(完整版)《步步高學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)》2014-2015學(xué)年高中化學(xué)(人教版,選修4)第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)原電池

1、第四章電化學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)原電池目標(biāo)要求1.理解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解半反應(yīng)、鹽橋、內(nèi)電路、外電路等概念。3.會(huì)判斷原電池的正、負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池?；A(chǔ)落實(shí)一、原電池1 .原電池定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2 .實(shí)質(zhì)：將氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移變成電子的定向移動(dòng)。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3 .簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成條件：活潑性不同的兩個(gè)電極，電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。三原電池的工作原理工作原理：利用氧化還原反應(yīng)在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,以適當(dāng)方式連接起來(lái)，獲得電流。以銅鋅原電池為例：1 .在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，

2、即Zn被氧化,鋅原子先生子，形成Zn.進(jìn)入溶液, 從鋅片上釋放的電子，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片iCuSO4溶液中，Cu2卡從銅片上得電子,還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Zn-2e =Zn2+;銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu2 +2e =Cuo總反應(yīng)式為Zn + Cu2 =Zn2 + Cu ,反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的。2 .閉合回路的構(gòu)成：外電路：電子從負(fù)極到正極，電流從正極到負(fù)極,內(nèi)電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽(yáng)離子移向 CuSO4溶液。3 .鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的 KCl飽和溶液。當(dāng)其存在時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為 Zn#

3、進(jìn)入溶液中，使 ZnSO4溶液中Zn#過(guò)多，帶正電荷。Cu2卡獲得電子 沉積為Cu,溶液中Cu2+過(guò)少，SO4一過(guò)多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性時(shí)，將阻 止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。 鹽橋的存在就避免了這種情況的發(fā)生，其中Cl_向ZnSO4溶液遷移，K +向CuSO4溶液遷移，分別中和過(guò)剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。知識(shí)點(diǎn)一原電池1.下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是（）答案解析A、D項(xiàng)中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池;B項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn-2e =Zn2+ , 2H + + 2e-=H2T ； C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)成

4、原電池。2.下列各裝置能形成原電池的是（）答案 D解析 判斷一個(gè)裝置能否構(gòu)成原電池， 要看是否符合原電池的構(gòu)成條件： 電極材料（活 動(dòng)性不同的金屬、金屬與非金屬、金屬與金屬氧化物 ）；電解質(zhì)溶液；構(gòu)成閉合回路； 能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 A裝置：由于兩個(gè)電極是同種金屬，不能形成原電池；B裝置：酒精不是電解質(zhì)溶液，不能構(gòu)成原電池； C裝置：沒(méi)有形成閉合回路，不能形成原電池；D裝置：符合原電池構(gòu)成的條件，能形成原電池。知識(shí)點(diǎn)二原電池的原理3 .將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是 （）A .兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生B.甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C.兩燒

5、杯中溶液的 pH均增大D,產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢答案 C解析 因乙杯中鋅片和銅片沒(méi)有接觸， 故不能構(gòu)成原電池，A、B皆錯(cuò)；因甲燒杯中Zn、 Cu用導(dǎo)線連接后構(gòu)成原電池， 加快了 Zn的溶解，故D錯(cuò)；又因兩杯中的Zn都能與稀H2SO4 反應(yīng)產(chǎn)生H2而消耗H + ,故C正確。4 .把A、B、C、D四塊金屬泡在稀 H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電池。 A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，D上有氣泡逸出；A、C相連時(shí)，A極減輕；B、D 相連時(shí)，B為正極。則四種金屬的活動(dòng)性順序由大到小排列為（）A . ABCDB. ACBDC. ACDBD . BDCA答案 C解析 金屬組成原電池，相對(duì)活

6、潑的金屬失去電子作負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬作正極。負(fù)極被氧化，質(zhì)量減輕，正極發(fā)生還原反應(yīng)，有物質(zhì)析出，由題意得活動(dòng)性 AB、AC、CD、 DB ,故正確答案為 Co知識(shí)點(diǎn)三原電池的應(yīng)用5 . 一種新型燃料電池，它以多孔饃板為電極插入KOH溶液中，然后分別向兩極通入乙烷和氧氣，則有關(guān)此電池推斷正確的是（）A.通入乙烷的電極為正極B .參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比為7 : 2C.放電一段時(shí)間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D.負(fù)極反應(yīng)式為 C2H6 + 6H2O14e =2CO2 + 18H +答案 C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為 2c2H6+7024CO2+6H2O,在該反應(yīng)中氧氣得電子， 乙烷失

