2020高中化学 第四章 电化学基础 第一节 原电池导学案 新人教版选修4

第一节 原电池

[学习目标定位] 1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正极和负极。3.掌握原电池电极反应式的书写方法。

一 原电池的工作原理

1.按右图所示装置，完成实验并回答下列问题：

(1)有关的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液颜色变浅；②电流表的指针发生偏转，装置中的能量变化是化学能转化为电能。该装置称作原电池。

(2)原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。

(3)电子流动方向和电流方向

①外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。锌电极为负极，铜电极为正极。

②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

(4)电极反应：负极反应式是Zn－2e===Zn，发生氧化反应；正极反应式是Cu＋2e===Cu，发生还原反应；电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu===Zn＋Cu。

(5)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有Cu直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。 2.按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题：

2＋

2＋

2＋

－

2＋

2＋

－

(1)实验过程中，能观察到的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮；②电流表指针发生偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。

(2)用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高(或无变化)；由此可说明CuSO4

溶液中的Cu不能移向锌片得电子被还原。 (3)离子移动方向

①硫酸锌溶液中：Zn向盐桥移动； ②硫酸铜溶液中：Cu向铜极移动；

③盐桥中：K移向正极区(CuSO4溶液)，Cl移向负极区(ZnSO4溶液)。 (4)若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？为什么？

答案 不偏转。如果要使电流表指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路。若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，电流表指针不会发生偏转。

3.实验结论：与问题1中的原电池装置相比较，问题2中双液原电池具有的特点： (1)具有盐桥。取下盐桥，无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行。 (2)两个半电池完全隔开，Cu无法移向锌片，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。 归纳总结 1.原电池原理

原电池原理是将氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。 2.原电池电极及电极反应特点

(1)负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化，发生氧化反应。

(2)正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。 3.原电池的设计

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。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。

(1)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。 (2)电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。

2＋

＋

－

2＋2＋

2＋

1.某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是( )

A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu＋2e===Cu

C.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 D.a和b用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极

2＋

－

答案 D

解析 a和b不连接时，Fe和Cu直接发生氧化还原反应，铁片上会有金属铜析出，A项正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁为负极，铜为正极，电极反应式分别为Fe－2e===Fe、Cu＋2e===Cu，B项正确；分析选项A、B可知，选项C是正确的；在原电池中，电流应由正极流出，经导线流向负极，故D项错。 2.关于下图所示的原电池，下列说法正确的是( )

－

2＋

2＋

－

2＋

A.电子从锌电极通过电流表流向铜电极 B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移

C.锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应是2H＋2e===H2↑ D.取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变 答案 A

解析 锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu＋2e===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。

二 原电池的电极判断及电极反应式的书写

－

2＋

＋

－

1.原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：

判断依据 电极材料 电子流向 电极反应 电极现象 离子移向 正极 不活泼金属或非金属导体 电子流入 还原反应 电极增重或产生气体 阳离子移向 负极 活泼金属 电子流出 氧化反应 电极减轻 阴离子移向 2.将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式_______； 负极反应式______________________________________________________________； 总反应方程式____________________________________________________________。 答案 2H＋2e===H2↑ Fe－2e===Fe Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

＋

－

－

2＋

3.有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。

(1)Zn发生________反应，是__________________________________极，电极反应式是 ________________________________________________________________________。 (2)Ag2O发生________反应，是______极，电极反应式是_______________________。 答案 (1)氧化 负 Zn＋2OH－2e===Zn(OH)2 (2)还原 正 Ag2O＋2e＋H2O===2Ag＋2OH 归纳总结

1.一般电极反应式的书写方法

(1)定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

(2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H应让其结合OH生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。 (3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。 2.已知总反应式，书写电极反应式

(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。 (2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。 (3)根据质量守恒配平电极反应式。

(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。

－

＋

－

－

－

－

3.某电池的总反应为Fe＋2Fe===3Fe，能实现该反应的原电池是( )

A B C D 答案 A

解析 能实现反应Fe＋2Fe===3Fe的原电池应符合以下条件：①负极为Fe，正极材料的活泼性比Fe差；②电解质溶液应为含Fe的溶液，B、D两项电解质溶液选错；C项负极材料选错。

4.依据氧化还原反应：2Ag(aq)＋Cu(s)===2Ag(s)＋Cu(aq)设计的原电池如下图所示。

＋

2＋

3＋

3＋

2＋

3＋

2＋

正极 Cu C Fe Ag 负极 Fe Fe Zn Fe 电解质溶液 FeCl3溶液 Fe(NO3)2溶液 Fe2(SO4)3溶液 CuSO4溶液