1.2 第1课时 原电池的工作原理 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册
文档属性
| 名称 | 1.2 第1课时 原电池的工作原理 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 403.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 20:04:09 | ||
图片预览
文档简介
1.2 第1课时 原电池的工作原理
【学习目标】
1.通过实验探究理解原电池的工作原理,学会判断原电池的正、负极,建立宏观辨识与微观探析意识。
2.进一步理解化学能与电能的相互转化,认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化,建立变化观念与平衡思想意识。
3.通过交流讨论掌握原电池反应方程式和电极反应的书写方法,培养推理和分析问题的能力,提升证据推理与模型认知的学科素养。
4.通过设计原电池的实验探究,体验科学探究过程,培养科学探究精神。
【合作探究】
【学习情境】
伏特电池的发明源于一个有趣的生物实验:在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极,青蛙腿就像触电似的痉挛起来。你知道其中的奥妙吗
任务1 原电池的工作原理
【新知生成】
1.原电池
(1)定义:将 转化为 的装置。
(2)实质:将 反应的 变成 。即将 转化成 。
(3)简单原电池的构成条件:
① ;② ;③ ;④ 。
2.原电池的工作原理
工作原理:利用 反应在不同区域内进行,以适当方式连接起来,获得电流。
以铜锌原电池为例:
(1)在CuSO4溶液中,锌片逐渐 ,即Zn被 ,锌原子 电子,形成 进入溶液,从锌片上释放的电子,经过导线流向 。
CuSO4溶液中, 从铜片上得电子,被还原为 并沉积在铜片上。
锌为 ,发生 反应,电极反应为Zn-2e-Zn2+。
铜为 ,发生 反应,电极反应为Cu2++2e-Cu。
总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu,反应是自发进行的。
(2)闭合回路的构成
外电路:电子从 到 ,电流从 到 ,
内电路:溶液中的 离子移向负极, 离子移向正极。
注意:电子“不下水”,离子“不上岸”。
(3)盐桥
盐桥中通常装有 。当其连通时,随着反应的进行,Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,带正电荷;Cu2+在Cu棒表面获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2+过少,S过多,溶液带负电荷;当溶液不能保持电中性时,将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在避免了这种情况的发生,其中 向ZnSO4溶液迁移, 向CuSO4 溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶液保持电中性,反应可以继续进行。
【答案】1.(1)化学能 电能 (2)氧化还原 电子转移 电子的定向移动 化学能 电能 (3)活动性不同的两个电极
电解质溶液或熔融电解质 形成闭合回路 能自发进行的氧化还原反应 2.氧化还原 (1)溶解 氧化 失 Zn2+ 铜片
Cu2+ 金属铜 负极 氧化 正极 还原 (2)负极 正极 正极 负极 阴 阳 (3)含饱和KCl溶液的琼脂 Cl- K+
【核心突破】
典例1 将用导线连接的铁片和碳棒放入盛有稀H2SO4的烧杯中,外电路中电子流向如图所示,下列关于该装置的说法正确的是( )
A.X为碳棒,Y为铁片
B.该装置将电能转化为化学能
C.X极上的电极反应为Fe-3e-Fe3+
D.如果将铁片换成锌片,电路中的电流方向不变
【解析】由电子移动方向知X为负极,Y为正极,X比Y活泼,故X应为铁片,Y为碳棒,A项错误;该装置为原电池,将化学能转化成电能,B项错误;X极上的电极反应为Fe-2e-Fe2+,C项错误;若将铁片换成锌片,Zn作负极,碳棒作正极,电路中的电流方向不变,D项正确。
【答案】D
典例2 如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )
① ② ③ ④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
A.①②③⑤⑧ B.③④⑥⑦ C.④⑥⑦ D.③⑤⑦
【解析】①没有形成闭合回路,不能构成原电池;②两个电极材料相同,都为Zn,不能构成原电池;③能构成原电池,Fe为负极,C为正极;④酒精属于非电解质,不能构成原电池;⑤能构成原电池,Zn为负极,Pb为正极;⑥Zn插入CuSO4溶液中,Zn与CuSO4直接接触发生化学反应,不能构成原电池;⑦能构成原电池,Fe为负极,Cu为正极;⑧没有形成闭合回路,不能构成原电池;故③⑤⑦属于原电池。
【答案】D
归纳总结：(1)原电池的构成条件
反应 能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
形成闭 合回路 形成需三个条件:①电解质溶液或熔融电解质;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中
记忆口诀:两极一液成回路,氧化还原反应是中心。
(2)原电池正负极的判断方法
