2017度高二化學(xué)原電池知識(shí)點(diǎn)規(guī)律總結(jié)以及典例導(dǎo)析

1、原電池【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、進(jìn)一步了解原電池的工作原理；2、能夠?qū)懗鲈姵氐碾姌O反應(yīng)式和原電池的總反應(yīng)方程式。 【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、原電池 1、概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫原電池。 2、原電池的構(gòu)成條件 兩個(gè)活潑性不同的電極(材料可以是金屬或?qū)щ姷姆墙饘?，分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。 負(fù)極：活潑性強(qiáng)，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。 正極：活潑性弱，溶液中陽(yáng)離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。 電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)中陰離子向負(fù)極方向移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極方向移動(dòng)，陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)形成內(nèi)電路。 導(dǎo)線將兩電極連接，形成閉合回路。 有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。要點(diǎn)詮釋：a原電池中，電極材料可能與電解質(zhì)反應(yīng)，也可能與電解質(zhì)不反應(yīng)。

2、如圖： b形成閉合回路的方式有多種，可以是用導(dǎo)線連接兩個(gè)電極，也可以是兩電極直接接觸。如圖：要點(diǎn)二、原電池工作原理的實(shí)驗(yàn)探究 1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 按照?qǐng)D示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)觀察兩個(gè)金屬片插入溶液后電流表指針位置的變化、金屬電極表面的變化以及溶液溫度的變化，分析是否有電流產(chǎn)生。 按照下圖組裝實(shí)驗(yàn)裝置，注意最后將鹽橋插入兩種電解質(zhì)溶液中。請(qǐng)觀察反應(yīng)過(guò)程中電流表指針位置的變化，判斷是否有電流產(chǎn)生，并觀察電極表面以及溶液溫度的變化情況。 要點(diǎn)詮釋：鹽橋的作用及優(yōu)點(diǎn) a組成：將熱的飽和KCl或NH4NO3瓊膠溶液倒入U(xiǎn)形管中(不能產(chǎn)生裂隙)，即可得到鹽橋。將冷卻后的U形管浸泡在KCl飽和溶液或NH4NO3飽和溶

3、液中備用。 b作用：使兩個(gè)半電池中的溶液連成一個(gè)通路。 c優(yōu)點(diǎn)：使原電池中的氧化劑和還原劑近乎完全隔離，并在不同區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)了電子的定向移動(dòng)，使原電池能持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。 2、實(shí)驗(yàn)記錄電流產(chǎn)生情況電極表面變化情況溫度變化情況能量變化情況()有電流產(chǎn)生鋅片質(zhì)量減小，同時(shí)銅片上有紅色物質(zhì)析出，銅片質(zhì)量增加溶液溫度升高化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能、熱能()有電流產(chǎn)生鋅片質(zhì)量減小，銅片上有紅色物質(zhì)析出，銅片質(zhì)量增加溶液溫度不變化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 3、實(shí)驗(yàn)分析 對(duì)于圖甲裝置 Zn片：Zn2eZn2+ Cu片：Cu2+2eCu 同時(shí)在Zn片上，Zn可直接與CuSO4溶液反應(yīng)，生成Cu與ZnSO4，因此該裝置中既有化

4、學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)也有化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。 對(duì)于圖乙所示原電池 鋅片：負(fù)極，Zn2eZn2+(氧化反應(yīng)) 銅片：正極，Cu2+2eCu(還原反應(yīng)) 總化學(xué)方程式：Zn+Cu2+Cu+Zn2+ 4、實(shí)驗(yàn)原理分析：(如圖所示)要點(diǎn)三、原電池中電荷移動(dòng)方向 在原電池構(gòu)成的閉合電路中，有電荷的流動(dòng)；從電路的構(gòu)成方面來(lái)說(shuō)，有外電路上電荷的流動(dòng)和內(nèi)電路上電荷的流動(dòng)；從電荷的類型方面來(lái)說(shuō)，有電子的流動(dòng)和陰、陽(yáng)離子的流動(dòng)，其中的具體情況見(jiàn)圖。要點(diǎn)四、原電池的電極判斷 要點(diǎn)詮釋：活潑金屬在原電池中不一定作負(fù)極。 如MgAlNaOH溶液原電池，活潑性MgAl，但此原電池中Al作負(fù)極，Mg作正極。負(fù)極反應(yīng)：Al+4

5、OH3e AlO2+2H2O，正極反應(yīng)：2H+2eH2，總反應(yīng)：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2。判斷一個(gè)原電池中的正負(fù)極，最根本的方法是：失e的一極是負(fù)極；得e的一極為正極。要點(diǎn)五、原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 1、題目給定圖示裝置 2、題目給定總反應(yīng)式 分析化合價(jià)，確定電極反應(yīng)物與產(chǎn)物，按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)的原理，寫(xiě)出正負(fù)電極的反應(yīng)物與產(chǎn)物。 在電極反應(yīng)式的左邊寫(xiě)出得失電子數(shù)，并使左右兩邊電荷守恒。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律配平電極反應(yīng)式。 3、幾個(gè)注意點(diǎn) 負(fù)極材料若不與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，則負(fù)極失電子，空氣中的O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)必須遵守離子方

