金军成功化学选修四同步学案：第一节 原电池 Word版

第一节原电池【今日目标】1.通过实验体验由化学能转为电能的探究。

2．掌握原电池的工作原理。

3．能正确书写电极反应和电池反应方程式。

【学习过程】一、原电池1.原理(以铜、锌原电池为例)2.电极反应锌片负极，发生氧化反应电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋铜片正极，发生还原反应电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu总电极反应式为：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋3．构成条件条件两个活泼性不同的电极，较活泼的做负极。

电解质溶液形成闭合回路能自发地发生氧化还原反应4．原电池的设计（1）.用还原性较强的物质作负极，向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。

（2）．将两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。

（3）．放电时负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中离子移动形成的内电路构成闭合回路。

【思考】1. (1)原电池的两电极必须是金属吗？【提示】不一定，如可用石墨做电极。

(2)Cu与稀H2SO4能否设计成原电池？【提示】不能。

Cu与稀H2SO4不能自发发生氧化还原反应。

2．在内电路中，阴、阳离子分别向哪个极板移动？【提示】阴离子→负极，阳离子→正极。

3.①原电池中，电子流出的极是正极还是负极？【提示】负极。

②若某电极在反应过程中增重，是原电池的正极还是负极？【提示】正极。

【总结】1．由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。

2．根据电流方向或电子流向判断外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。

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，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

4．根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。

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，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。

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，说明该电极为正极，活动性较弱。

7．根据某电极(X)附近pH的变化判断生成H2或吸收O2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极为正极，金属活动性较弱。

例1、某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下。

(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。

(3)实验4中Al作正极还是作负极？为什么？写出Al电极的电极反应式。

(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。

(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？【解析】一般情况下，较活泼的金属作原电池的负极，根据实验1、2的结果，自然得出1中Al作正极，2中Al作负极。

在NaOH溶液中，Al比Mg活泼，作负极。

在浓硝酸中由于Al 发生钝化，Zn作负极。

【答案】(1)不同；(2)Al为负极：Al－3e－===Al3＋，石墨为正极：2H＋＋2e－===H2↑，2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑；(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而Mg不能与NaOH溶液反应，Al＋4OH－－3e－===AlO2－＋2HO；2(4)实验5中由于Al在浓硝酸中发生钝化，所以Zn为负极；(5)与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关。

例2．有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是()A．A池中负极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋B．Mg在A池中为负极，在B池中为正极C．B池中电子的流向：Mg→AlD．原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大【解析】判断原电池正负极，除考虑活泼性还要注意电解质溶液对正负极的影响。

对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A 池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，A对；B池中电子流向为Al―→Mg，C项错。

A池中正极2H＋＋2e－===H2↑，随着反应进行，c(H＋)减少，pH增大，D对。

【答案】 C二、原电池原理的应用【问题导思】①若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？【提示】粗锌。

②将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？【提示】 a【总结】原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。

2．比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。

根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a>b。

3．用于金属的防护如要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的负极，铁闸作正极。

4．设计化学电池例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为依据，设计一个原电池。

(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池负极和正极电极反应式。

负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)确定电极材料负极：若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。

正极：正极的电极材料必须不如负极材料活泼。

本例中可用铜棒作负极。

用铂丝或碳棒作正极：(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。

如本例中可用FeCl3溶液作电解液。

(4)构成闭合回路。

例3、由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。

根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________。

(2)装置乙中正极的电极反应式_________________________。

(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_____________________________。

【解析】甲、乙、丙均为原电池装置，依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B 为正极，活泼性：A>B，乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性：B>C，丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性：D>A，随着H＋的消耗，pH变大。

【答案】(1)A－2e－===A2＋(2)Cu2＋＋2e－===Cu(3)变大(4)D>A>B>C例4．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流由D―→导线―→C；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡；④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应。

据此，判断四种金属的活动性顺序是()A．A＞B＞C＞D B．A＞C＞D＞BC．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A【解析】金属与稀硫酸溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成氢气，电子运动方向由负极到正极。

题中由①知A>B；由②知C>D；由③知A>C；由④知D>B。

综合以上信息可知金属活动性A＞C＞D＞B。

【答案】 B三、原电池电极反应式的书写方法【思路】：1、如果题目给定了图示装置，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去写电极反应式；2、如果题目给定了总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再根据溶液的酸碱性等实际情况去写电极反应式，另一电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用电池反应减去已写的电极反应式，即得结果。

3、特别需要指出的是对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解原理。

【注意事项】(1)写电池反应时，正、负极电极反应式进行加和时，应注意电子得失要相等，再加和。

(2)利用总反应式减去其中一极反应式时也要注意电子守恒。

(3)弱电解质、气体或难溶电解质均用分子表示，其余用离子符号表示。

(4)注意电解质溶液的成分对正极、负极反应产物的影响，正、负极产物可根据题意或据化学方程式确定，如铅蓄电池中电解质溶液H2SO4中的SO42－参与电极反应生成PbSO4。

(5)写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可以根据电极反应式的需要添加H＋或OH－或H2O。

例5、铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_________________________________________。

(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应_________________________；负极反应_________________________。

【解析】根据氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池，负极发生氧化反应，Cu 失电子，正极选择比Cu活泼性弱的金属或石墨棒，电解质溶液为FeCl3溶液。

【答案】(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)装置图：Fe3＋＋e－===Fe2＋(或2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋)Cu－2e－===Cu2＋【课堂练习及精析】1．下图中能组成原电池产生电流的是()【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项符合原电池的三个构成条件，且Zn能与H2SO4溶液反应，两电极发生的反应分别是Zn－2e－===Zn2＋，2H ＋＋2e－===H2↑。

C项中酒精不是电解质，故不是原电池。

【答案】 B2．下列说法正确的是()A．原电池是把电能转化为化学能的装置B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动【解析】原电池是把化学能转化为电能的装置，电子流出的一极是负极，负极发生氧化反应，电解质溶液中的阴离子向负极移动；电子流进的一极是正极，正极发生还原反应，电解质溶液中的阳离子向正极移动。

【答案】 D32＋2＋()【解析】本题考查原电池的组成。