最新-2021秋化学选修4课件：4.1 原电池 精品

电极增重或产生气体
电极材料
活泼金属
不活泼金属或非金属
化学 本质
电极反应类型 氧化反应
还原反应
电极反应 电池总反应
M-ne- Mn+ Nm++me- N mM+nNm+ mMn++nN
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特别提醒 判断电极时,不能简单地依据金属的活泼性来判断,要看反应的具 体情况,如:①Al 在强碱性溶液中比 Mg 更易失电子,Al、Mg 和强碱溶 液构成原电池时 Al 作负极,Mg 作正极;②Fe、Al 在浓硝酸中钝化后,比 Cu 等金属更难失电子,Cu 等金属作负极,Fe、Al 作正极。
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1.根据原电池的有关知识,下列反应不能用于设计原电池的是( ) A.2H2+O2 2H2O B.2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O C.Zn+2HCl ZnCl2+H2↑
D.NaOH+HCl NaCl+H2O
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解析:原电池反应必须是自发的氧化还原反应,选项 D 是非氧化还原反应,故它不可以用于关闭发生的电极反应
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答为解案析:(:1(1)C)由u 电A池g反NO应3 溶2A液g++Cu ;XCu电2++极2A上g 可发知生,电的极材电料极X反应应为 Cu,Y 为 AgNO3 溶
为液;(2(2)银)正电极A为g++正e极- ,发生A的g 电C极u-反2;e应- 为:ACg+u+2+e-
(2)原电池中,电极材料可能与电解质反应,也可能与电解质不反应。 如下图:
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2.对锌铜原电池工作原理的进一步探究
活动与探究 2
(1)提出问题:下图是原电池,如果用它作电源,不但效率低,而且时间 稍长电流就会减弱,因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢?有没 有什么改进措施?
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(2)为了避免发生这种现象,设计如下图所示的原电池装置,你能解 释它的工作原理吗?
改进后的装置为什么能够持续、稳定地产生电流?盐桥的作用是什 么?
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答案:在整个装置的电流回路中,溶液中的电流通路是靠离子迁移 完成的。Zn 失去电子形成的 Zn2+进入 ZnSO4 溶液,ZnSO4 溶液因 Zn2+ 增多而带正电荷;同时,CuSO4 溶液则由于 Cu2+变为 Cu,使得 SO42-相对较 多而带负电荷;溶液不保持电中性,这两种因素均会阻止电子从锌片流 向铜片,造成电流中断。由于盐桥(如 KCl)的存在,其中 Cl-向 ZnSO4 溶液 扩散和迁移,K+向 CuSO4 溶液扩散和迁移,分别中和过剩的电荷,保持溶 液的电中性,因而放电作用不间断地进行,一直到锌片全部溶解或 CuSO4 溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。盐桥的作用:盐桥起着平衡溶 液电荷,构成回路,提高原电池工作效率的作用。
第四章 电化学基础
第一节 原电池
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学习目标
1.体验化学能与电能相互转化的探 究过程; 2.使学生进一步了解原电池的工作 原理和构成原电池的条件; 3.能够写出电极反应和电池反应
重点难点
1.通过设计铜锌原电池两种方案的对比, 加深对原电池工作原理的理解; 2.熟悉电极反应书写的注意事项; 3.能根据提供的氧化还原反应设计简单 的原电池
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思考与交流
通过上述分析,你能总结出原电池形成的条件吗? 答案:(1)活泼性不同的两电极;(2)电解质溶液;(3)形成闭合回路(导 线连接或直接接触且电极插入电解质溶液;(4)自发的氧化还原反应(本 质条件)。
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(1)形成闭合回路的方式有多种,可以是导线连接两个电极,也可以 是两电极直接接触。如下图:
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1.原电池形成的条件
活动与探究 1
构成原电池的条件
问题一:下列图示的装置可以产生电流的是①②③。
发现一:活泼性不同的两个电极。
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问题二:下列图示的装置可以产生电流的是⑤。
发现二:电极需插进电解质溶液中。 问题三:下列图示的装置可以产生电流的是⑦。
发现三:必须形成闭合回路。
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1.原电池是将化学能转变为电能的装置。原电池反应的本质是氧 化还原反应。如图所示。
预习交流 1
盐桥的作用是什么? 答案:(1)使整个装置构成闭合电路。 (2)平衡电荷。
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当右边烧杯电解质溶液为稀硫酸时:Zn 电极是负(填“正”或“负”)极, 其电极反应为 Zn-2e- Zn2+,该反应是氧化(填“氧化”或“还原”,下同) 反应;Cu 电极是正极,其电极反应为 2H++2e- H2↑,该反应是还原反
Ag;X 电极上发生的电极反应
(为3):外C(u3-)电2Ceu-路A中gC的u2电+;(3子)外是电路从上电子是从 C电u 电极极流(负向极)流向 Ag 电极电(极正极。)。
解析 答案
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2.原电池电极及电极反应特点: (1)负极是电子流出的一极,通常是活泼性较强的金属或某些还原 剂,电极被氧化,发生氧化反应。 (2)正极是电子流入的一极,通常是活泼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被 还原,发生还原反应。
预习交流 3
