第四章 第一節(jié) 原電池

1、.第四章 電化學基礎第一節(jié)原電池目標要求1.理解原電池的工作原理，能夠寫出電極反應式和電池反應方程式。2.了解半反應、鹽橋、內電路、外電路等概念。3.會判斷原電池的正、負極，能夠利用氧化還原反應設計簡單的原電池。一、原電池1原電池定義：將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。2實質：將氧化還原反應的電子轉移變成電子的定向移動。即將化學能轉化成電能。3簡單原電池的構成條件：活潑性不同的兩個電極，電解質溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進行的氧化還原反應。二、原電池的工作原理工作原理：利用氧化還原反應在不同區(qū)域內進行，以適當方式連接起來，獲得電流。以銅鋅原電池為例：1在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，鋅原

2、子失電子，形成Zn2進入溶液，從鋅片上釋放的電子，經過導線流向銅片；CuSO4溶液中，Cu2從銅片上得電子，還原成為金屬銅并沉積在銅片上。鋅為負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為Zn2e=Zn2；銅為正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為Cu22e=Cu?？偡磻綖閆nCu2=Zn2Cu，反應是自發(fā)進行的。2閉合回路的構成：外電路：電子從負極到正極，電流從正極到負極，內電路：溶液中的陰離子移向ZnSO4溶液，陽離子移向CuSO4溶液。3鹽橋鹽橋中通常裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。當其存在時，隨著反應的進行，Zn棒中的Zn原子失去電子成為Zn2進入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2過多，帶正電荷。Cu2獲得電

3、子沉積為Cu，溶液中Cu2過少，SO過多，溶液帶負電荷。當溶液不能保持電中性時，將阻止放電作用的繼續(xù)進行。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，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應可以繼續(xù)進行。知識點一原電池1下列裝置中能構成原電池產生電流的是()答案B解析A、D項中電極與電解質溶液之間不發(fā)生反應，不能構成原電池；B項符合原電池的構成條件，兩電極發(fā)生的反應分別是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C項中酒精不是電解質，故不能構成原電池。2下列各裝置能形成原電池的是()答案D解析判斷一個裝置能否構成原電池，要看是否符合原電池的構成條件：電極材

4、料(活動性不同的金屬、金屬與非金屬、金屬與金屬氧化物)；電解質溶液；構成閉合回路；能自發(fā)進行的氧化還原反應。A裝置：由于兩個電極是同種金屬，不能形成原電池；B裝置：酒精不是電解質溶液，不能構成原電池；C裝置：沒有形成閉合回路，不能形成原電池；D裝置：符合原電池構成的條件，能形成原電池。知識點二原電池的原理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間，以下敘述正確的是()A兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C兩燒杯中溶液的pH均增大D產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有接觸，故不能構成原電池，A、B皆錯；因甲燒杯中Zn、Cu用導線連接后構成

5、原電池，加快了Zn的溶解，故D錯；又因兩杯中的Zn都能與稀H2SO4反應產生H2而消耗H，故C正確。4把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池。A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四種金屬的活動性順序由大到小排列為()AA>B>C>D BA>C>B>D CA>C>D>B DB>D>C>A答案C解析金屬組成原電池，相對活潑的金屬失去電子作負極，相對不活潑的金屬作正極。負極被氧化，質量減輕，正極發(fā)生還原反應，有物質析出，由題

6、意得活動性A>B、A>C、C>D、D>B，故正確答案為C。知識點三原電池的應用5一種新型燃料電池，它以多孔鎳板為電極插入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參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比為72C放電一段時間后，KOH的物質的量濃度減少D負極反應式為C2H66H2O14e=2CO18H答案C解析乙烷燃燒的化學方程式為2C2H67O24CO26H2O，在該反應中氧氣得電子，乙烷失電子，因此通入氧氣的電極為正極，而通入乙烷的電極為負極，故A答案錯誤；反應中參加反應的乙烷與氧氣的物質的量之比應為27，故B答案錯誤；

7、考慮到該電池是以KOH為電解質溶液的，生成的CO2會和KOH反應轉化成K2CO3，反應中消耗KOH，KOH的物質的量濃度減少，故C答案正確；由于該電池是以KOH溶液為電解液的，D答案中負極生成的H顯然在溶液中是不能存在的，故D答案錯誤?？紤]到電解質溶液的影響，此時該電池的總反應式應為2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正極反應式為14H2O7O228e=28OH(正極氧氣得電子，理論上形成O2，但該粒子在水中不穩(wěn)定，必須以OH形式存在)，負極反應式可用總反應式減去正極反應式得到：2C2H636OH28e=4CO24H2O。6已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質溶液：CuC

8、l2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列問題：(1)電工操作上規(guī)定：不能把銅導線和鋁導線連接在一起使用。請說明原因_。(2)若電極材料選銅和石墨，電解質溶液選硫酸鐵溶液，外加導線，能否構成原電池？_。若能，請寫出電極反應式，負極：_，正極：_。(若不能，后兩空不填)(3)設計一種以鐵和稀硫酸反應為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標明電極材料及電池的正、負極)。答案(1)二者連接在一起時，接頭處在潮濕的空氣中形成原電池而被腐蝕(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)解析(1)當Cu、Al導線連接時，接觸到潮濕的空氣就易形成原電池而被腐蝕。(2)因為FeCl3能與Cu發(fā)生

9、反應：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根據給出的條件可以設計成原電池，其負極為Cu，反應為Cu2e=Cu2，正極為石墨，電極反應式為2Fe32e=2Fe2。(3)因為總反應式為FeH2SO4=FeSO4H2，所以負極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質為稀硫酸，即可畫出裝置圖。練基礎落實1下列關于實驗現象的描述不正確的是()A把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現氣泡B用鋅片作負極，銅片作正極，在CuSO4溶液中，銅片質量增加C把銅片插入三氯化鐵溶液中，在銅片表面出現一層鐵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

