeCl3溶液等。
變式訓(xùn)練2　(1)NaCl溶液(或其他電解質(zhì)溶液)
(2)將稀H2SO4換成NaCl溶液　檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
(3)從銅片流向鋅片
典例3　(1)2H＋＋2e－===H2↑
Fe－2e－===Fe2＋
Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
(2)2Ag＋＋2e－===2Ag
Cu－2e－===Cu2＋
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
解析　負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)活潑性，(1)中鐵作負(fù)極，(2)中銅作負(fù)極。
變式訓(xùn)練3　(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑
(2)由Cu極流向Zn極
(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol•L－1
解析　產(chǎn)生0.075 mol H2，通過0.075 mol×2＝0.15 mol電子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)＝0.075 mol×65 g•mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝0.075 mol×20.2 L＝0.75 mol•L－1。
參考答案

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