对原电池而言正、负极是如何规定的呢? 答案:电子流出的一极规定为负极,电子流入的一极规定为正极。
(3)两式加,验总式 验证。
两电极反应相加,与总反应离子方程式对照
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题目给定总反应的复杂电极反应的书写 (1)分析化合价,确定电极反应物与产物,按照负极发生氧化反应,正 极发生还原反应的原理,写出正、负电极的反应物与产物。 (2)在电极反应的左边写出得失电子数,使电荷守恒。 (3)根据质量守恒配平电极反应。
原 D 电池反应。
解析 答案
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2.下图中能组成原电池,产生电流的是(
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)
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解析:A、D 两项中电极与电解质溶液之间不发生反应,不能构成原电池。B 项符合原电
池的条件,且 Zn 能与 H2SO4 溶液反应,两电极发生的反应分别是 Zn-2e-
B H2↑。C 项中酒精不是电解质,故不能形成原电池。
Fe2++H2↑。
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思考与交流
通过(1)(2)两个原电池电极反应的书写,归纳电极反应书写的一般 步骤。
答案:(1)列物质,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的环境中,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。电极反应要依据 电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等加以配平。
Zn2+,2H++2e-
关闭
解析 答案
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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( )
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
关闭
C解.两析:乙 烧烧杯杯中中溶锌与液铜的没有pH接触均,不增能大构成原电池,但锌可以与稀硫酸直接反应,放出 H2。关闭 D甲.产烧杯生中气铜泡片和的锌速片率用导甲线比连乙接后慢插入稀硫酸中形成了原电池,由于金属活动性 Zn 大
(2)Fe 氧化 Cu Cu 表面有气泡产生
应实质(3)为Fe+FHe+2HSO2S4O4 FeFSeOS4O+4H+2H↑2↑。
解析 答案
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6.依据氧化还原反应: 2Ag++Cu Cu2++2Ag,设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题:
(1)电极 X 的材料是
;Y 是
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答案:造成的主要原因:由于锌片与硫酸铜溶液直接接触,反应一段 时间后,难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原,一旦有少量的 铜在锌片表面析出,即在负极(锌)表面也构成了原电池,进一步加速铜在 负极锌表面析出,致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜 覆盖后,不再构成原电池了,也就没有电流再产生。
应。
预习交流 2
当右边烧杯电解质溶液为 Cu(NO3)2 溶液时,还能否构成原电池?若 能,请你写出正极、负极材料的名称、电极反应。
答案:能;Zn 电极是负极,其电极反应为 Zn-2e- Zn2+,该反应是氧 化反应;Cu 电极是正极,其电极反应为 Cu2++2e- Cu,该反应是还原反 应。
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思考与交流 通过铜锌原电池的研究,请你归纳原电池工作时两极所发生的反 应及离子移动方向。 答案:
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利用原电池的工作原理,判断原电池的负极与正极。
判定依据
负极
正极
物理学 电子流向
电子流出
电子流入
研究 离子流向
阴离子流入 阳离子流入
现象 电极现象
电极减轻
于 C Cu,所以锌为负极,铜片上有 H2 放出,加快了锌的溶解,故只有 C 项正确。
解析 答案
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4.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是( )
A.正极反应为:Zn-2e- Zn2+ B解.电析:池Zn 反是原应电为池:的Zn负+极C,u故2+A 错误Z;原n2电++池C总u反应与没有形成原电池时的氧化还原反应关闭 C相.在同,外故 电B 正路确中;根,据电闭流合从回路负的极电流流向方向正,在极外电路中,电流由正极流向负极,因电子流向关闭 D与 错 B.盐电 误流 。桥的中方的向相K反+移,即向电子Z由n负SO极4流溶向液正极,故 C 错误;在溶液中,阳离子向正极移动,故 D
解析 答案
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5.(1)下列装置属于原电池的是
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。
(2)在选出的原电池中,
是负极,发生
反应,
关是闭
正解析极:(,1该)构极成的原电现池象的是条件:两个活动性。不同的电极;电解质溶液;形成闭合回路;自发进行 (的 答3)案氧此化 :((2原1)还)(⑤3电原 )在反池⑤应中反。,F应根e 为据的负此化极条学,件发知 方生,氧⑤程化属式反于为应原,电Cu池为。正极,发生还原反应,表。面有气泡冒出,反关闭
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3.原电池电极反应的书写 活动与探究 3
写出图中两个原电池的电极反应和电池总反应。
答案:(1)负极:Fe-2e- Fe2+; 正极:Cu2++2e- Cu; 总反应:Fe+Cu2+ Fe2++Cu。
(2)负极:Fe-2e- Fe2+;正极:2H++2e-
H2↑;总反应:Fe+2H+