2019高二化学实验3原电池的结构和工作原理学案.docx

1、1原电池的结构和工作原理原电池1、掌握原电池的构成条件及工作原理2、掌握双液原电池中的盐桥的作用3、掌握双液原电池的设计及应用原电池是将化学能直接转换为电能的装置，自发的氧化还原反应可设计成原电池Zn +H2SO4 =Zn2SO4 +H2；Zn+CuSO 4=Zn2SO4 +Cu 烧杯、导线、电流计、U 形管、铜片、锌片、碳棒、硫酸铜溶液、KCl 饱和溶液单液原电池装置图 构成条件 工作原理 存在问题（1）有两种活泼性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。负极发生氧化反应，失去电子（Zn2e Zn 2+）；正极发生还原反应，将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率

2、低，而且2（2）必须形成闭合回路。电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液（3）自发的氧化还原反应得到电子（2H +2eH 2）电子沿外电路（导线）定向移动时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。双液原电池实验操作 实验现象 实验结论按上图所示，将置有锌片的 ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，有什么现象?电流计指针不偏转，且铜片和锌片上均无明显现象（即：无电子定向移动）没有闭合回路，无法形成原电池按上图所示，将置有锌片的 ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液分别通过导线与电流计连接，另将一段导线两端分别插入两烧杯中，有什么现象?电流计指

3、针不偏转，且铜片和锌片上均无明显现象（即:无电子定向移动）没有闭合回路，无法形成原电池3按上图所示, 用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的 ZnSO4溶液和置有铜片的 CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察有什么现象？电流表指针偏转，锌片溶解，铜片上有红色物质析出，铜片质量增加有电流通过电路，形成了原电池锌片溶解，Zn2e Zn 2+，发生氧化反应，作负极；铜片上有铜生成，溶液中的 Cu2+在铜极上得电子 Cu2+2eCu，发生还原反应，作正极。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

4、持电中性，氧化还原得以继续进行，从而使原电池不断的产生电流。双液原电池是由两个半电池组成，把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。工作原理：负极发生氧化反应，失去电子（M-ne M n+）；正极发生还原反应，得到电子电子沿外电路（导线）定向移动，盐桥中的 Cl会移向负极，K +移向正极。双液原电池的形成条件1、两个电极（活泼性不同）负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等2、必须形成闭合回路电解质溶液；两电极插入电解质溶液；盐桥3、自发的氧化还原反应原电池正负极判断的方法4负极 正极构造方面 较活泼的金属 较不活泼金属或非金属电池反应 氧化反应 还原反应电

5、子流向 电子流出 电子流入反应现象 不断溶解 电极增重或者有气体产生离子移向 阴离子移向 阳离子移向用铜锌稀硫酸溶液的单液原电池做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，这是什么原因造成的呢？该铜锌-硫酸的原电池反应开始后，铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，增加了电池的内阻，电极出现极化现象，这种极化作用会阻碍 H+在 Cu 片上继续得电子，Zn 片上的电子也就不能顺畅地输送到 Cu 片上，使电流不能畅通，有些 H+就直接在 Zn 片上夺取电子生成 H2。并且在单液池中 Zn 和硫酸直接反应放出热量，将化学能部分转化为热能盐桥是什么？盐桥是将热的琼脂溶液（可以是饱和

6、KCl 溶液或 NH4NO3溶液）倒入 U 形管中（不能产生缝隙），将冷却后的 U 形管浸泡在KCl 饱和溶液或 NH4NO3饱和溶液中制得的。能产生稳定、持续电流的原电池应具备什么条件？1要有导电性不同的两个电极2两个半反应在不同的区域进行3用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起1关于如图装置的叙述，正确的是（）5A铜是负极，铜片上有气泡产生B铜片质量逐渐减少C电流从锌片经导线流向铜片DH +在铜片表面被还原后生成 H2【答案】D【解析】本题主要考查有关原电池的知识，由所给图示可知 Zn 为原电池负极，失去电子被氧化；Cu 为原电池的正极。电子经导线流向正极(Cu 极)，溶液中的 H 在正极

7、得到电子而被还原为 H2。电流流向则与电子流向相反。2有关电化学知识的描述正确的是（）ACaOH 2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为 Cu2AgNO 3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的 KCl 饱和溶液C原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池【答案】D【解析】CaOH 2O=Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl 和 AgNO3反应生成 AgCl 沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。3如图，在盛有稀硫

8、酸的烧杯中放入用导线连接的电极 X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（）A外电路的电流方向为 X外电路YB若两电极分别为 Fe 和碳棒，则 X 为碳棒，Y 为 FeCX 极上发生的是还原反应，Y 极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为 XY【答案】D【解析】由图示电子流向知 X 为负极，Y 为正极，则电流方向为 Y外电路X，故 A6错；若两电极分别为 Fe 和碳棒，则 X 为 Fe，Y 为碳棒，B 错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，C 错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性 XY。4某同学根据离子反应方程式 2

9、Fe3+Fe=3Fe 2+来设计原电池。下列设计方案中可行的是（）A电极材料为 Fe 和 Zn，电解质溶液为 FeCl3溶液B电极材料为 Fe 和石墨，电解质溶液为 Fe(NO3)3溶液C电极材料为 Fe 和石墨，电解质溶液为 FeCl2溶液D电极材料为石墨，电解质溶液为 FeCl3溶液【答案】B5原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是（）A由 Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为 Al3e =Al3+B由 Mg、Al、NaOH 溶液组成原电池，其负极反应式为Al3e 4OH =AlO 2H 2O 2C由 Fe、Cu、FeCl 3溶液组成原电