特别提醒:判断电极时,不能简单地根据金属的活动性顺序来判断,要看反应的具体情况。如:①Al在强碱溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;②常温下,Fe、Al在浓HNO3中钝化后,比Cu更难失电子,Cu作负极,Fe、Al作正极。
(3)原电池电极反应式、电池总反应式的书写
训练1 下列关于原电池的叙述中,错误的是( )
A.原电池是将化学能转化为电能的装置
B.用导线连接的两种不同金属同时插入液体中,能形成原电池
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应
D.在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应
【解析】原电池是将化学能转化为电能的装置,A项正确;除活动性不同的两金属或非金属导体和导线外,要形成原电池还要有电解质溶液和自发进行的氧化还原反应,B项错误;在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应,C项正确;在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应,D项正确。
【答案】B
训练2 下图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( )
A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极
B.电极Ⅱ的电极反应为Cu2++2e-Cu
C.盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼脂,其作用是传递电子
D.该原电池中电子的运动方向:电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ
【解析】电极Ⅰ铂电极上铁离子得电子发生还原反应,所以铂电极作正极,A项错误;电极Ⅱ铜电极上铜失电子发生氧化反应,电极反应为Cu-2e-Cu2+,B项错误;盐桥的作用是平衡电荷,盐桥中离子的定向移动形成电流,电子不能通过电解质溶液,C项错误;电极Ⅱ是负极,电极Ⅰ是正极,所以该原电池中电子的运动方向:电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ,D项正确。
【答案】D
任务2 原电池原理的应用
【新知生成】
1.比较金属的活动性强弱
原电池中,一般活动性 的金属作负极,而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,即可以判断金属活动性A>B。
2.加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率 。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快化学反应速率。
3.设计制作化学电源
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法如下:
(1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂,将还原剂(一般为比较活泼的金属)作负极,活泼性比负极弱的金属或导电的非金属(如石墨等)作正极,含氧化剂对应离子的电解质溶液作电解液。
(2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。如在Cu-Zn构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。
(3)实例:
根据Cu+2Ag+Cu2++2Ag设计电池:
【答案】1.强 2.增大
【核心突破】
典例3 等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中放入少量的CuSO4固体,下列各图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是( )
A B C D
【解析】等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中放入少量的CuSO4固体,a中发生反应:Zn+Cu2+Zn2++Cu,形成原电池,反应速率增大,反应用时少于b,但生成的氢气也少于b,图像应为D。
【答案】D
典例4 某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了含盐桥的原电池,如图所示。盐桥中装有含饱和K2SO4溶液的琼脂。下列叙述中正确的是( )
A.甲烧杯的溶液中发生氧化反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
C.外电路的电流方向为从a到b
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
【解析】氧化性:Cr2>Fe3+,所以Cr2在乙烧杯的b极得电子发生还原反应,b是正极;Fe2+在甲烧杯的a极失电子发生氧化反应生成Fe3+,a是负极,A项正确。乙烧杯中Cr2在b极得电子发生还原反应生成Cr3+,b电极反应为Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O,B项错误。a是负极,b是正极,外电路的电流方向为从b到a,C项错误。a是负极,b是正极,电池工作时,盐桥中的S移向甲烧杯,D项错误。
【答案】A
