第四章 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.會判斷原電池的正、負(fù)極，能夠利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計簡單的原電池。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。即將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。3簡單原電池的構(gòu)成條件：活潑性不同的兩個電極，電解質(zhì)溶液，形成閉合回路，能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。二、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)進行，以適當(dāng)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(jīng)過導(dǎo)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(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2；銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu22e=Cu?？偡磻?yīng)式為ZnCu2=Zn2Cu，反應(yīng)是自發(fā)進行的。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，隨著反應(yīng)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(fù)電荷。當(dāng)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(yīng)可以繼續(xù)進行。知識點一原電池1下列裝置中能構(gòu)成原電池產(chǎn)生電流的是()答案B解析A、D項中電極與電解質(zhì)溶液之間不發(fā)生反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池；B項符合原電池的構(gòu)成條件，兩電極發(fā)生的反應(yīng)分別是Zn2e=Zn2，2H2e=H2；C項中酒精不是電解質(zhì)，故不能構(gòu)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(gòu)成原電池，要看是否符合原電池的構(gòu)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(zhì)溶液；構(gòu)成閉合回路；能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。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(zhì)溶液，不能構(gòu)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(gòu)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(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解析因乙杯中鋅片和銅片沒有接觸，故不能構(gòu)成原電池，A、B皆錯；因甲燒杯中Zn、Cu用導(dǎo)線連接后構(gòu)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(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，A為負(fù)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(fù)極，相對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

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(yīng)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(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72C放電一段時間后，KOH的物質(zhì)的量濃度減少D負(fù)極反應(yīng)式為C2H66H2O14e=2CO18H答案C解析乙烷燃燒的化學(xué)方程式為2C2H67O24CO26H2O，在該反應(yīng)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(fù)極，故A答案錯誤；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27，故B答案錯誤；

7、考慮到該電池是以KOH為電解質(zhì)溶液的，生成的CO2會和KOH反應(yīng)轉(zhuǎn)化成K2CO3，反應(yīng)中消耗KOH，KOH的物質(zhì)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(fù)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(zhì)溶液的影響，此時該電池的總反應(yīng)式應(yīng)為2C2H68KOH7O24K2CO310H2O，正極反應(yīng)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O(shè)H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：2C2H636OH28e=4CO24H2O。6已知電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁；電解質(zhì)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(dǎo)線和鋁導(dǎo)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(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？_。若能，請寫出電極反應(yīng)式，負(fù)極：_，正極：_。(若不能，后兩空不填)(3)設(shè)計一種以鐵和稀硫酸反應(yīng)為原理的原電池，要求畫出裝置圖(需標(biāo)明電極材料及電池的正、負(fù)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(dāng)Cu、Al導(dǎo)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(yīng)：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2，因此根據(jù)給出的條件可以設(shè)計成原電池，其負(fù)極為Cu，反應(yīng)為Cu2e=Cu2，正極為石墨，電極反應(yīng)式為2Fe32e=2Fe2。(3)因為總反應(yīng)式為FeH2SO4=FeSO4H2，所以負(fù)極為Fe，正極可為Cu、Ag或石墨，電解質(zhì)為稀硫酸，即可畫出裝置圖。練基礎(chǔ)落實1下列關(guān)于實驗現(xiàn)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(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

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(xiàn)氣泡；鋅片作負(fù)極，銅片作正極，發(fā)生反應(yīng)ZnCu2=Zn2Cu，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Cu2Fe3=Cu22Fe2，并沒有單質(zhì)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(yīng)ZnCu2=Zn2Cu，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2H2e=H2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)2Fe32I2Fe2I2設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()A反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧

11、化反應(yīng)B反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上的Fe3被還原C電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D電流計讀數(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)2Fe32I2Fe2I2可知，反應(yīng)開始時，甲中Fe3發(fā)生還原反應(yīng)，乙中I發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)電流計讀數(shù)為零時，則反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時在甲中溶入FeCl2固體，平衡向逆反應(yīng)方向移動，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(zhì)的質(zhì)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(guān)計算中，關(guān)鍵是要把握住一點即兩極得、失電子數(shù)相等。利用這一特點，我們從電極反應(yīng)式看：負(fù)極：Zn2e=Zn2；正極：2H2e=H2。當(dāng)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(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。關(guān)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(fù)極反應(yīng)式為C6H12O66H2O24e=6CO224HC放電過程中，H從正極區(qū)向負(fù)極區(qū)遷移D在電池反應(yīng)中，每消

13、耗1 mol氧氣，理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體 L 答案B解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錯誤；放電時，負(fù)極：C6H12O6被微生物分解成CO2、H和電子，電極反應(yīng)式：C6H12O66H2O24e=6CO224H，B正確；負(fù)極產(chǎn)生的H透過質(zhì)子交換膜進入正極室，C錯誤；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C6H12O66O2=6CO26H2O，由總反應(yīng)方程

14、式可知：每消耗1 mol氧氣，理論上可以生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO2氣體22.4 L，D錯誤。5據(jù)報道，我國擁有的完全自主產(chǎn)權(quán)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(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O22H2O4e=4OHB工作一段時間后，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2H2O2=2H2OD用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24 L Cl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，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；該燃料電池中氫氣與氧氣反應(yīng)生成水，KOH沒有消耗，也沒有生成

15、，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)，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(yīng)檢測金屬的活動性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6 mol·L1的稀H2SO4中，乙同學(xué)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(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極_，正極_。(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極_，正極

16、_。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(jié)論？_。A利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動性順序應(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(xué)研究對象復(fù)雜、反應(yīng)條件多變，應(yīng)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(fù)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(fù)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(gòu)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(fù)極解析(1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為MgH2SO4=MgSO4H2，Mg作負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg2e=Mg2，Al作正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2。(2)乙池中電池總反應(yīng)方程式為2Al2N