【开学大礼包】2012高二化学课件：4.1原电池（人教版选修4）

(共61张PPT)
1.在必修2曾经学习过的将锌片和铜片直接置于CuSO4溶液的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？
提示：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，指示向外输出的电流强度减弱，当锌片表面完全被铜覆盖后，反应就终止了，也就无电流再产生。
2.从原电池装置中取出盐桥，为什么就不会产生电流了？
提示：盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。取出盐桥不再形成闭合回路，同时由于Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正电；同时Cu2+获得电子成为金属铜沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因SO42-相对增加而带负电。这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成不产生电流的现象。
3.有盐桥装置的原电池为什么能够持续、稳定的产生电流？
提示：当有盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。
【典例1】（双选）（2010·广东高考）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++Cu
C.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
【思路点拨】先由图示条件判断原电池的正负极→再结合原电池原理及原电池的有关性质进行判断。
【自主解答】选B、C。Zn是原电池的负极，故A错；原电池总反应与没有形成原电池时的氧化还原反应相同，故B正确；根据闭合回路的电流方向，在外电路中，电流由正极流向负极，因电子流向与电流的方向相反，即电子由负极流向正极，故C正确；在溶液中，阳离子向正极移动，故D错。
1.请依据原电池原理，将反应2FeCl3+Cu2 ==== FeCl2+
CuCl2设计成一个原电池。写出电极反应，确定电极材料和电解质溶液。
提示：（1）电极反应：将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。
负极：Cu-2e- ==== Cu2+
正极：2Fe3++2e- ==== 2Fe2+。
（2）电极材料
如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如生成气体（如H2）或溶液中的还原性离子发生氧化反应，可用惰性电极（如Pt、碳棒）作负极。
发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。
本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。
（3）电解质溶液
一般选用含反应物的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液。
2.为什么原电池反应可以加快化学反应速率？
提示：以铜-锌-稀硫酸原电池为例：如果直接将锌放入稀硫酸中，氢离子要在锌板表面得电子，生成氢气逸出，同时锌被氧化成锌离子从锌板上脱落聚集在锌板附近；因氢离子和锌离子都带正电，相互排斥，所以氢离子不易直接连续从锌板上得电子。而构成原电池后，氢离子在铜板上得电子，就解决了这一矛盾，因而加快了反应速率。还有：锌铜两极的电势差还有助于电子的转移，也对加快反应速率起作用。
【典例2】依据氧化还原反应:
2Ag+（aq）+Cu（s）====
Cu2+（aq）+2Ag（s）设计的原
电池如图所示。
请回答下列问题:
（1）电极X的材料是_____；电解质溶液Y是_____。
（2）银电极为电池的_____极，发生的电极反应为__________，X电极上发生的电极反应为__________。
(3)外电路中的电子是从_____电极流向_____电极。
【思路点拨】电极X的材料应是发生氧化反应的物质，电解质溶液Y应是含有发生还原反应的阳离子的电解质溶液，此题中Y应是含有Ag+的可溶性的电解质溶液。
【自主解答】根据所给氧化还原反应方程式，结合原电池反应原理以及所给原电池装置，Cu作负极，AgNO3溶液为电解质溶液，从而推知:（1）X的材料为铜，Y是AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶液）。（2）银为原电池的正极，发生的电极反应为Ag++e- ==== Ag；X电极上发生的电极反应为Cu-2e- === Cu2+。（3）外电路中的电子从铜电极流向银电极。
答案:（1）铜 AgNO3溶液（或其他Ag+的可溶性溶液）
（2）正 Ag++e- ==== Ag Cu-2e- ==== Cu2+
（3）铜 银
知识点一：原电池的工作原理
1.如图所示的装置能构成原电池产生电流的是（ ）
A.①③④⑤⑥ B.①②③④⑤
C.①②③④ D.①②③
【解析】选D。依据构成原电池的条件分析：④中没有构成闭合回路；⑤中两电极相同；⑥中酒精是非电解质；只有①②③符合条件，故选D。
2.某单质能和盐酸反应生成氢气，该单质与锌组成原电池时，锌为负极，该金属可能为（ ）
A.铝 B.铜 C.锡 D.石墨
【解析】选C。铜、石墨和盐酸不反应，铝、锡能和盐酸反应生成氢气；与锌组成原电池时，锌为负极，说明该金属不如锌活泼，故只有锡符合题意。
3.在盛有稀H2SO4的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（ ）
A.正极附近的SO42-浓度逐渐增大
B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.正极有O2逸出
D.铜片上有H2逸出
【解析】选D。本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极（锌）经外电路（导线）流向正极（铜）。负极锌片：Zn－2e- ==== Zn2+；正极铜片：2H++2e- ==== H2↑，总反应为：Zn+2H+ ==== Zn2++ H2↑，原电池中没有产生O2。没有参与反应的SO42-浓度不会逐渐增大。
知识点二：原电池的设计
4.理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）
A.CH4(g)+2O2(g) ==== CO2(g)+2H2O(l) ΔH<0
B.HNO3(aq)+NaOH(aq) ==== NaNO3(aq)+H2O(l)
ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g) ==== 2H2O(l) ΔH<0
D.2FeCl3(aq)+Fe(s) ==== 3FeCl2(aq) ΔH<0
【解析】选B。理论上，能设计成原电池的均为能自发进行的氧化还原反应，而B是非氧化还原反应，故不可以。
5.利用反应：Zn+2FeCl3 ==== ZnCl2+2FeCl2组成一个化学电池。