归纳总结：设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(1)拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池负极和正极的电极反应。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
(4)构成闭合回路
训练3 有A、B、C、D四种金属片,进行如下实验:①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极;②C、D用导线连接后浸入稀H2SO4中,电流由D经导线流向C;③A、C相连后同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡;④B、D相连后同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。试判断四种金属的活动性顺序( )
A.A>B>C>D B.A>C>D>B C.C>A>B>D D.B>D>C>A
【解析】①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极,则活动性:A>B;②C、D用导线连接后浸入稀H2SO4中,电流由D经导线流向C,则活动性:C>D;③A、C相连后同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡,则活动性:A>C;④B、D相连后同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应,则活动性:D>B。综上所述,四种金属的活动性顺序为A>C>D>B。
【答案】B
训练4 依据Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电池工作时Cd2+向电极B移动
B.电极A上发生反应Hg2SO4+2e-2Hg+S
C.电极B上发生反应Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+
D.反应中每生成a mol Hg转移3a mol电子
【解析】根据电池总反应可知,放电时Cd在负极失电子,故B为负极,电极反应为Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A极,A、C项错误;正极上Hg2SO4得电子生成Hg,电极反应为Hg2SO4+2e-2Hg+S,当生成a mol Hg时,转移a mol电子,B项正确,D项错误。
【答案】B
课堂小结
【随堂检测】
1.如图所示的双液原电池,下列有关叙述正确的是( )
A.负极的电极反应为Ag++e-Ag
B.Cu电极上发生氧化反应
C.盐桥中的阳离子向左池移动
D.外电路中,电流从Cu电极流向Ag电极
【解析】Cu比Ag活泼,故Cu为负极,Ag为正极,负极铜失去电子,发生氧化反应,A项错误,B项正确;原电池中,阳离子向正极移动,故盐桥中的阳离子向银电极移动,即向右池移动,C项错误;铜电极为负极,铜失去电子,电子由Cu电极流向Ag电极,故电流从Ag电极流向Cu电极,D项错误。
【答案】B
2.下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A.CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Zn+2HClZnCl2+H2↑
D.4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3
【解析】A项,碳酸钙和盐酸的反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池;B项,甲醇的燃烧属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池;C项,锌和盐酸的反应属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池;D项,铝和氧气、H2O的反应属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池。
【答案】A
3.如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
A.Zn Fe 稀硫酸
B.Cu Zn 稀硫酸
C.Zn Ag 稀AgNO3溶液
D.Ag Cu 稀AgNO3溶液
【解析】一般情况下,原电池中负极的活泼性大于正极的活泼性,负极上金属失电子变成离子进入溶液,质量减少,正极上电解质溶液中阳离子得电子发生还原反应,正极上析出物质,若析出的物质是金属,则正极质量增加、变粗。该原电池中,A极逐渐变粗,说明A上发生还原反应,A作正极;B极逐渐变细,
说明B失电子发生氧化反应,B作负极,则B的活泼性大于A的活泼性;A极逐渐变粗,说明有金属析出,对照各选项可判断,D项符合题意。
【答案】D
4.将金属X、Y电极用导线连接后同时插入相应的电解质溶液中,发现Y电极质量增加,则符合条件的是( )
A.X是负极,电解质溶液为CuSO4溶液
B.X是负极,电解质溶液为稀H2SO4
C.X是正极,电解质溶液为CuSO4溶液
D.X是正极,电解质溶液为稀H2SO4
【解析】Y电极质量增加,可能是溶液中的金属阳离子在Y极(正极)上得到电子析出金属,只有A项符合题意。
【答案】A
5.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,能实现该反应的原电池是( )
A.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为Fe(NO3)2溶液
