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第一节原电池1.原电池构成“三条件”
①正、负两个电极;
②电解质溶液;
③形成闭合回路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流出电子的一极;
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导电的非金属碳棒;
②流入电子的一极;
③发生还原反应的一极;
④阳离子移向的一极原电池的基础知识[自学教材·填要点]1.原电池1概念将化学能转化为电能的装置2实质利用能自发进行的氧化还原反应,把化学能转化为电能2.原电池工作原理以锌铜原电池为例装置示意图现象锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质生成,电流表指针发生偏转电极Zn电极Cu电极电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn-2e-===Zn2+Cu2++2e-===Cu总反应式Zn+Cu2+===Zn2++Cu
3.盐桥1成分含有KCl饱和溶液的琼脂2离子移动方向Cl-移向ZnSO4溶液负极区,K+移向CuSO4溶液正极区3作用使两个半电池形成通路,并保持两溶液的电中性4.原电池形成的条件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能自发地发生氧化还原反应[师生互动·解疑难]1原电池正、负极的判断方法2盐桥的作用
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使用盐桥是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3原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg—Al电极在稀硫酸中构成原电池时,Mg作负极,Al作正极,但若以NaOH溶液为电解质溶液,则Al为负极,Mg为正极1.下列装置中,能构成原电池的是 解析酒精为非电解质,A错误;选项B中未使用盐桥,没有形成闭合回路;C项中两个电极材料相同,不能形成原电池依据原电池的构成条件可知D正确答案D原电池原理的应用[自学教材·填要点]1.加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快如实验室制H2时,粗锌比纯锌与稀H2SO4反应快,或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液,反应加快2.比较金属的活动性强弱对于酸性电解质,一般是作负极的金属为较活泼的金属,作正极的金属是相对较不活泼的金属3.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设计示例设计思路实例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2把氧化还原反应分解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+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FeCl3aq画出示意图[师生互动·解疑难]1为获得持续、稳定、较强的电流,所选用的电解质溶液一般能与负极发生氧化还原反应,而且使用盐桥将两个半电池连通2设计原电池有以下两个关键点
①电解质溶液一般能与负极反应或者溶解在溶液中的物质如O2与负极反应
②电极材料一般较活泼的金属作负极,较不活泼的金属或非金属作正极3设计原电池时,若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液,可用水做电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或一般的强酸,如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO42.设计原电池Zn+2Fe3+===Zn2++2Fe2+,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、电解质溶液负极________,电极反应___________________________________________________;正极________,电极反应___________________________________________________解析分析元素化合价的变化可知,Zn为负极,比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极,选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液答案见右图Zn Zn-2e-===Zn2+Pt 2Fe3++2e-===2Fe2+主题1铜锌原电池装置中盐桥的作用是什么?装有KCl溶液的盐桥中离子移动的方向如何?甲盐桥的作用是离子通道,使原电池形成闭合回路乙盐桥可以使由它连接的两溶液保持电中性,否则锌盐溶液会由于锌的溶解带上正电荷,铜盐溶液会由于铜的析出带上负电荷丙盐桥中的阳离子K+向正极Cu极移动,阴离子Cl-向负极Zn极移动主题2实验室用锌与稀H2SO4反应制取H2,如何加快该反应的反应速率?甲增大稀H2SO4的浓度,但不能成为浓H2SO4,升高温度及将锌粒改为锌粉乙将纯锌改为粗锌丙往稀H2SO4中加入少量CuSO4溶液原电池的构成条件[例1] 下列装置中,电流表指针能发生偏转的是 [解析] A项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应,不能构成原电池,A项错误;B项中冰醋酸不导电,不构成原电池,B项错误;C项中装置符合构成原电池的条件,但两极直接接触,相当于短路,因此电路中无电流,C项错误[答案] D原电池的判断方法1先分析有无外接直流电源,无外接直流电源的可能是原电池2然后依据原电池的形成条件判断装置是否为原电池,方法如下
1.B项中若将冰醋酸改为醋酸水溶液,电流表指针能否发生偏转?提示电流表指针能发生偏转因为醋酸水溶液为电解质溶液,符合原电池的构成条件原电池的工作原理[例2] 铜锌原电池如图工作时,下列叙述正确的是 A.正极反应为Zn-2e-===Zn2+B.电池反应为Zn+Cu2+===Zn2++CuC.在外电路中,电子从负极流向正极D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液[解析] 电池的正极得电子,A选项错误;结合该电池的装置图可知,该过程中的氧化还原反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu,B选项正确;外电路中,电子从负极流向正极,C选项正确;左烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2+,使得该烧杯中正电荷的离子增加,为维持电中性,K+应该通过盐桥流向CuSO4所在的右烧杯,D选项错误[答案] BC原电池电解质溶液中离子移动方向的规律将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中,并经过一段时间后,下列叙述中正确的是 A.负极有Cl2逸出,正极有H2逸出B.负极附近Cl-的浓度减小C.正极附近Cl-的浓度逐渐增大D.溶液中Cl-的浓度基本不变解析在该原电池中,Fe为负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,Ag为正极,电极反应为2H++2e-===H2↑,Cl-移向负极,但整个溶液中Cl-的浓度基本保持不变,D正确答案D原电池原理的应用[例3] 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线相连组成原电池若a、b相连时,a为负极c、d相连时,电流由d到ca、c相连时,c极上产生大量气泡b、d相连时,b极上有大量气泡产生,则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 A.a>b>c>d B.a>c>d>bC.c>a>b>dD.b>d>c>a[解析] 根据原电池原理,作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强电子流动方向是负极流向正极,电流方向与电子流动方向相反,溶液中的H+在正极上得电子生成H2,因此可依次作出如下判断活动性a>b,c>d,a>c,d>b,综合得到结论金属活动性顺序为a>c>d>b,所以B项正确[答案] B利用原电池原理比较a、b两种金属活动性强弱的方法将金属a和b用导线相连后插入稀H2SO4或b的可溶性盐溶液中,观察到a极溶解,b极上产生气泡或质量增加,则a作负极,b作正极,即金属活泼性a>b2.将Mg、Al两种金属用导线相连浸入NaOH溶液中,Al片溶解而Mg片上产生气泡,能否据此判断Mg、Al的活泼性?提示不能,尽管Mg比Al活泼,但Mg与NaOH溶液不反应,而Al与NaOH溶液发生氧化还原反应,在Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池中,Al作负极。