第四章電化學基礎第一節(jié)原電池2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2020年下學期長沙市第十一中學高一化學學習目標1以銅鋅原電池為例，理解原電池的工作原理2學會判斷原電池的正負極3掌握原電池電池反應方程式和電極反應式的書寫一、原電池化學能電能氧化還原金屬電解質溶液閉合回路2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【注意】能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應是形成原電池的前提條件。二、原電池的工作原理裝置示意圖現象鋅片_________，銅片上有，電流表指針發(fā)生_____電極Zn電極Cu電極逐漸溶解金屬銅析出偏移2020年下學期長沙市第十一中學高一化學電極名稱___極___極得失電子___電子___電子電子流向__________鹽橋中離子遷移_______移向ZnSO4溶液_______移向CuSO4溶液反應類型__________________電極反應式____________________________總反應式Zn+Cu2+====Zn2++Cu負正失得流出流入氯離子鉀離子氧化反應還原反應n-2e-====n2Cu22e-====Cu2020年下學期長沙市第十一中學高一化學電極Zn電極Cu電極【注意】1電子只能在導線中定向移動，在溶液中沒有自由移動的電子。2陰、陽離子在電解質溶液中定向遷移，不能在導線中通過。3原電池中通過陰、陽離子的遷移和電子的定向移動形成閉合回路。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學三、原電池的設計1外電路：還原氧化2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2內電路：將兩電極浸入電解質溶液中，陰、陽離子作_________?！咀⒁狻恐挥凶园l(fā)進行的氧化還原反應才能設計成原電池。定向移動1關于右圖裝置的敘述，正確的是A銅是負極，銅片上有氣泡產生B銅片質量逐漸減少C電流從鋅片經導線流向銅片22020年下學期長沙市第十一中學高一化學2下列說法正確的是A原電池是把電能轉化為化學能的裝置B原電池中電子流出的一極是正極，發(fā)生氧化反應C原電池的兩極發(fā)生的反應均為氧化還原反應D形成原電池后，原電池中的陽離子向正極移動1【解析】選D。電池反應為n2H====n2H2↑，負極n失電子，在正極銅片上H得電子放出H2。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2【解析】選D。原電池是把化學能轉化為電能的裝置，電子流出的一極是負極，負極發(fā)生氧化反應，電解質溶液中的陰離子向負極移動；電子流進的一極是正極，正極發(fā)生還原反應，電解質溶液中的陽離子向正極移動。3下列說法正確的是A原電池中，負極上發(fā)生的反應是還原反應B原電池中，電流的方向是負極—導線—正極C雙液原電池中的鹽橋是為了連通電路，所以也可以用金屬導線代替D在原電池中，陽離子移向正極，陰離子移向負極2020年下學期長沙市第十一中學高一化學4對于原電池的電極名稱，敘述錯誤的是A發(fā)生氧化反應的一極為負極B正極為電子流入的一極C相對不活潑的金屬為負極D電流流出的一極為正極3【解析】選D。A項，負極上發(fā)生氧化反應。B項，電流的方向應是正極—導線—負極。C項，鹽橋不能用導線代替。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學4【解析】選C。相對活潑的金屬為負極。5下列反應不可用于設計原電池的是32HCl====CaCl2CO2↑H2O3O2====2CO24H2O2HCl====nCl2H2↑3O26H2O====4AlOH32020年下學期長沙市第十一中學高一化學6鋅銅原電池工作時，下列敘述正確的是-====n2Cu2====n2CuC在外電路中，電流從負極流向正極移向nSO4溶液5【解析】選A。自發(fā)進行的氧化還原反應才能設計成原電池，A為復分解反應。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學6【解析】選B。正極發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應，選項A錯；電子從負極n經導線流向正極Cu，電流與電子移動方向相反，從正極經導線流向負極，選項C錯誤；陽離子向正極移動，選項D錯誤。一、原電池的工作原理思考探究：觀察鋅銅原電池的結構，思考下列問題2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1原電池的反應方程式是什么？2原電池的正、負極材料有什么特點？電極反應式各是什么？3鹽橋的作用是什么？鹽橋中的陰、陽離子是怎么移動的？1原電池的工作原理：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【總結歸納】2原電池正負極的判斷：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3電極反應式書寫的一般步驟：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【易錯提醒】原電池電極反應式在書寫時應注意的問題1電極反應常用“”而不用“”連接。2電極反應中若有氣體生成，需加“↑”，弱電解質或難溶物均以化學式表示，其余以離子符號表示。