【步步高】2014-2015学年高中化学专题1第二单元第1课时原电池的工作原理学案苏教版选修4剖析.doc

第二单元　化学能与电能的转化 第1课时　原电池的工作原理 [学习目标定位]　1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正极和负极。3.学会原电池电极反应式的书写方法。 1．原电池是借助氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。分析下图所示原电池装置并填空。 原电池总反应式：Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑ 2．原电池构成的条件：具有活动性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。 探究点一　原电池的工作原理 1．按图所示装置，完成实验并回答下列问题： (1)有关的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮，CuSO4溶液颜色变浅。②电流计的指针发生偏转，该装置中的能量变化是化学能转化为电能。 (2)电子流动方向和电流方向 ①外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。 ②内电路：锌失电子，阴离子移向负极；铜离子得电子，阳离子移向正极。 (3)电极反应 负极反应式是Zn－2e－Zn2＋； 正极反应式是Cu2＋＋2e－Cu； 电池反应式是Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu。 (4)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有Cu2＋直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。 2．按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题： (1)实验过程中，你能观察到的实验现象是①锌片溶解，铜片加厚变亮；②电流计指针发生偏转；③CuSO4溶液的颜色变浅。 (2)用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高(或无变化)；由此可说明CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向锌片得电子被还原。 (3)离子移动方向 ①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动； ②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动； ③盐桥中：K＋移向正极区(CuSO4溶液)，Cl－移向负极区(ZnSO4溶液)。 (4)若取出装置中的盐桥，电流计的指针是否还会发生偏转？为什么？ 答案　不偏转。如果要使电流计指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路，若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，电流计指针不会发生偏转。 3．实验结论：与题1中的原电池装置相比较，题2中双液原电池具有的特点是 (1)具有盐桥。取下盐桥，无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行。 (2)两个半电池完全隔开，Cu2＋无法移向锌片，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。 [归纳总结] (1)原电池原理是把氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。 (2)原电池电极及电极反应特点 ①负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化，发生氧化反应。 ②正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。 (3)原电池的设计 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。 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导体作正极。 [活学活用] 1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　) ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为Ag＋＋e－Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．①② B．②③ C．②④ D．③④ 答案　C 解析　铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：Cu－2e－Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此C正确。 2．利用反应Cu＋2FeCl3CuCl2＋2FeCl2设计一个原电池，正极为Pt(或C)，电极反应式为2Fe3＋＋2e－2Fe2＋；负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－Cu2＋；电解质溶液是FeCl3溶液。 探究点二　原电池的电极判断及电极反应式的书写 1．原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表： 判断依据 正极 负极 电极材料 不活泼金属或非金属导体 活泼金属 电子流向 电子流入 电子流出 电极反应 还原反应 氧化反应 电极现象 电极增重或产生气体 电极减轻 2.写出下表中原电池装置的电极反应和总的化学反应方程式： 负极材料 正极