7、電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負(fù)極，故 A答案錯(cuò)誤；反應(yīng) 中參加反應(yīng)的乙烷與氧氣的物質(zhì)的量之比應(yīng)為2 ： 7,故B答案錯(cuò)誤；考慮到該電池是以 K0H為電解質(zhì)溶液的，生成的 C02會(huì)和K0H反應(yīng)轉(zhuǎn)化成 K2CO3,反應(yīng)中消耗 KOH , K0H的物 質(zhì)的量濃度減少，故 C答案正確；由于該電池是以 K0H溶液為電解液的，D答案中負(fù)極生 成的H+顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯(cuò)誤?？紤]到電解質(zhì)溶液的影響，此時(shí)該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為 2c2H6 + 8KOH +702 4K2CO3+10H2O ,正極反應(yīng)式為 14H2。+7。2 + 28e-=28OH-（正極氧氣得電子，理論上形

8、成02,但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以 0H -形式存在），負(fù)極反應(yīng)式可用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式得到：2C2H6 + 36OH -28e =4C02+ 24H2Oo6 .已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、硫酸。按要求回答下列問(wèn)題：（1）電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請(qǐng)說(shuō)明原因（2）若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？。若能，請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)式，負(fù)極： ,正極：。（若不能，后兩空不填）（3）設(shè)計(jì)一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫(huà)出裝置圖（需標(biāo)明電極材料及電池的正、負(fù)極）。答案

9、（1）二者連接在一起時(shí)，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕（2）能 Cu 2e =Cu22Fe3 + 2e =2Fe2解析 （1）當(dāng)Cu、Al導(dǎo)線連接時(shí)，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。（2）因?yàn)镕eCl3能與Cu發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2,因此根據(jù)給出的條件可 以設(shè)計(jì)成原電池，其負(fù)極為Cu,反應(yīng)為Cu - 2e =Cu2+,正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe3+ + 2e =2Fe2 +。（3）因?yàn)榭偡磻?yīng)式為 Fe+H2SO4=FeSO4+H2f ,所以負(fù)極為Fe,正極可為Cu、Ag或石 墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫(huà)出裝置圖。課時(shí)作業(yè)【練基礎(chǔ)落實(shí)】A.把銅片

10、和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B.用鋅片作負(fù)極，銅片作正極，在CuSO4溶液中，銅片質(zhì)量增加C.把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D.把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出的速率加快 答案 C解析 銅片和鐵片緊靠并浸入稀H2SO4中，銅片上的H +獲得由鐵片傳遞過(guò)來(lái)的電子：2H+2e-=H2f ,所以可觀察到銅片表面出現(xiàn)氣泡；鋅片作負(fù)極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng) Zn+Cu2+=Zn2+ + Cu,生成的Cu在銅片上析出使其質(zhì)量增加；銅片插入FeCl3溶液中，發(fā)生的反應(yīng)是Cu+2Fe3+=Cu2+ 2Fe2+,并沒(méi)有單質(zhì)鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管

11、中滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應(yīng)Zn+Cu2+=Zn2+Cu,置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置 于鹽酸中，構(gòu)成了原電池，加速2H+ + 2e-=H2 T反應(yīng)，可觀察到氣泡放出的速率加快。2 .控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3+ + 2F=2Fe2+l2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是（）T乙A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中石墨電極上的Fe3+被還原C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極答案 D解析 由反應(yīng)2Fe3+ 2I-=2Fe2+I2可知，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中Fe3+發(fā)生還原反應(yīng)，

12、乙中I一發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)， 則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，乙中I2發(fā)生還原反應(yīng)，則乙中石墨電極為正極；故選 D。3 .以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò) 2 mol電子 時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 （）A .鋅片溶解了 1 mol ,銅片上析出1 mol H 2B.兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等C.鋅片溶解了 31 g,銅片上析出了 1 g H2D .鋅片溶解了 1 mol ,硫酸消耗了 0.5 mol 答案 A解析 在涉及原電池的有關(guān)計(jì)算中，關(guān)鍵是要把握住一點(diǎn)即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點(diǎn)，我們從電極

13、反應(yīng)式看：負(fù)極： Zn - 2e =Zn2+ ;正極：2H + + 2e =H2 f o當(dāng) 溶解1 mol鋅時(shí)失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣彳#到2 mol電子，得失電子守恒，這 樣即可推出A正確。【練方法技巧】4 .以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)于該電池的敘述正確的是（）1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述不正確的是（）用電器A.該電池能夠在高溫下工作+B.電池的負(fù)極反應(yīng)式為 C6H12O6+6H2O24e-=6CO2T + 24H+C.放電過(guò)程中，H卡從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移22.4D-在電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣彳方L答案 B解