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3注意電解質溶液的酸堿性，酸性溶液中進行的反應，電極反應中不能出現OH-；堿性溶液中進行的反應，電極反應中不能出現H，電極反應中出現的離子要與電解質溶液的性質相吻合。4必須遵循質量守恒、電荷守恒及正、負兩極得失電子數相等的規(guī)律。5原電池正、負兩極的電極反應在得失電子數相等的情況下加和即得總反應合二為一；反之，總反應減去其中的一極反應可得另一極反應一分為二?！就卣股罨吭姵刂须姌O反應式的書寫給出裝置圖，未給出總反應。以Mg-Al-NaOH溶液原電池如下圖為例說明原電池電極反應的書寫方法：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學①先確定原電池的正、負極，列出正、負極上的反應物質，如該電池正極為Mg，負極為Al；并根據化合價變化寫出電極反應。②注意負極反應生成的陽離子與電解質溶液中的陰離子是否共存，若不共存，需將溶液中的陰離子寫入負極反應，如上述電池中負極反應生成的Al3能與溶液中OH-繼續(xù)反應，即負極反應為Al-3e-4OH-====AlO2-2H2O；正極反應為2H2O2e-====H2↑2OH-。③根據轉移電子數目相等，可將正、負極反應疊加合并得到電池的總反應，則電池總反應為2Al2OH-2H2O====2AlO2-3H2↑。1如圖，下列判斷中正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學-的濃度增大中發(fā)生還原反應2e-====H2↑-====Cl2↑1【解題指南】解答本題要明確以下3點：1鹽橋起導電和平衡電荷的作用。2一般是活潑金屬作原電池的負極。3負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】選A。n比Fe活潑，所以n作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為n-2e-====n2；Fe作正極，氧氣在該電極上發(fā)生還原反應，電極反應式為2H2OO24e-====4OH-，反應后溶液中OH-的濃度增大?！狙由焯骄俊?鹽橋中通常盛放什么物質，若撤去鹽橋，電流計指針如何變化？提示：鹽橋中通常盛放含氯化鉀飽和溶液的瓊脂；其作用是平衡電荷、構成閉合回路，若撤去，則不能構成原電池，電流計指針不發(fā)生偏轉。2該原電池的總電池反應式如何書寫？還原劑和氧化劑分別是什么？提示：該原電池的電池總反應式是2n2H2OO2====2n24OH-，其中還原劑是鋅，氧化劑是氧氣。2鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學A銅電極上發(fā)生氧化反應B原電池工作一段時間后，甲池的cSO42-減小C原電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加D陰陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡2【解題指南】解答本題時應注意以下兩點：1鋅銅原電池的反應原理為nCu2====n2Cu。2明確陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，不允許陰離子通過。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】選C。由鋅銅原電池原理可知，鋅電極為負極，失電子，發(fā)生氧化反應，銅電極為正極，得電子，發(fā)生還原反應，A項錯誤；陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，兩池中cSO42-不變，B項錯誤；電解過程中n2由甲池通過陽離子交換膜進入乙池，乙池中Cu22e-====Cu，其溶液中的離子轉換為Cu2→n2，摩爾質量MCu2<Mn2，乙池溶液的總質量增加，C項正確；陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，電解過程中n2由甲池通過陽離子交換膜進入乙池保持溶液的電荷平衡，陰離子并不能通過陽離子交換膜，D項錯誤。3用銅片、銀片設計成如圖所示的原電池。以下有關該原電池的敘述正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學A電子通過鹽橋從乙池流向甲池B銅導線替換鹽橋，原電池將能繼續(xù)工作C開始時，銀片上發(fā)生的反應是Ag-e-====Ag3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池總反應相同3【解析】選D。原電池中較活潑的金屬是負極，失去電子，發(fā)生氧化反應。銅的金屬性強于銀，所以銅是負極，失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為Cu—2e-====Cu2。銀是正極，溶液中的銀離子得到電子發(fā)生還原反應，電極反應式為Age-====Ag。A電子通過導線從銅電極流向銀電極，鹽橋不能傳遞電子，A不正確；B鹽橋的作用是傳遞離子，保持溶液的電中性，而金屬銅不能傳遞陰陽離子，所以銅導線替換鹽橋，原電池將不能繼續(xù)工作，B不正確；C開始時，銀片上發(fā)生的反應是Age-====Ag，C不正確；3溶液中發(fā)生的化學反應與該原電池總反應相同，都是Cu2Ag====Cu22Ag，D正確。