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第四章电化学基础第一节原电池第四章电化学基础1．以锌铜原电池为例，了解原电池的工作原理。2.学会判断原电池的正、负极，并能正确书写电极反应式和总反应方程式。3.认识化学能与电能的相互转化，并能设计简单的原电池。原电池的基础知识1．原电池(1)概念：将转化为的装置。(2)实质：利用能自发进行的反应，把化学能转化为电能。(3)形成条件①两个不同的电极；②溶液或熔融电解质；③形成回路；④能自发进行的氧化还原反应。化学能电能氧化还原活泼性电解质闭合2．工作原理(以锌铜原电池为例)装置示意图现象锌片，铜片上，电流表指针发生电极Zn电极Cu电极电极名称逐渐溶解有红色物质生成偏转负极正极得失电子电子电子电子流向反应类型反应反应电极反应式总反应式失得流出流入氧化还原Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===CuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu3.盐桥及其作用(1)成分：含有琼胶的KCl饱和溶液。(2)离子移动方向：Cl－移向极区，K＋移向极区。(3)作用①通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。②将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。负正1．正误判断：正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。语句描述正误阐释错因或列举反例(1)在原电池构成的闭合回路中，电子从原电池的正极通过导线流向负极(2)原电池的正极一定是化学性质较不活泼的金属语句描述正误阐释错因或列举反例(3)原电池工作时，正极上发生氧化反应，负极上发生还原反应(4)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池(5)反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋能以原电池的形式来实现答案：(1)×电子从原电池的负极通过导线流向正极(2)×不一定，如Mg、Al和NaOH溶液构成原电池时，Al为负极，Mg为正极；导电非金属也可做正极(3)×原电池工作时，正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应(4)√(5)√2．锌片和铁片紧贴在一起，放置于稀硫酸溶液中，能否形成原电池？答案：能。锌片、铁片两个活泼性不同的金属做电极，稀硫酸做电解质溶液，紧贴在一起即能形成闭合回路，符合原电池形成的条件。训练一原电池的构成1.(2019·聊城高二期末)如图装置中Cu和稀硫酸的作用分别是()A．电极材料电子导体B．电极反应物离子导体C．电极材料离子导体D．电极反应物电子导体解析：选C。装置中Cu为电极材料，H＋在Cu极上发生反应；电子不进入溶液，稀硫酸是离子导体。2．(2019·唐山高二测试)下列装置中，能构成原电池的是()解析：选D。A项中酒精为非电解质，不能构成原电池，A错误；B项中未使用盐桥，没有形成闭合回路，B错误；C项中两个电极材料相同，不能构成原电池，C错误；D项中符合构成原电池的条件，D正确。训练二原电池的工作原理3.如图中两电极上发生的电极反应为a极：Cu2＋＋2e－===Cu；b极：Fe－2e－===Fe2＋。下列说法中不正确的是()A．该装置为原电池B．a极上发生还原反应C．电子由b极流向a极D．该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为电能解析：选D。该装置为原电池；a极发生还原反应，b极发生氧化反应；电子由负极(b)流出经导线流向正极(a)；该过程中能量由化学能转换为电能、热能等，不可能全部转化为电能。4．如图为一原电池装置，下列叙述中正确的是()A．铜离子在铜片表面被还原B．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液C．电流从锌片经导线流向铜片D．铜是正极，铜片上有气泡产生解析：选A。该原电池中，较活泼的金属锌做负极，发生氧化反应，较不活泼的铜做正极，发生还原反应；电子由负极(锌)流出经导线流向正极(铜)，电流的方向与之相反；负极和正极的电极反应分别为Zn－2e－===Zn2＋和Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阳离子向正极区(硫酸铜溶液)迁移，故A正确，B、C、D错误。原电池正、负极的判断方法原电池原理的应用1．加快氧化还原反应速率原理原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子移动时相互的干扰减小，使反应速率增大实例实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能加快反应速率2.比较金属的活动性强弱原理一般原电池中，活泼金属做负极，发生氧化反应，较不活泼金属做正极，发生还原反应实例两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到金属a溶解，金属b上有气泡产生，根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b3.用于金属的防护原理使被保护的金属做原电池的正极而得到保护实例要保护一个铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌做原电池的负极，铁闸做正极4.设计原电池(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(2)设计示例设计思路示例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋设计思路示例以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液负极材料：Cu正极材料：石墨或铂电解质溶液：FeCl3溶液画出示意图1．在设计原电池装置时，由自发的氧化还原反应方程式，如何确定原电池的正、负极？以反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋为例说明。答案：根据氧化还原反应原理先确定负极。例如：题给反应中Fe发生失电子的氧化反应，确定Fe为负极；正极应为活泼性弱于Fe的金属材料或能导电的非金属材料(如石墨)。2．(1)依据反应Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，设计原电池。①在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。②________为负极，电极反应为________________________。________为正极，电极反应为__________________________。(2)在锌粒和氯化铁溶液的反应中，撒入一些碳粒，反应速率________(填“加快”“不变”或“减慢”)。解析：(1)分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性弱的金属或非金属(石墨等)做正极，选择与电极反应有关的溶液做电解质溶液，盐桥连接两个半电池。(2)形成原电池时可加快反应速率。答案：(1)①如图(其他合理答案也可)②ZnZn－2e－===Zn2＋Pt(需与①对应)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)加快训练一利用原电池原理比较金属活动性、加快反应速率1．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出；X、Y和稀硫酸组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()A．X＞Y＞ZB．X＞Z＞YC．Y＞X＞ZD．Y＞Z＞X解析：选C。活泼性强的金属能置换出活泼性弱的金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，即活泼性XZ；在以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，负极的活泼性大于正极，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极，即活泼性YX，故C正确。2．100mL浓度为2mol/L的盐酸与过量的锌片反应时，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是()A．加入适量6mol/L的盐酸B．加入几滴CuCl2溶液C．加入适量蒸馏水D．加入适量NaCl溶液解析：选B。Zn置换出CuCl2中的Cu，Cu、Zn、稀盐酸构成原电池，加快了反应速率，同时也不影响产生H2的量。训练二设计原电池3．一个原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该电池电极材料及电解质溶液可能是()选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DMgZnCuSO4解析：选C。原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，可得出其负极反应为Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)。因此负极材料只能是Zn，正极材料为活泼性比Zn弱的Cu(或Fe、C、Pt等)，电解质溶液应为可溶性铜盐。4．已知电极材料：铁、铜、石墨、锌；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题：(1)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？________。若能，请写出电极反应式：负极为____________，正极为____________。(若不能，后两空不填)(2)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料、电解质溶液及电池的正、负极)。解析：(1)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(2)因为总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu或石墨，电解质溶液为稀硫酸，据此即可画出装置图。答案：(1)能Cu－2e－===Cu2＋2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)学习小结1.原电池构成的条件(1)两个活泼性不同的电极；(2)电解质溶液；(3)形成闭合回路；(4)能自发进行的氧化还原反应。2.原电池正、负极判断“四方法”(1)负极①活泼性较强的金属。②电子流出的一极。③发生氧化反应的一极。④阴离子移向的一极。(2)正极①活泼性较弱的金属或能导电的非金属(碳棒)。②电子流入的一极。③发生还原反应的一极。④阳离子移向的一极。