10、池，其负极反应式为 Cu2e =Cu2+D由 Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为 Cu2e =Cu2+【答案】C【解析】原电池正、负极的判断不能完全依赖金属的活动性，因为可能会出现特殊情况：浓硝酸使铁、铝钝化；铝与 NaOH 溶液反应，而镁不能与 NaOH 溶液反应等。6在如图所示的装置中，a 的金属活动性比氢要强，b 为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是（）A碳棒上有气体放出，溶液 pH 变大Ba 是正极，b 是负极C导线中有电子流动，电子从 a 极流向 b 极Da 极上发生了氧化反应7【答案】B【解析】本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。电极 a、b 与电解质溶液

11、稀 H2SO4组成原电池。因活动性 ab(碳棒)，所以 a 为电池的负极，b 为正极。电极反应式：a(负)极：a ne=an+(氧化反应)；b(正)极： nH+ ne= H2(还原反应)。由于n2正极消耗 H+，溶液中 c(H )减小，pH 增大。在外电路中，电子由 a 极流出经电流表流向 b极。7有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a 极质量减小，b极质量增加b 极有气体产生，c 极无变化d 极溶解，c 极有气体产生电流从 a 极流向 d 极由此可判断这四种金属的活动性顺序是（）Aabcd BbcdaCdabc Dabdc【答案】C8如图所

12、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（）M N PA 锌 铜 稀硫酸溶液B 铜 铁 稀盐酸溶液C 银 锌 硝酸银溶液D 锌 铁 硝酸铁溶液【答案】C9（1）控制适合的条件，将反应 2Fe3+2I 2Fe2+I 2设计成如图所示的原电池。8请回答下列问题：反应开始时，乙中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。甲中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。电流表读数为 0 时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入 FeCl2固体，则乙中的石墨作_(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式

13、为_。（2）利用反应 2CuO 22H 2SO4=2CuSO42H 2O 可制备 CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_。【答案】（1）氧化 2I 2e =I2 还原 2Fe 3+2e =2Fe2+ 正 I22e =2I （2）O 24e 4H +=2H2O【解析】（1）根据反应 2Fe3+2I =2Fe2+I 2，原电池的电极反应：负极：2I 2e=I2，发生氧化反应。正极：2Fe 3+2e =2Fe2+，发生还原反应。反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；当电流表读数为 0 时反应已平衡，此时，在甲中加入FeCl2固体，反应 2Fe3 2I 2Fe2 I 2向左移动。因

14、此，右侧石墨作正极，电极反应式为：I 22e =2I；左侧石墨作负极，电极反应式为 2Fe2+2e =2Fe3+。（2）Cu 作负极，O 2在正极上得电子：O 24e 4H +=2H2O。10锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li 通过电解质迁移入 MnO2晶格中，生成LiMnO2。回答下列问题：（1）外电路的电流方向是由_极流向_极。(填字母)9（2）电池正极反应式为_。（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。（4）MnO 2可与 KOH 和 KClO3在高温下反应，生成 K2

15、MnO4，反应的化学方程式为_。K 2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和 MnO2的物质的量之比为_。【答案】（1）b a（2）MnO 2e Li =LiMnO2（3）否 电极 Li 是活泼金属，能与水反应（4）3MnO 2KClO 36KOH 3K2MnO4KCl3H 2O 21= = = = =高 温 【解析】（1）结合所给装置图以及原电池反应原理，可知 Li 作负极材料，MnO 2作正极材料，所以电子流向是从 ab，那么电流方向则是 ba。（2）根据题目中的信息“电解质 LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li 通过电解质迁移入 MnO2晶格中，生成 LiMnO2”，所以正极的电极反

16、应式为 MnO2e Li =LiMnO2。（3）因为负极的电极材料 Li 是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂。（4）由题目中的信息“MnO2可与 KOH 和 KClO3在高温条件下反应，生成 K2MnO4”，可知该反应属于氧化还原反应，Mn 元素化合价升高( )，则 Cl 元素的化合价降低( )，所以化学方程Mn 4 Mn 6 Cl 5 Cl 1 式为 3MnO2KClO 36KOH 3K2MnO4KCl3H 2O；“K 2MnO4在酸性溶液中歧= = = = =高 温 化，生成 KMnO4(K2 nO4K nO4)和 MnO2(K2 nO4 O2)”，根据得失

17、电子守恒，可M 6 M 7 M 6 Mn 4 知生成的 KMnO4和 MnO2的物质的量之比为 21。11铁的重要化合物高铁酸钾(K 2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。而且高铁电池的研制也在进行中。如图 1 是高铁电池的模拟实验装置：（1）该电池放电时正极的电极反应式为_；若维持10电流强度为 1A，电池工作 10min，理论消耗 Zn_g（已知 F=96500Cmol-1）。（2）图 2 为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有_。（3）高铁酸钾生产方法之二是在强碱性介质中用 KClO 氧化 Fe(OH)3生成高铁酸钾，该反应的离子方程式为_。（4）K 2FeO4能消毒、净水的原因_。【答案】（1）FeO +4H2O+3e=Fe(OH)3+5OH；0.2 24（2）工作时间长工作电压稳定。（3）3ClO +2Fe(OH)3+4OH=2FeO +3Cl+5H2O 24（4）+6 价铁具有强氧化性能杀菌消毒且反应生成三价铁离子水解又生成氢氧化铁胶体吸附水中悬浮物。