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學4原電池電極的“正”與“負”不僅與電極材料的性質有關，也與電解質溶液有關。下列說法中正確的是、Cu和FeCl3溶液組成的原電池中，負極反應式為Cu-2e-====Cu2、Cu和稀硫酸組成的原電池中，負極反應式為Cu-2e-====Cu2、Mg和NaOH溶液組成的原電池中，負極反應式為Al4OH--3e-====Al2H2O、Cu和濃硝酸溶液組成的原電池中，負極反應式為Al-3e-====Al32020年下學期長沙市第十一中學高一化學4【解析】選C。前兩項應該是活潑金屬作負極，Cu作正極不參與反應，A、B錯誤；C項中Al能與NaOH溶液反應，作負極，正確；D項中Al在濃硝酸中鈍化，故Cu作負極，錯誤。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學5在下圖的7個裝置中，屬于原電池的是________。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學5【解析】①中只有一種金屬，②中兩個電極都是n，④中酒精不是電解質溶液，⑦中不能形成閉合回路。答案：③⑤⑥2020年下學期長沙市第十一中學高一化學6如圖所示，為單質硅，Y為金屬鐵，a為NaOH溶液，組裝成一個原電池，回答下列問題。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1正極為________填名稱，下同，發(fā)生________反應，電極反應式____________________。2負極為________，發(fā)生________反應，電極反應式________________________。3電池總反應式為____________。6【解析】硅、鐵、NaOH溶液組成原電池時發(fā)生的總反應是Si2NaOHH2O====Na2SiO32H2↑。因此Si為負極，電極反應為Si-4e-6OH-====Si3H2O；鐵為正極，電極反應為4H2O4e-====4OH-2H2↑。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學答案：1鐵還原4H2O4e-====4OH-2H2↑2硅氧化Si6OH--4e-====Si3H2O3Si2NaOHH2O====Na2SiO32H2↑二、原電池工作原理的應用1比較金屬的活潑性強弱：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。根據電極反應現象判斷出a是負極，b是正極，因此，金屬活動性a>b。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2加快化學反應速率：例證：實驗室利用鋅和稀硫酸反應制取氫氣時，通常向稀硫酸中滴入幾滴硫酸銅溶液。原理：鋅與置換出的銅及稀硫酸構成原電池，使產生氫氣的速率加快。3設計原電池：以Cu2AgNO3====CuNO322Ag為依據，設計一個原電池。1將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作原電池的負極和正極的電極反應式。本例的電極反應式為負極：Cu-2e-====Cu2，正極：2Ag2e-====2Ag。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2確定電極材料。發(fā)生氧化反應的物質為金屬單質，可用該金屬直接作負極；如為氣體如H2或溶液中的還原性離子，可用惰性電極如Pt、碳棒作負極。發(fā)生還原反應的電極材料一般不如負極材料活潑。本例中可用銅棒作負極，用銀棒作正極。3確定電解質溶液。電解質是使負極放電的物質，因此電解質溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應?；蛘唠娊赓|溶液中溶解的其他物質能與負極發(fā)生反應如空氣中的氧氣。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行中間連接鹽橋，則左右兩個容器中的電解質溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如本例中可用AgNO3溶液作電解液。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學4構成閉合回路：將電極用導線連接，使之構成閉合回路。5圖示：【易錯提醒】1利用原電池原理比較A、B兩種金屬性強弱時，A、B用導線相連浸入非氧化性酸如鹽酸、稀硫酸中，不能使用氧化性酸如硝酸、濃硫酸。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2設計帶鹽橋的原電池裝置時，一般負極金屬與其電解質溶液中的陽離子保持一致，正極金屬與其電解質溶液中的陽離子保持一致。如Cu-n原電池中，n與nSO4溶液，Cu與CuSO4溶液分別構成半電池。3原電池的正、負極除與金屬的活動性有關外，還與電解質溶液有關?；顫娦詮姷慕饘僖话阕髫摌O，但不是活潑性強的金屬一定作負極，如Mg-Al-H2SO4溶液構成的原電池中Mg作負極，而Mg-Al-NaOH溶液構成的原電池中Mg作正極?！就卣股罨恳罁趸€原反應設計原電池的思維模式1設計原電池時，必須以自發(fā)進行的氧化還原反應為基礎。2把氧化還原反應分解為氧化反應和還原反應兩個半反應，從而確定電極反應。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3以兩個電極反應為原理，確定電極材料和電解質溶液。