2018届一轮复习人教版原电池学案

2018届一轮复习人教版原电池学案

第六单元　化学反应与能量 第三课时　原电池 考纲解读：‎ 理解原电池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和总反应方程式。‎ 考点一 原电池的工作原理 自主梳理：‎ ‎1．概念及反应本质 把化学能转化为电能的装置，其本质是发生了氧化还原反应。‎ ‎2．构成条件 ‎(1)有两个活动性不同的电极(常见为金属或石墨)。‎ ‎(2)将电极插入电解质溶液中。‎ ‎(3)两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。‎ ‎(4)能自发发生氧化还原反应。‎ ‎3．工作原理 如图是CuZn原电池，请填空：‎ ‎(1)反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 Zn Cu 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋‎ Cu2＋＋2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 ‎(2)原电池中的三个方向 ‎①电子方向：从负极流出沿导线流入正极；‎ ‎②电流方向：从正极沿导线流向负极；‎ ‎③离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。‎ ‎(3)两种装置的比较 图Ⅰ中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图Ⅱ中Zn和CuSO4溶液分别在两个池中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。‎ ‎(4)盐桥作用 ‎①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。‎ ‎【深度思考】‎ ‎1．原电池内部阴、阳离子如何移动？为什么？‎ ‎【答案】阴离子移向负极、阳离子移向正极，这是因为负极失电子，生成大量阳离子聚集在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子而使该极附近正电荷减少，所以溶液中阳离子要移向正极。‎ ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极(　　)‎ ‎(2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强(　　)‎ ‎(3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应(　　)‎ ‎(4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长(　　)‎ ‎【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)√‎ 例1、锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　) ‎ A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 ‎【答案】C ‎【解析】A.Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有‎64 g ‎ Cu析出，则进入乙池的Zn2＋为‎65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。‎ ‎【发散类比1】在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)‎ A．①④　　　　　　　 B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦‎ ‎【答案】D ‎【归纳总结】‎ ‎1. 与原电池原理有关的辨析 理解原电池的工作原理要注意的四点 ‎(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。‎ ‎(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同形成了一个完整的闭合回路。‎ ‎(3)不论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。‎ ‎(4)原电池负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。‎ ‎2. 原电池的工作原理简图 注意：①一般负极金属较活泼，正极金属或非金属不活泼。‎ ‎②一般负极溶解或质量减轻，正极有气泡或质量增重。‎ ‎③若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。‎ 例2、分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　)‎ A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑‎ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎【答案】B ‎【解析】②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极；③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，A、C错误；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。‎ ‎【发散类比2】一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动 B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气 C．电池反应的化学方程式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O D．正极上发生的反应是O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎【答案】C ‎【解析】电解质溶液中阳离子应向正极移动，A项错误；酸性溶液中，正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D项错误；结合正极反应式，转移0.4 mol电子时，消耗O2 0.1 mol，其在标准状况下的体积为2.24 L，B项错误；C项符合题目要求，正确。‎ ‎【归纳总结】‎ ‎1．原电池正、负极的判断方法 ‎2. “三”步完胜电极反应式的书写 考点二 原电池原理的应用 自主梳理：‎ 原电池原理的三个应用 ‎1.比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。‎ ‎2.加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。‎ ‎3.设计制作化学电源 ‎(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。‎ ‎(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。‎ ‎(3)按要求画出原电池装置示意图：‎ 请根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：‎ ‎【深度思考】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) ‎ ‎(1)在化学反应中，所有自发的放热反应均可以设计成原电池。(　　)‎ ‎(2)原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(　　)‎ ‎(3)MgAl形成的原电池，Mg一定作负极。(　　)‎ ‎(4)Cu、Al、浓HNO3构成的原电池的负极反应为Al－3e－===Al3＋。(　　)‎ ‎(5)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。(　　)‎ ‎(6)原电池反应时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。(　　)‎ ‎【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　‎ 例3、有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)‎ A．A＞B＞C＞D＞E　　　　 B．A＞C＞D＞B＞E C．C＞A＞B＞D＞E D．B＞D＞C＞A＞E ‎【答案】B ‎【解析】金属与稀H2SO4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＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子流动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A—B原电池，A为负极；C—D原电池，C为负极；A—C原电池，A为负极；B—D原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A＞C＞D＞B＞E。‎ ‎【发散类比3】用a、b、c、d四种金属按表中所示的装置进行实验，下列叙述中正确的是(　　)。‎ 实验装置 甲 乙 丙 现象 a不断溶解 c的质量增加 a上有气泡产生 A.装置甲中的 b 金属是原电池的负极 B．装置乙中的 c 金属是原电池的阴极 C．装置丙中的 d 金属是原电池的正极 D．四种金属的活泼性顺序：d＞a＞b＞c ‎ ‎【答案】D 例4、把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)‎ ‎(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。‎ ‎(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。‎ ‎(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。‎ ‎【答案】(1)A　(2)B　(3)C ‎ ‎【解析】(1)a中加入CuSO4，消耗一部分Zn，Cu、Zn形成原电池，反应速率加快，所以a放出H2的量减少，但速率加快。‎ ‎(2)a中加入CuSO4消耗Zn，但不影响产生H2的量，速率也加快。‎ ‎(3)CH3COONa与H2SO4反应后生成弱酸CH3COOH，从而减慢反应速率，但产生H2的量没发生变化。‎ 例5、控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)‎ A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 ‎【答案】D ‎【解析】由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。‎ ‎【发散类比4】某原电池总反应为：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　)‎ A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3‎ Fe(NO3)2‎ CuSO4‎ Fe2(SO4)3‎ ‎【答案】D ‎【归纳总结】原电池设计的思维模板 ‎(1)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。‎ ‎(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。‎ ‎(3)画装置图：注明电极材料与电解质溶液。但应注意盐桥不能画成导线，要形成闭合回路。‎