
考綱要求:1.理解原電池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用,能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式?!?.了解常見化學(xué)電源的種類及工作原理。
原電池及其工作原理1.定義原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.工作原理以銅鋅原電池為例:
(2)兩種裝置比較。①鹽橋的作用:a.連接內(nèi)電路形成閉合回路。b.維持兩電極電勢(shì)差(中和電荷),使電池能持續(xù)提供電流。②裝置Ⅰ中有部分Zn與Cu2+直接反應(yīng),使電池效率降低;裝置Ⅱ中使Zn與Cu2+隔離,電池效率提高,電流穩(wěn)定。
特別提醒(1)只有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池。(2)活動(dòng)性強(qiáng)的金屬不一定作負(fù)極,但負(fù)極一定發(fā)生氧化反應(yīng)。(3)電子不能通過電解質(zhì)溶液,溶液中的離子不能通過鹽橋。(4)負(fù)極失去電子總數(shù)一定等于正極得到電子總數(shù)。(5)對(duì)于同一反應(yīng),原電池反應(yīng)速率一定比直接發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的速率大,原因是電子的移動(dòng)定向了,故反應(yīng)速率增大。
自主鞏固判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,原電池需外接電源才能工作 ( × )(2)NaOH溶液與稀硫酸反應(yīng)是放熱反應(yīng),此反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池 ( × )(3)Fe+CuSO4==FeSO4+Cu的反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池 ( √ )(4)氧化還原反應(yīng)2H2O 2H2↑+O2↑可以設(shè)計(jì)成原電池 ( × )(5)同種條件下,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池電流持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) ( √ )(6)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極 ( √ )(7)在原電池中,負(fù)極材料的活動(dòng)性一定比正極材料的活動(dòng)性強(qiáng)( × )
1.圖解原電池工作原理
2.原電池中正、負(fù)極的判斷判斷原電池的正負(fù)極需抓住閉合回路和氧化還原反應(yīng)進(jìn)行分析,如圖
注意:原電池的正負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān),也與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要形成思維定式——活潑金屬一定是負(fù)極。如Al、Mg和NaOH溶液構(gòu)成的原電池中,Al為負(fù)極,Mg為正極。
例2如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置,下列敘述中正確的是( )A.氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應(yīng)B.電極Ⅱ上發(fā)生還原反應(yīng),作原電池的正極C.該原電池的總反應(yīng)式為2Fe3++Cu==Cu2++2Fe2+D.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,K+移向負(fù)極區(qū)
答題模板 書寫電極反應(yīng)式的三個(gè)步驟列物質(zhì)標(biāo)得失—按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),判斷出電極反應(yīng)物和產(chǎn)物,找出得失電子的數(shù)量。↓看環(huán)境配守恒—電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中,應(yīng)能穩(wěn)定存在,如堿性介質(zhì)中生成的H+應(yīng)讓其結(jié)合OH-生成水。電極反應(yīng)式要遵守電荷守恒、質(zhì)量守恒和得失電子守恒等,并加以配平?!齼墒郊域?yàn)總式—兩電極反應(yīng)式相加,與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證。
跟蹤訓(xùn)練1.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過。下列有關(guān)敘述正確的是( )。A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作一段時(shí)間后,甲池的 減小C.電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加D.陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡
2.(1)觀察如圖四個(gè)裝置,回答下列問題:
①裝置a和b中鋁電極上的電極反應(yīng)式分別為 , 。②裝置c中產(chǎn)生氣泡的電極為 (填“鐵”或“銅”)電極,裝置d中銅電極上的電極反應(yīng)式為 。
(2)觀察如圖兩個(gè)裝置,圖甲裝置中銅電極上產(chǎn)生大量的無色氣泡,圖乙裝置中銅電極上無氣體產(chǎn)生,而鉻電極上產(chǎn)生大量的有色氣體。根據(jù)上述現(xiàn)象試推測(cè)金屬鉻具有的兩種重要化學(xué)性質(zhì)為 、 。?
原電池原理的應(yīng)用原電池在化工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中的應(yīng)用1.加快氧化還原反應(yīng)速率一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng),設(shè)計(jì)成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大,例如Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量的CuSO4溶液能使產(chǎn)生氫氣的速率增大。2.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱金屬分別作原電池的兩極時(shí),一般作負(fù)極的金屬活動(dòng)性比作正極的強(qiáng)。3.金屬的防護(hù)使被保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如,保護(hù)鐵制輸水管或鋼鐵橋梁,可用導(dǎo)線將其和一塊鋅塊相連,使Zn作原電池的負(fù)極。
4.設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源(1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。(2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn),結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。
自主鞏固(1)用稀硫酸與鋅粒反應(yīng)制取氫氣,加入少量硫酸銅可以增大化學(xué)反應(yīng)速率的原因:Zn與CuSO4反應(yīng)生成Cu,形成銅鋅原電池,可以增大反應(yīng)速率。(2)A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接,放入稀硫酸中,B的質(zhì)量逐漸減小,則兩種金屬的活動(dòng)性A③>②>④B.①>③>④>②C.③>④>②>①D.③>①>②>④
解析:由原電池原理判斷金屬活動(dòng)性,外電路電流從②流向①,②為正極,金屬活動(dòng)性①>②;①③相連,③為正極,金屬活動(dòng)性①>③;②④相連,②上有氣泡(H2)逸出,②為正極,金屬活動(dòng)性④>②;③④相連,③質(zhì)量減少,則金屬活動(dòng)性③>④,即金屬活動(dòng)性順序?yàn)棰?③>④>②,B正確。
4.向兩份等質(zhì)量的鐵粉a、b中分別加入過量的稀硫酸,同時(shí)向b中加入少量的CuSO4溶液,下列各圖表示的是產(chǎn)生H2的體積V(同溫同壓下測(cè)定)與時(shí)間t的關(guān)系,其中正確的是( )
解析:因?yàn)閎中有一部分鐵粉與硫酸銅反應(yīng)生成Cu,Fe、Cu和稀硫酸構(gòu)成原電池,使反應(yīng)速率加快,反應(yīng)完成所需的時(shí)間縮短,但產(chǎn)生氫氣的體積小于a。
5.(1)事實(shí)證明,能設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng),下列化學(xué)反應(yīng)在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池的是 (填字母)。?A.C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) ΔH>0B.2H2(g)+O2(g)==2H2O(l) ΔH
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