4畫出示意圖，在示意圖中必須標出正極、負極、電解質溶液，并用導線連接形成閉合回路。1依據氧化還原反應：2AgaqCus====Cu2aq2Ags設計的原電池如圖所示。請回答下列問題：2020年下學期長沙市第十一中學高一化學1電極的材料是________；電解質溶液Y是________。2銀電極為電池的________極，發(fā)生的電極反應式為________________________；電極上發(fā)生的電極反應式為________________________。3外電路中的電子是從________極流向________極。1【解題指南】解答本題應注意以下3點：1根據原電池的總反應確定兩個電極反應。2負極是Cu，則正極的活潑性一定比Cu弱。3電解質溶液必須是含有Ag的溶液。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】原電池中負極上發(fā)生氧化反應，正極上發(fā)生還原反應，鹽橋起到形成閉合回路、平衡電荷的作用。由總反應方程式可知電極的材料是Cu，發(fā)生氧化反應，電解質溶液Y是可溶性銀鹽溶液，常用AgNO3溶液。電極反應式如下，負極：Cu-2e-====Cu2，正極：2Ag2e-====2Ag，電子由負極Cu流出，經外電路流向正極Ag。答案：1CuAgNO3溶液2正2Ag2e-====2AgCu-2e-=====Cu23負Cu正Ag【延伸探究】1如果將裝置圖中的兩個燒杯換成一個燒杯，還需要CuSO4溶液嗎？提示：不需要，只需要用AgNO3溶液。2正極材料除了用金屬Ag，還可以用哪些材料？提示：還可以用金屬Pt、石墨電極等。2控制適當的條件，將反應2Fe32I-====2Fe2I2設計成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學A反應開始時，乙中電極反應為2I--2e-====I2B反應開始時，甲中石墨電極上Fe3被還原C電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)2固體后，電流計讀數為零2【解題指南】解答本題要注意以下兩點：1該反應是可逆反應，達到平衡以后電流為零。2達到平衡以后，改變條件平衡發(fā)生移動，移動的方向不同，電流方向也隨之發(fā)生改變。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學【解析】選D。A項，反應開始時，乙中石墨電極為負極，I-發(fā)生氧化反應；B項，甲中石墨電極為正極，Fe3發(fā)生還原反應；C項，電流計讀數為零時，各離子濃度不變，則該反應達到化學平衡狀態(tài)；D項，平衡時甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應方向移動，反應中有電子轉移，電流計讀數不為零。3鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。1寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式________________________。2若將1中的反應設計成原電池，請畫出原電池的裝置圖，標出正極、負極，并寫出電極反應。正極反應___________；負極反應______________。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學3【解析】1Fe3腐蝕銅板的離子方程式為2Fe3Cu====2Fe2Cu2。2根據氧化還原反應和原電池的工作原理進行設計，銅作負極，石墨作正極，FeCl3溶液作電解質溶液。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學答案：12Fe3Cu====2Fe2Cu22裝置圖如圖所示正極反應：2Fe32e-====2Fe2負極反應：Cu-2e-====Cu2Cu2====n2Cu，該反應的原電池的正確組成是2020年下學期長沙市第十一中學高一化學正極負極電解質溶液AZnCuCuCl2溶液BCuZnH2SO4溶液CCuZnCuSO4溶液DMgZnCuCl2溶液4【解析】選C。根據nCu2====n2Cu知，n發(fā)生氧化反應，n-2e-====n2，是電池負極；正極反應為Cu22e-====Cu，故正極材料可以是石墨或Cu等，電解質溶液應是可溶性銅鹽溶液，C符合。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學5金屬銅不溶于稀硫酸，可溶于鐵鹽溶液生成銅鹽與亞鐵鹽?，F將一定量的銅片加入100mL稀硫酸和硫酸鐵的混合液中，銅片完全溶解不考慮鹽的水解及溶液體積的變化。1寫出銅溶解于上述混合液的離子方程式：_____________________________________。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學2若在如圖所示的裝置中發(fā)生1中的反應，請判斷圖中的正、負極，并選出適當的物質作電極，寫出電極反應式，填在相應的表格中。2020年下學期長沙市第十一中學高一化學類別項目正、負極判斷電極材料電極反應式X極Y極5【解析】1Cu與Fe2SO43反應生成CuSO4和FeSO4，離子方程式為Cu2Fe3====Cu22Fe2。2由反應離子方程式可知，銅作負極發(fā)生氧化反應，作為正極的材料的活潑性應該比銅差，如石墨等。2020年下學期長沙市第十一中