（1）画出装置图，并指出正极为_____，电极反应式为：__________；负极为_____，电极反应式为：____
______。
（2）若电池内溶液为100 mL 0.5 mol/L的FeCl3溶液，当溶液中FeCl3全部被还原成FeCl2时，溶液中ZnCl2的物质的量浓度是_____，导线上通过的电子是_____mol。
【解析】（1）据氧化还原反应方程式知还原剂Zn为负
极，电极反应为：Zn-2e-====Zn2+，正极可为Cu、Fe、
Ag或石墨，电极反应为：2Fe3++2e- ==== 2Fe2+。
（2）n（Fe3+）=0.5 mol/L×0.1 L=0.05 mol，则转
移电子为0.05 mol，c(ZnCl2)= =0.25 mol/L。
答案：（1）装置图如图所示
石墨 2Fe3++2e- ==== 2Fe2+
Zn Zn-2e- ==== Zn2+
（2）0.25 mol/L 0.05
知识点三：原电池的应用
6.将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少量的CuSO4溶液，下列各图中产生H2的体积V（L）与时间t(min)的关系，正确的是（ ）
【解析】选A。a中锌先与Cu2+反应，生成的Cu与Zn形成原电池，加快了反应速率，但锌粉被消耗了一部分，造成产生H2的量变少。
一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分）
1.某原电池反应的离子方程式为：Fe+2H+====Fe2+
+H2↑，则下列说法正确的是（ ）
A.HNO3为电解质溶液 B.锌为原电池正极
C.铁极质量不变 D.铜为原电池正极
【解析】选D。由电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁活泼性差的金属（B被否定）。在反应中负极不断被消耗（C错）。由于反应中放出了氢气并生成了Fe2+，故知电解质溶液不能是HNO3。由以上分析可知正确选项为D。
2.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
【解析】选C。该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu-2e- ==== Cu2+，正极反应式为Ag++e- ==== Ag，因此②对；在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。
3.如图所示，两电极一为碳棒，一
为铁片，若电流表的指针发生偏转，
且a极上有大量气泡生成，则以下叙
述正确的是（ ）
A.a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B.b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C.a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D.b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
【解析】选C。根据原电池原理，负极发生氧化反应，金属溶解，故铁为负极；正极发生还原反应，若烧杯中的溶液为硫酸铜溶液，则析出铜，若烧杯中的溶液为硫酸，则析出H2，故a是正极，b是负极，电解质为硫酸。
4.如图所示的装置中，M为活动性顺序
位于氢之前的金属，N为石墨棒，关于
此装置的下列叙述中，不正确的是
（ ）
A.N极上有气体放出
B.M为负极，N为正极
C.是化学能转变为电能的装置
D.导线中有电流通过，电流方向是由M到N
【解析】选D。原电池中活泼金属为负极，失去电子，即M为负极，溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2，则N为正极。电流方向与电子流向相反，应由正极（N）流向负极（M）。
5.如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是（ ）
【解析】选C。M棒变粗，N棒变细可知N为负极，金属原子失电子，因此N极的金属比M极要活泼。M棒变粗，说明有金属离子得电子，且得电子能力比H+强。
二、非选择题（本题包括1小题，共10分）
6.利用反应方程式：Fe+CuSO4 ====
Cu＋FeSO4设计一个原电池。在方
框内画出实验装置简图，并指出：
电解质为_____溶液；
正极为_____，电极反应：__________；
负极为_____，电极反应：__________。
【解析】根据反应方程式：Fe＋CuSO4 ==== Cu＋FeSO4可知，Fe失去电子，发生氧化反应，Fe为负极；Cu2+得到电子，发生还原反应，为正极，故CuSO4为电解质溶液。
答案：
CuSO4
C或Cu Cu2++2e- ==== Cu
Fe Fe-2e- ==== Fe2+
1.（5分）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.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
【解析】选D。乙中I-失去电子放电，发生氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，B正确；当电流计读数为零时，说明正逆反应转移的电子数量相等，反应达到平衡，C正确。加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，D错误。
2.（15分）某化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2中Al所作的电极是否相同？______。
（2）写出实验3中的电极反应式：
负极：__________________；
正极：__________________。
（3）实验4中的铝作正极还是负极？______。写出电池总反应方程式：__________________。
（4）解释实验5中电流计指针偏向铝的原因。
【解析】在稀盐酸中Mg比Al活泼，Mg作原电池的负极，Al作原电池的正极，电流计指针偏向Al；在稀盐酸中Al比Cu活泼，Al作原电池的负极，Cu作原电池的正极，电流计指针偏向Cu。由此可知，在这里的原电池中电流计指针是偏向正极。在实验3中电流计指针偏向石墨，由上述规律可知，在该原电池中铝作负极，石墨作正极。化学反应是铝失去电子被氧化为铝离子，盐酸中的氢离子得到电子被还原为氢气。在氢氧化钠溶液中Al能与NaOH发生氧化还原反应而Mg不能与
NaOH反应，所以Al作原电池的负极，Mg作原电池的正极。铝在浓硝酸中钝化，锌在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中Zn比Al活泼，Zn作原电池的负极，Al作原电池的正极，所以在实验5中电流计指针偏向铝。
答案：（1）不相同
（2）2Al-6e- ==== 2Al3+ 6H++6e- ==== 3H2↑
（3）负极 2Al+2NaOH+2H2O ==== 2NaAlO2+3H2↑
（4）铝在浓硝酸中钝化，锌在浓硝酸中可以被氧化，即在浓硝酸中Zn比Al活泼，Zn作原电池的负极，Al作原电池的正极，所以电流计指针偏向铝。