C.正极为铁,负极为锌,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为银,负极为铁,电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】由原电池总反应2Fe3++Fe3Fe2+,可知负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-2Fe2+。
【答案】A
2
【学习目标】
1.通过实验探究理解原电池的工作原理,学会判断原电池的正、负极,建立宏观辨识与微观探析意识。
2.进一步理解化学能与电能的相互转化,认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化,建立变化观念与平衡思想意识。
3.通过交流讨论掌握原电池反应方程式和电极反应的书写方法,培养推理和分析问题的能力,提升证据推理与模型认知的学科素养。
4.通过设计原电池的实验探究,体验科学探究过程,培养科学探究精神。
【合作探究】
【学习情境】
伏特电池的发明源于一个有趣的生物实验:在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极,青蛙腿就像触电似的痉挛起来。你知道其中的奥妙吗
任务1 原电池的工作原理
【新知生成】
1.原电池
(1)定义:将 转化为 的装置。
(2)实质:将 反应的 变成 。即将 转化成 。
(3)简单原电池的构成条件:
① ;② ;③ ;④ 。
2.原电池的工作原理
工作原理:利用 反应在不同区域内进行,以适当方式连接起来,获得电流。
以铜锌原电池为例:
(1)在CuSO4溶液中,锌片逐渐 ,即Zn被 ,锌原子 电子,形成 进入溶液,从锌片上释放的电子,经过导线流向 。
CuSO4溶液中, 从铜片上得电子,被还原为 并沉积在铜片上。
锌为 ,发生 反应,电极反应为Zn-2e-Zn2+。
铜为 ,发生 反应,电极反应为Cu2++2e-Cu。
总反应为Zn+Cu2+Zn2++Cu,反应是自发进行的。
(2)闭合回路的构成
外电路:电子从 到 ,电流从 到 ,
内电路:溶液中的 离子移向负极, 离子移向正极。
注意:电子“不下水”,离子“不上岸”。
(3)盐桥
盐桥中通常装有 。当其连通时,随着反应的进行,Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,带正电荷;Cu2+在Cu棒表面获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2+过少,S过多,溶液带负电荷;当溶液不能保持电中性时,将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在避免了这种情况的发生,其中 向ZnSO4溶液迁移, 向CuSO4 溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶液保持电中性,反应可以继续进行。
【答案】1.(1)化学能 电能 (2)氧化还原 电子转移 电子的定向移动 化学能 电能 (3)活动性不同的两个电极
电解质溶液或熔融电解质 形成闭合回路 能自发进行的氧化还原反应 2.氧化还原 (1)溶解 氧化 失 Zn2+ 铜片
Cu2+ 金属铜 负极 氧化 正极 还原 (2)负极 正极 正极 负极 阴 阳 (3)含饱和KCl溶液的琼脂 Cl- K+
【核心突破】
典例1 将用导线连接的铁片和碳棒放入盛有稀H2SO4的烧杯中,外电路中电子流向如图所示,下列关于该装置的说法正确的是( )
A.X为碳棒,Y为铁片
B.该装置将电能转化为化学能
C.X极上的电极反应为Fe-3e-Fe3+
D.如果将铁片换成锌片,电路中的电流方向不变
【解析】由电子移动方向知X为负极,Y为正极,X比Y活泼,故X应为铁片,Y为碳棒,A项错误;该装置为原电池,将化学能转化成电能,B项错误;X极上的电极反应为Fe-2e-Fe2+,C项错误;若将铁片换成锌片,Zn作负极,碳棒作正极,电路中的电流方向不变,D项正确。
【答案】D
典例2 如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )
① ② ③ ④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
A.①②③⑤⑧ B.③④⑥⑦ C.④⑥⑦ D.③⑤⑦
【解析】①没有形成闭合回路,不能构成原电池;②两个电极材料相同,都为Zn,不能构成原电池;③能构成原电池,Fe为负极,C为正极;④酒精属于非电解质,不能构成原电池;⑤能构成原电池,Zn为负极,Pb为正极;⑥Zn插入CuSO4溶液中,Zn与CuSO4直接接触发生化学反应,不能构成原电池;⑦能构成原电池,Fe为负极,Cu为正极;⑧没有形成闭合回路,不能构成原电池;故③⑤⑦属于原电池。
【答案】D
归纳总结：(1)原电池的构成条件
反应 能发生自发进行的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
电极 一般是活泼性不同的两电极(金属或石墨)
形成闭 合回路 形成需三个条件:①电解质溶液或熔融电解质;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中
记忆口诀:两极一液成回路,氧化还原反应是中心。
(2)原电池正负极的判断方法
特别提醒:判断电极时,不能简单地根据金属的活动性顺序来判断,要看反应的具体情况。如:①Al在强碱溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;②常温下,Fe、Al在浓HNO3中钝化后,比Cu更难失电子,Cu作负极,Fe、Al作正极。