6、程式的書(shū)寫(xiě)要求，如難溶物、難電離物、氣體、單質(zhì)、氧化物等均應(yīng)寫(xiě)成化學(xué)式形式。 注意電解質(zhì)溶液的成分對(duì)正負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響。如負(fù)極反應(yīng)生成的陽(yáng)離子若與電解質(zhì)溶液的陰離子反應(yīng)，則電解質(zhì)溶液的陰離子應(yīng)寫(xiě)入電極反應(yīng)式，例如Fe與Cu在NaOH溶液中形成原電池，負(fù)極反應(yīng)為Fe+2OH2eFe(OH)2。要點(diǎn)六、原電池原理在化學(xué)中的應(yīng)用 1、設(shè)計(jì)原電池 從理論上講，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計(jì)成原電池。 關(guān)鍵： 電解質(zhì)溶液：一般能與負(fù)極反應(yīng)?；蛘呷芙庠谌芤褐械奈镔|(zhì)(如O2)與負(fù)極反應(yīng)。 電極材料：一般較活潑的金屬作負(fù)極，較不活潑的金屬或非金屬作正極。 設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路實(shí)例以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為

7、基礎(chǔ)2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2把氧化還原反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)(負(fù)極)：Cu2eCu2+；還原反應(yīng)(正極)：2Fe3+2e2Fe2+以兩極反應(yīng)原理為依據(jù)，確定電極材料及電解質(zhì)溶液負(fù)極材料：Cu；正極材料：石墨或鉑或比Cu不活潑的其他金屬；電解質(zhì)溶液：FeCl3溶液畫(huà)出示意圖 2、原電池工作原理的其他應(yīng)用制造種類電池金屬的腐蝕與防護(hù)判斷金屬的活潑性 加快反應(yīng)的速率 構(gòu)成原電池時(shí)反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。如實(shí)驗(yàn)室制取H2時(shí)，用粗鋅與稀H2SO4反應(yīng)比用純鋅時(shí)的速率快。【典型例題】類型一：原電池原理及簡(jiǎn)單應(yīng)用 例1 下圖中能組成原電池產(chǎn)生

8、電流的是( ) 【答案】B【解析】A、D兩項(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)符合構(gòu)成原電池的條件，且Zn能與H2SO4溶液反應(yīng)，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn2eZn2+，2H+2eH2。C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì)，且與Cu不能反應(yīng)。 例2 有關(guān)原電池的下列說(shuō)法中正確的是( ) A在外電路中電子由正極流向負(fù)極 B在原電池中，只有金屬鋅作負(fù)極 C原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向正極方向移動(dòng) D原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向負(fù)極方向移動(dòng) 【答案】C 【解析】在原電池中，電子從負(fù)極流向正極，A錯(cuò)誤；原電池中是活潑金屬作負(fù)極，而不一定是鋅；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，陽(yáng)離子在正極被還原，所以電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移

9、動(dòng)，而陰離子向負(fù)極移動(dòng)。舉一反三： 【變式1】下列變化中屬于原電池反應(yīng)的是( ) A在空氣中金屬鋁表面迅速氧化成保護(hù)層 B鍍鋅鐵表面有劃損時(shí)，仍然能阻止鐵被氧化 C紅熱的鐵絲與冷水接觸，表面形成藍(lán)黑色的保護(hù)層 D鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，加入少量的CuSO4溶液可使反應(yīng)加快 【答案】BD 例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】圖甲是一個(gè)原電池裝置，負(fù)極(Zn)：Zn2eZn2+，正極(Cu)：2H+2eH2，形成的原電池能加快

10、產(chǎn)生氫氣的速率；圖乙中，Zn直接與稀硫酸反應(yīng)生成H2：Zn+2H+Zn2+H2，甲、乙兩燒杯中H2SO4均被消耗，溶液的pH均增大。 例4 如圖所示的原電池裝置中，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，則對(duì)此裝置的下列說(shuō)法正確的是( ) A外電路的電流方向?yàn)椋篨外電路Y B若兩電極分別為Zn棒和碳棒，則X為碳棒，Y為Zn棒 C若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性為XY DX極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng) 【答案】C 【解析】由圖可知電子的流動(dòng)方向是X外電路Y，則電流的方向?yàn)閅外電路X；X為原電池的負(fù)極，Y為正極，X的活動(dòng)性比Y強(qiáng)；X極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)，Y極應(yīng)發(fā)