14、析 由葡萄糖微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖可知，此燃料電池是以葡萄糖為燃料，以氧氣為氧化劑，以質(zhì)子交換膜為隔膜， 以惰性材料為電極的一種燃料電池。 由于是微生物電池, 而微生物的生存溫度有一定的范圍，所以高溫下微生物不一定能夠生存，A錯(cuò)誤；放電時(shí)，負(fù)極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H+和電子，電極反應(yīng)式：C6H12O6+6H2O24e 一=6CO2 T +24H + , B正確；負(fù)極產(chǎn)生的 H+透過(guò)質(zhì)子交換膜進(jìn)入正極室，C錯(cuò)誤；負(fù)極產(chǎn)生的電子沿外電路從負(fù)極流向正極，在正極室與H +和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水?？偡磻?yīng)方程式為C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O,由總反應(yīng)方程式可知：每消耗 1

15、mol氧氣，理論上可以生 成標(biāo)準(zhǔn)狀況下 CO2氣體22.4 L , D錯(cuò)誤。5 .據(jù)報(bào)道，我國(guó)擁有的完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車(chē)已在北京奧運(yùn)會(huì)期間為運(yùn)動(dòng)員提 供了服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是().A.正極反應(yīng)式為 O2+2H2O+4e =4OHB.工作一段時(shí)間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C .該燃料電池的總反應(yīng)方程式為2H2+O2=2H2OD.用該電池電解 CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl 2(標(biāo)準(zhǔn)戊兄)時(shí)，有0.1 mol電子轉(zhuǎn)移答案 D解析 本題考查燃料電池的工作原理。氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；該燃料電池 電解一C 正確；CuC

16、l2=Cu +中氫氣與氧氣反應(yīng)生成水，KOH沒(méi)有消耗，也沒(méi)有生成，故 KOH的物質(zhì)的量不變，但其溶液濃度變小，B正確；H2和O2反應(yīng)生成水是該電池發(fā)生的反應(yīng),Cl2T , 2Cl 2e =Cl2f , n(Cl2)= 2.24 L/22.4 L mol- 1=0.1 mol, n(e )=0.2 mol, D 錯(cuò) 誤。【練綜合拓展：6 .某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用6 mol L鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入 6 mol L 1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入1的NaOH溶液中，如圖所示。端片鐵片鋁片IIjSO.,溶液 NaOEl甲乙SSS

17、寫(xiě)出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式: 負(fù)極正極(2)寫(xiě)出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極 ，正極 。總反應(yīng)離子方程式為 。(3)如果甲與乙兩位同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料若是金屬， 則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正極材料的金屬活潑”，則甲會(huì)判斷出 活動(dòng)性更強(qiáng)，而乙會(huì)判斷出活動(dòng)性更強(qiáng)(填寫(xiě)元素符號(hào))。(4)由此實(shí)驗(yàn)，可得到如下哪些結(jié)論？。A 利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動(dòng)性順序應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)B 鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強(qiáng)C.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明金屬活動(dòng)性順序表已過(guò)時(shí)，已沒(méi)有實(shí)用價(jià)值D 該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明化學(xué)研究對(duì)象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析(5)上述實(shí)驗(yàn)也反過(guò)來(lái)證明了“利用金屬活動(dòng)性順

18、序表直接判斷原電池中正、 負(fù)極”的做法 ( 填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請(qǐng)你提出另一個(gè)判斷原電池正、負(fù)極可行的實(shí)驗(yàn)方案 。答案 (1)Mg2e =Mg2 2H + 2e =h2 T (2)2Al 8OH 6e =2AlO 2 4H 2O6H2O+6e =6OH + 3H2 T2Al + 2OH + 2H2O=2AlO 2 + 3H2 T(3)Mg Al (4)AD(5) 不可靠將兩種金屬電極連上電流表而構(gòu)成原電池，利用電流表檢測(cè)電流的方向，從而判斷電子的流動(dòng)方向，再來(lái)確定原電池的正、負(fù)極解析(1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為Mg + H2SO4=MgSO4+H2f , Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為 Mg 2e-=Mg2+, Al作正極，電極反應(yīng)式為 2H + + 2e-=H2 T。(2)乙池中電池總反應(yīng)方程式為2Al +2NaOH +2HzO=2NaAlO 2+3