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学案2:4.1 原电池

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高中化学审核员

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                               第一节         原电池

     [学习目标] 1.了解原电池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。2.掌握
构成原电池的条件。3.能设计原电池装置。

    [重点·难点] 电极反应和电池反应方程式的书写。

    课前准备区

    1.原电池原理

    (1)概念:利用______________反应原理将________能转化为____能的装置。

    (2)原电池工作原理(以锌铜原电池为例)


                      装置

                     示意图


                               锌片________________,铜片上
                      现象       有____________,电流表指针发
                                       生________

                      电极       Zn 电极          Cu 电极

                    电极名称

                    得失电子       失电子             得电子

                    电子流向

                    反应类型

                     电极反

                      应式

                    总反应式

    2.原电池形成的条件
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    (1)两个________不同的电极(材料可以是金属或非金属)

    负极:活泼性____,________电子发生氧化反应。

    正极:活泼性____,________电子发生还原反应。

    (2)电极均插入________________中。

    (3)构成________________。

    (4)能自发地发生的________________反应。

    3.下列装置中,属于原电池的是(  )


    4.关于下图装置的叙述,正确的是(  )


    A.铜是阳极,铜片上有气泡产生

    B.铜片质量逐渐减少

    C.电流从锌片经导线流向铜片


    D.氢离子在铜片表面被还原后生成               H2

    5.理论上,能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应该注意以下
几方面。

    (1)外电路

                                导e-线
                               ――→
    负极(________________的物质)        正极

    (2)内电路
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    将两极浸入________________溶液中,使正、负离子作________________。

    (3)闭合电路


    课堂活动区

    一、原电池的正负极的判断方法

    1.由组成原电池的两极材料判断

    较活泼的金属为____极,较不活泼的金属或能导电的非金属为____极。

    2.根据电流方向或电子流向判断

    外电路中,电流由____极流向____极,电子由____极流向____极。

    3.根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断

    在原电池电解质溶液中,阳离子移向____极,阴离子移向____极。

    4.根据原电池中两极发生的反应判断

    原电池中,负极总是发生________反应,正极总是发生________反应。若给出一个总
方程式,则可根据化合价升降来判断。

    5.根据电极质量的变化判断

    原电池工作后,某一电极质量增加,说明溶液中的阳离子在该电极上放电,该极为
____极;

    反之,如果某一电极质量减轻,则该电极溶解,为____极。

    6.根据电极上有气泡产生判断


    原电池工作后,如果某一电极上有气体产生,通常是因为该电极发生了析出                                H2 的反应,
说明该电极为____极。

    7.根据某电极(X)附近        pH 的变化判断
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    析氢或吸氧的电极反应发生后,均能使该电极附近电解质溶液的                           pH 增大,因而原电池
工作后,X    极附近的     pH 增大了,说明     X 极为____极。


    思考:镁—铝电极在稀          H2SO4 中构成原电池时,正、负极材料分别是什么?若将电解
质溶液改为     NaOH 溶液,正、负极材料又分别是什么?分别写出两种溶液中的电极反应。

     


     


     


     


     

     典例  1  将纯锌片和纯铜片按图所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(  )


    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

    听课记录: 
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     变式训练    1  (1)若例   1 中甲装置的电极分别为铁、铜,电解质溶液为浓                   HNO3,则原
电池正、负极分别是什么?

     


     

    (2)利用装置乙现有材料,如何加快反应速率?

     


     

    二、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。

    1.基本依据

    构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。

    (1)根据电池反应写出电极反应;

    (2)找出两极材料(电极材料);

    (3)找出电解质溶液;

    (4)形成闭合回路。

    2.电解质溶液及电极材料的选择

    (1)电解质溶液的选择

    电解质是使____极放电的物质,因此电解质溶液一般要能与____极发生反应,或者电
解质溶液中溶解的其他物质能与____极发生反应。
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    (2)电极材料的选择

    在原电池中,选择还原性较强的金属作____极,易导电且比____极材料活动性弱的物
质作____极。

    3.设计思路

                     设计思路                           实例


            以自发的氧化还原反应为基础                  Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑

           把氧化还原反应分解为氧化反应                  氧化反应(__极):______
           和还原反应两个半反应,从而确
                    定电极反应                  还原反应(__极):______

                                                负极材料:__
           以两极反应为原理,确定电极材
                                             正极材料:________
                  料及电解质溶液
                                              电解质溶液:____


                    画出示意图


     典例  2  利用反应     Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2,设计一个原电池,在下边方框内画
出实验装置图,并指出正极为______,电极反应式为

    ________________________________________________________________________;

    负极为________,电极反应式为

    ________________________________________________________________________。
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    听课记录: 


     


     

     变式训练    2  对于如图所示的原电池,对其中的电解质溶液有以下猜想:


    猜想一:必须是能与负极发生反应的电解质。

    猜想二:任意的电解质溶液均可在如图装置中构成原电池。

    (1)为了证明猜想是正确的,请配齐实验用品:锌片、铜片、导线、检流计、稀硫酸、
__________。

    (2)你应该做怎样的简单操作

    ________________________________________________________________________。

    若______________,则说明猜想二是正确的。

    (3)该电池的电流方向为:

    ________________________________________________________________________。

    三、电极反应和电池反应的书写方法

    1.书写原则

    (1)遵守质量守恒和电荷守恒。

    (2)正、负极的电极反应式通过加合消去电子即为电池反应式。
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    (3)弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。