11、生還原反應(yīng)。所以，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。舉一反三： 【變式1】X、Y、Z、W四塊金屬分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中，組成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷四種金屬的活潑性順序是( ) AXZWY BZXYW CWXYZ DYWZX 【答案】A 【解析】在原電池中，活潑金屬作為電池的負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；不活潑的金屬作為電池的正極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極，與電流的方向相反(物理學(xué)中規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?。因此，X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極，則活潑性XY；

12、Z、W相連時(shí)，電流方向是WZ，則活潑性ZW；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡，則活潑性XZ；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)，則活潑性WY。綜上所述，可以得出金屬的活潑性順序是XZWY。類型二：原電池的設(shè)計(jì) 例5 利用反應(yīng)Zn+2Fe3+Zn2+2Fe2+設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，在下邊方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為_(kāi)，電極反應(yīng)式為_(kāi)；負(fù)極為_(kāi)，電極反應(yīng)式為_(kāi)。【答案】Pt 2Fe3+2e2Fe2+ Zn Zn2eZn2+ 實(shí)驗(yàn)裝置圖如下： 或 【解析】根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是，首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Zn2eZn2+，2Fe3+2e2Fe2+；然后再結(jié)

13、合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)用Zn作材料，正極要保證Fe3+得到負(fù)極失去的電子，可選用Pt或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能選用含F(xiàn)e3+的電解質(zhì)溶液，如FeCl3溶液等。舉一反三： 【變式1】如圖所示裝置中，電流表A發(fā)生偏轉(zhuǎn)，a極逐漸變粗，同時(shí)b極逐漸變細(xì)，c為電解質(zhì)溶液，則a、b、c應(yīng)是下列各組中的( ) Aa是Zn、b是Cu、c為稀H2SO4 Ba是Cu、b是Zn、c為稀H2SO4 ca是Fe、b是Ag、c為AgNO3溶液 Da是Ag、b是Fe、c為AgNO3溶液 【答案】D 【解析】原電池工作時(shí)，a極逐漸變粗，同時(shí)b極逐漸變細(xì)，說(shuō)明b極失去電子是負(fù)極，a極上金屬離子得電子是正極

14、，電解質(zhì)溶液中含有相同的金屬離子。類型三：電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě) 例6 依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag+ (aq)+Cu (s)Cu2+ (aq)+2Ag (s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)電極X的材料是_；電解質(zhì)溶液Y是_； (2)銀電極為電池的_極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)； (3)外電路中的電子是從_電極流向_電極。 【答案】(1)Cu AgNO3溶液 (2)正 Ag+eAg Cu2eCu2+ (3)X Ag 【解析】由氧化還原反應(yīng)：2Ag+ (aq)+Cu (s)Cu2+ (aq)+2Ag (s)可知，可以選用Cu (s)Ag (s)AgNO3

15、 (aq)構(gòu)成簡(jiǎn)易的原電池，因此上圖中電極X的材料是Cu，電解質(zhì)溶液Y是AgNO3溶液，正極為Ag，正極上發(fā)生的反應(yīng)為Ag+eAg，負(fù)極為Cu，負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2eCu2+，在外電路電子由負(fù)極流向正極，即從X電極流向Ag電極。舉一反三： 【變式1】有人研究反應(yīng)AsO43+2I+2H+AsO33+I2+H2O時(shí)，認(rèn)為該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為了驗(yàn)證該想法，他根據(jù)平衡移動(dòng)原理設(shè)計(jì)出如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置(裝置中鹽橋的作用是使整個(gè)裝置形成一個(gè)閉合回路)。 (1)請(qǐng)你參與探究：用實(shí)驗(yàn)證明他的觀點(diǎn)。 假設(shè)該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)。 該實(shí)驗(yàn)中C1和C2兩電極可以是同種材料嗎？_。查閱有關(guān)資料得知

16、Fe的還原性比I和AsO33都強(qiáng)，在Zn、Al、Pt、C棒幾種材料中，可用于該實(shí)驗(yàn)的電極材料是_。 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，按圖組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，向A燒杯中加入適量2 mol/L KI溶液，向B燒杯中加入適量1 mol/L Na3AsO4溶液，再向B燒杯中逐滴加入濃鹽酸，發(fā)生的現(xiàn)象是電流表_；A中_。此過(guò)程中，C1棒發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)。 (2)若要證明反應(yīng)可逆向進(jìn)行，在40 NaOH溶液、4 NaOH溶液、碘水、Na3AsO3溶液幾種試劑中，必須向B燒杯中滴加_溶液。 證明該反應(yīng)是可逆反應(yīng)的事實(shí)是_。 (2)操作過(guò)程中，C2棒發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)。 【答案】(1)AsO43+2I+2H+AsO33+I2+H2O 可以 P