(3)原电池电极反应式、电池总反应式的书写
训练1 下列关于原电池的叙述中,错误的是( )
A.原电池是将化学能转化为电能的装置
B.用导线连接的两种不同金属同时插入液体中,能形成原电池
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应
D.在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应
【解析】原电池是将化学能转化为电能的装置,A项正确;除活动性不同的两金属或非金属导体和导线外,要形成原电池还要有电解质溶液和自发进行的氧化还原反应,B项错误;在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应,C项正确;在原电池中,电子流入的一极是正极,发生还原反应,D项正确。
【答案】B
训练2 下图是某同学设计的原电池装置,下列叙述中正确的是( )
A.电极Ⅰ上发生还原反应,作原电池的负极
B.电极Ⅱ的电极反应为Cu2++2e-Cu
C.盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼脂,其作用是传递电子
D.该原电池中电子的运动方向:电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ
【解析】电极Ⅰ铂电极上铁离子得电子发生还原反应,所以铂电极作正极,A项错误;电极Ⅱ铜电极上铜失电子发生氧化反应,电极反应为Cu-2e-Cu2+,B项错误;盐桥的作用是平衡电荷,盐桥中离子的定向移动形成电流,电子不能通过电解质溶液,C项错误;电极Ⅱ是负极,电极Ⅰ是正极,所以该原电池中电子的运动方向:电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ,D项正确。
【答案】D
任务2 原电池原理的应用
【新知生成】
1.比较金属的活动性强弱
原电池中,一般活动性 的金属作负极,而活动性弱的金属(或可导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,即可以判断金属活动性A>B。
2.加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池时反应速率 。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快化学反应速率。
3.设计制作化学电源
设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。具体方法如下:
(1)首先判断出氧化还原反应中的还原剂和氧化剂,将还原剂(一般为比较活泼的金属)作负极,活泼性比负极弱的金属或导电的非金属(如石墨等)作正极,含氧化剂对应离子的电解质溶液作电解液。
(2)如果两个半反应分别在要求的两个容器中进行(中间连接盐桥),则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。如在Cu-Zn构成的原电池中,负极Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中,而正极Cu浸泡在含有Cu2+的电解质溶液中。
(3)实例:
根据Cu+2Ag+Cu2++2Ag设计电池:
【答案】1.强 2.增大
【核心突破】
典例3 等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中放入少量的CuSO4固体,下列各图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是( )
A B C D
【解析】等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中放入少量的CuSO4固体,a中发生反应:Zn+Cu2+Zn2++Cu,形成原电池,反应速率增大,反应用时少于b,但生成的氢气也少于b,图像应为D。
【答案】D
典例4 某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性:Cr2>Fe3+,设计了含盐桥的原电池,如图所示。盐桥中装有含饱和K2SO4溶液的琼脂。下列叙述中正确的是( )
A.甲烧杯的溶液中发生氧化反应
B.乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3++7H2O-6e-Cr2+14H+
C.外电路的电流方向为从a到b
D.电池工作时,盐桥中的S移向乙烧杯
【解析】氧化性:Cr2>Fe3+,所以Cr2在乙烧杯的b极得电子发生还原反应,b是正极;Fe2+在甲烧杯的a极失电子发生氧化反应生成Fe3+,a是负极,A项正确。乙烧杯中Cr2在b极得电子发生还原反应生成Cr3+,b电极反应为Cr2+14H++6e-2Cr3++7H2O,B项错误。a是负极,b是正极,外电路的电流方向为从b到a,C项错误。a是负极,b是正极,电池工作时,盐桥中的S移向甲烧杯,D项错误。
【答案】A
归纳总结：设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(1)拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池负极和正极的电极反应。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