10、浸入稀H2SO4中，銅片上的H獲得由鐵片傳遞過來的電子：2H2e=H2，所以可觀察到銅片表面出現氣泡；鋅片作負極，銅片作正極，發(fā)生反應ZnCu2=Zn2Cu，生成的Cu在銅片上析出使其質量增加；銅片插入FeCl3溶液中，發(fā)生的反應是Cu2Fe3=Cu22Fe2，并沒有單質鐵的析出；向盛有鋅粒和鹽酸的試管中滴入幾滴CuCl2溶液，發(fā)生反應ZnCu2=Zn2Cu，置換出的Cu與剩余的Zn接觸，置于鹽酸中，構成了原電池，加速2H2e=H2反應，可觀察到氣泡放出的速率加快。2控制適合的條件，將反應2Fe32I2Fe2I2設計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A反應開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧

11、化反應B反應開始時，甲中石墨電極上的Fe3被還原C電流計讀數為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D電流計讀數為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負極答案D解析由反應2Fe32I2Fe2I2可知，反應開始時，甲中Fe3發(fā)生還原反應，乙中I發(fā)生氧化反應；當電流計讀數為零時，則反應達到了平衡狀態(tài)，此時在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應方向移動，乙中I2發(fā)生還原反應，則乙中石墨電極為正極；故選D。 3.以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質溶液組成原電池，當導線中通過2 mol電子時，下列說法正確的是()A鋅片溶解了1 mol，銅片上析出1 mol H2B兩極上溶解和析出的物質的質量相等C鋅片

12、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計算中，關鍵是要把握住一點即兩極得、失電子數相等。利用這一特點，我們從電極反應式看：負極：Zn2e=Zn2；正極：2H2e=H2。當溶解1 mol鋅時失去2 mol電子，銅片上析出1 mol氫氣得到 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構示意圖如圖所示。關于該電池的敘述正確的是()A該電池能夠在高溫下工作B電池的負極反應式為C6H12O66H2O24e=6CO224HC放電過程中，H從正極區(qū)向負極區(qū)遷移D在電池反應中，每消

13、耗1 mol氧氣，理論上能生成標準狀況下CO2氣體 L 答案B解析由葡萄糖微生物燃料電池結構示意圖可知，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錯誤；放電時，負極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H和電子，電極反應式：C6H12O66H2O24e=6CO224H，B正確；負極產生的H透過質子交換膜進入正極室，C錯誤；負極產生的電子沿外電路從負極流向正極，在正極室與H和氧氣發(fā)生反應生成水?？偡磻匠淌綖镃6H12O66O2=6CO26H2O，由總反應方程

14、式可知：每消耗1 mol氧氣，理論上可以生成標準狀況下CO2氣體22.4 L，D錯誤。5據報道，我國擁有的完全自主產權的氫氧燃料電池車已在北京奧運會期間為運動員提供了服務。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關該電池的敘述不正確的是()A正極反應式為O22H2O4e=4OHB工作一段時間后，電解液中KOH的物質的量不變C該燃料電池的總反應方程式為2H2O2=2H2OD用該電池電解CuCl2溶液，產生2.24 L Cl2(標準狀況)時，有0.1 mol電子轉移答案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，A正確；該燃料電池中氫氣與氧氣反應生成水，KOH沒有消耗，也沒有生成

15、，故KOH的物質的量不變，但其溶液濃度變小，B正確；H2和O2反應生成水是該電池發(fā)生的反應，C正確；CuCl2CuCl2，2Cl2e=Cl2，n(Cl2)2.24 L/22.4 L·mol10.1 mol，n(e)0.2 mol，D錯誤。練綜合拓展6某探究活動小組想利用原電池反應檢測金屬的活動性順序，有甲、乙兩位同學均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學將電極放入6 mol·L1的稀H2SO4中，乙同學將電極放入6 mol·L1的NaOH溶液中，如圖所示。(1)寫出甲池中發(fā)生的有關電極反應的反應式：負極_，正極_。(2)寫出乙池中發(fā)生的有關電極反應的反應式：負極_，正極

16、_。總反應離子方程式為_。(3)如果甲與乙兩位同學均認為“構成原電池的電極材料若是金屬，則構成負極材料的金屬應比構成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出_活動性更強，而乙會判斷出_活動性更強(填寫元素符號)。(4)由此實驗，可得到如下哪些結論？_。A利用原電池反應判斷金屬活動性順序應注意選擇合適的介質B鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強C該實驗說明金屬活動性順序表已過時，已沒有實用價值D該實驗說明化學研究對象復雜、反應條件多變，應具體問題具體分析(5)上述實驗也反過來證明了“利用金屬活動性順序表直接判斷原電池中正、負極”的做法_(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，則請你提出另一個判斷原電池正、負極可行的實驗方案_。答案(1)Mg2e=Mg22H2e=H2(2)2Al8OH6e=2AlO4H2O6H2O6e=6OH3H22Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)MgAl(4)AD(5)不可靠將兩種金屬電極連上電流表而構成原電池，利用電流表檢測電流的方向，從而判斷電子的流動方向，再來確定原電池的正、負極解析(1)甲池中電池總反應方程式為MgH2SO4=MgSO4H2，Mg作負極，電極反應式為Mg2e=Mg2，Al作正極，電極反應式為2H2e=H2。(2)乙池中電池總反應方程式為2Al2N