    2.书写方法

    (1)根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生反
应的物质。

    ①题目给定总反应式:分析有关元素的化合价变化情况,化合价升高的物质发生氧化
反应即负极反应;化合价降低的物质发生还原反应即正极反应。

    ②题目给定图示装置:先确定正、负极,再根据正、负极反应规律书写电极反应式。

    (2)注意电解质溶液的成分及其对正、负极反应产物的影响,正、负极产物可根据题意
或根据化学方程式确定。

     典例  3  写出下表中电池装置的电极反应和总的化学反应方程式:

                           负极材料       正极材料       电解质溶液

                   (1)       铁           铜          硫酸

                   (2)       铜           银         硝酸银


    (1)正极反应

    ________________________________________________________________________;


    负极反应

    ________________________________________________________________________;


    总反应方程式

    ________________________________________________________________________。


    (2)正极反应
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________________________________________________________________________;


负极反应

________________________________________________________________________;


总反应方程式

________________________________________________________________________。


听课记录: 


 


 


 变式训练    3  由锌片、铜片和       200 mL 稀 H2SO4 组成的原电池如下图所示。


(1)原电池的负极反应是

________________________________________________________________________,


正极反应是

________________________________________________________________________。
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    (2)电流的方向是______________。


    (3)一段时间后,当在铜片上放出             1.68  L(标准状况下)气体时,H2SO4       恰好消耗一半。
则产生这些气体的同时,共消耗________g              锌,有______个电子通过了导线,原硫酸的物
质的量浓度是________(设溶液体积不变)。


                                    参考答案

    课前准备区

    1.(1)氧化还原 化学 电 (2)逐渐溶解 红色物质沉积 偏转 负极 正极 流出 
流入 氧化反应 还原反应 Zn-2e-===Zn2+ Cu2++2e-===Cu Zn+Cu2+===Cu+Zn2+

    2.(1)活泼性 强 失去 弱 得到 (2)电解质溶液 (3)闭合回路 (4)氧化还原

    3.D [利用组成原电池的条件分析:A               项两电极相同;B       项酒精为非电解质;C         项缺
少盐桥;E    项有外加电源,只有         D 项符合。]

    4.D [本题主要考查有关原电池的知识,由所给图示可知                       Zn 为原电池负极,失去电

子被氧化,电子经导线流向正极,溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为                                 H2;原电池
只分正、负极,不用阴、阳极表示,电流与电子流向相反。]

    5.(1)还原性较强 (2)电解质 定向移动 (3)负极 正极 

    课堂活动区

    一、
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    1.负 正 2.正 负 负 正 3.正

    负 4.氧化 还原 5.正 负 6.正

    7.正

    思考:在稀硫酸溶液中,正极为              Al,负极为    Mg,

    电极反应为:

            +    -
    正极:2H    +2e  ===H2↑

    负极:Mg-2e-===Mg2+

    在 NaOH 溶液中,正极为       Mg,负极为    Al,

    电极反应为:

            +    -
    正极:6H    +6e  ===3H2↑

                  -    -
    负极:2Al+8OH     -6e  ===2AlO-2 +4H2O

    典例  1 C [由题目中所给图示可知,甲中形成闭合回路,符合形成原电池的条件。

                                                     +    -
其中铜的活泼性不如锌强,故铜作正极,发生的电极反应为                         2H +2e   ===H2↑;乙不能构

                                                     +     2+
成闭合回路,不能形成原电池,只在锌片上发生反应:Zn+2H                         ===Zn +H2↑,由于两者
都消耗   H+,故溶液的      pH 都增大。由于原电池的形成,故甲的反应速率比乙快。]

    变式训练    1 (1)Cu  为负极,Fe    为正极。

    (2)让锌片与铜片接触,形成原电池。

    二、2.(1)负 负 负 (2)负 负 正

                 -     2+       +    -
    3.负 Zn-2e     ===Zn   正 2H    +2e  ===H2↑ Zn 石墨或比锌活泼性差的金属 
稀硫酸


    典例  2 实验装置图如图:
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    Pt 2Fe3++2e-===2Fe2+ Cu Cu-2e-===Cu2+

    解析 根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是:首先将已知的反应拆成两个半
反应(即氧化反应和还原反应):Cu-2e-===Cu2+,2Fe3++2e-===2Fe2+;然后结合原电池
的电极反应特点,分析可知,该电池的负极应该用                     Cu 作材料,正极要保证         Fe3+得到负极
失去的电子,一般用不能还原             Fe3+的材料如    Pt 或碳棒等,电解质溶液只能用含             Fe3+的电

解质溶液,如      FeCl3 溶液等。

    变式训练    2 (1)NaCl  溶液(或其他电解质溶液)


    (2)将稀  H2SO4 换成 NaCl 溶液 检流计指针发生偏转

    (3)从铜片流向锌片

                +    -
    典例  3 (1)2H   +2e  ===H2↑

          -     2+
    Fe-2e  ===Fe       Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑

    (2)2Ag++2e-===2Ag      Cu-2e-===Cu2+

    Cu+2Ag+===Cu2++2Ag

    解析 负极失电子,发生氧化反应,正极得电子,发生还原反应,根据活泼性,(1)中
铁作负极,(2)中铜作负极。

                        -     2+    +    -
    变式训练    3 (1)Zn-2e   ===Zn   2H  +2e  ===H2↑

    (2)由 Cu 极流向   Zn 极

    (3)4.875 9.03×1022 0.75 mol·L-1


    解析 产生     0.075  mol  H2,通过   0.075 mol×2=0.15    mol 电子,消耗    0.075  mol 

                                                     -1              -
Zn 和 0.075 mol  H2SO4。所以  m(Zn)=0.075  mol×65  g·mol   =4.875  g,N(e  )=0.15 
                                          0.075 mol × 2
             23   -1          22                                 -1
mol×6.02×10    mol  =9.03×10   ,c(H2SO4)=    0.2 L  =0.75 mol·L    。
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