(4)构成闭合回路
训练3 有A、B、C、D四种金属片,进行如下实验:①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极;②C、D用导线连接后浸入稀H2SO4中,电流由D经导线流向C;③A、C相连后同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡;④B、D相连后同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。试判断四种金属的活动性顺序( )
A.A>B>C>D B.A>C>D>B C.C>A>B>D D.B>D>C>A
【解析】①A、B用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,A极为负极,则活动性:A>B;②C、D用导线连接后浸入稀H2SO4中,电流由D经导线流向C,则活动性:C>D;③A、C相连后同时浸入稀H2SO4中,C极产生大量气泡,则活动性:A>C;④B、D相连后同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应,则活动性:D>B。综上所述,四种金属的活动性顺序为A>C>D>B。
【答案】B
训练4 依据Cd(Hg)+Hg2SO43Hg+Cd2++S反应原理,设计出韦斯顿标准电池,其简易装置如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( )
A.电池工作时Cd2+向电极B移动
B.电极A上发生反应Hg2SO4+2e-2Hg+S
C.电极B上发生反应Cd(Hg)-4e-Hg2++Cd2+
D.反应中每生成a mol Hg转移3a mol电子
【解析】根据电池总反应可知,放电时Cd在负极失电子,故B为负极,电极反应为Cd-2e-Cd2+,生成的Cd2+移向A极,A、C项错误;正极上Hg2SO4得电子生成Hg,电极反应为Hg2SO4+2e-2Hg+S,当生成a mol Hg时,转移a mol电子,B项正确,D项错误。
【答案】B
课堂小结
【随堂检测】
1.如图所示的双液原电池,下列有关叙述正确的是( )
A.负极的电极反应为Ag++e-Ag
B.Cu电极上发生氧化反应
C.盐桥中的阳离子向左池移动
D.外电路中,电流从Cu电极流向Ag电极
【解析】Cu比Ag活泼,故Cu为负极,Ag为正极,负极铜失去电子,发生氧化反应,A项错误,B项正确;原电池中,阳离子向正极移动,故盐桥中的阳离子向银电极移动,即向右池移动,C项错误;铜电极为负极,铜失去电子,电子由Cu电极流向Ag电极,故电流从Ag电极流向Cu电极,D项错误。
【答案】B
2.下列反应不可用于设计成原电池的是( )
A.CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.Zn+2HClZnCl2+H2↑
D.4Al+3O2+6H2O4Al(OH)3
【解析】A项,碳酸钙和盐酸的反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池;B项,甲醇的燃烧属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池;C项,锌和盐酸的反应属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池;D项,铝和氧气、H2O的反应属于自发的氧化还原反应,能设计成原电池。
【答案】A
3.如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
A.Zn Fe 稀硫酸
B.Cu Zn 稀硫酸
C.Zn Ag 稀AgNO3溶液
D.Ag Cu 稀AgNO3溶液
【解析】一般情况下,原电池中负极的活泼性大于正极的活泼性,负极上金属失电子变成离子进入溶液,质量减少,正极上电解质溶液中阳离子得电子发生还原反应,正极上析出物质,若析出的物质是金属,则正极质量增加、变粗。该原电池中,A极逐渐变粗,说明A上发生还原反应,A作正极;B极逐渐变细,
说明B失电子发生氧化反应,B作负极,则B的活泼性大于A的活泼性;A极逐渐变粗,说明有金属析出,对照各选项可判断,D项符合题意。
【答案】D
4.将金属X、Y电极用导线连接后同时插入相应的电解质溶液中,发现Y电极质量增加,则符合条件的是( )
A.X是负极,电解质溶液为CuSO4溶液
B.X是负极,电解质溶液为稀H2SO4
C.X是正极,电解质溶液为CuSO4溶液
D.X是正极,电解质溶液为稀H2SO4
【解析】Y电极质量增加,可能是溶液中的金属阳离子在Y极(正极)上得到电子析出金属,只有A项符合题意。
【答案】A
5.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+,能实现该反应的原电池是( )
A.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为FeCl3溶液
B.正极为铜,负极为铁,电解质溶液为Fe(NO3)2溶液
C.正极为铁,负极为锌,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为银,负极为铁,电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】由原电池总反应2Fe3++Fe3Fe2+,可知负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-2Fe2+。
【答案】A
2