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[目标导航].以铜锌原电池为例,理解原电池的工作原理。.学会判断原电池的正、负极。.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。
一、原电池的工作原理
.理清氧化还原反应的两条线索
()还原剂―→失电子―→元素化合价升高―→被氧化―→发生氧化反应。
()氧化剂―→得电子―→元素化合价降低―→被还原―→发生还原反应。
.原电池构成的条件:
()一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
()二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。
()三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接或间接接触;③两电极插入电解质溶液中。
.原电池是将化学能转化为电能的装置,原电池内发生的反应属于氧化还原反应。
()分析下图所示原电池装置并填空。
原电池总反应式:++++↑。
()电子流动方向和电流方向
①外电路:电子由电极经过导线流向铜电极,电流由铜电极流向电极;
②内电路:阳离子移向正极,阴离子移向负极。
【合作探究】
.()写出右图装置中电极反应式和总反应式。
答案负极:--+
正极:++-
总反应式:++++
()随着时间的延续,电流表的指针偏转角度逐渐减小,最终没有电流通过,为什么?
答案由于锌片与溶液直接接触,在反应一段时间后,难以避免溶液中有+在锌片表面直接被还原,一旦有少量铜在锌片表面析出,即在负极(锌)表面也构成了原电池,进一步加速铜在负极表面析出,致使向外输出的电流减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后,反应终止,也就无电流产生。
.如图装置,可使原电池不断地产生电流,试分析其原理。
()当有盐桥存在时,在溶液中,锌片逐渐溶解,即被氧化,锌原子失去电子,形成+进入溶液;从锌片上释放出的电子,经过导线流向铜片;溶液中的+从铜片上得到电子,被还原成为金属铜并沉积在铜片上;随着反应的进行,左边烧杯的溶液中(+)增大(填“增大”、“减小”或“不变”),右边烧杯的溶液中(+)减小。同时,盐桥中的-会移向溶液,+会移向溶液,使溶液和溶液均保持电中性,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。
()取出盐桥后,由于原子失去电子成为+进入溶液,使溶液因+增加而带正电;同时+获得电子成为金属铜沉淀在铜片上,使溶液因\\(-)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,造成电流中断,构不成原电池。
.在上题图中,盐桥的作用是什么?
答案()盐桥中通常装有含有琼脂的饱和溶液,能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动,通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来,可使电流持续传导。
()使用盐桥是将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度,可以获得单纯的电极反应,便于分析放电过程,有利于最大限度地将化学能转化为电能。
二、原电池原理的应用
【练一练】
.有、、、四块金属片,进行如下实验:①、用导线相连后,同时浸入稀中,极为负极;②、用导线相连后,同时浸入稀中,电流由→导线→;③、相连后,同时浸入稀中,极产生大量气泡;④、相连后,同时浸入稀中,极发生氧化反应。据此,判断四种金属的活动性顺序是()
.>>>.>>>
.>>>.>>>
答案
解析金属与稀组成原电池,活泼金属为负极,失去电子发生氧化反应,较不活泼的金属为正极,+在正极表面得到电子生成;电子流动方向由负极→正极,电流方向则由正极→负极。在题述原电池中,、作电极的原电池中,为负极,金属的活动性顺序为>;、作电极的原电池中,为负极,金属的活动性顺序为>;、作电极的原电池中,为负极,金属的活动性顺序为>;、作电极的原电池中,为负极,金属的活动性顺序为>。综上可知,金属的活动性顺序为>>>。
.利用原电池原理,可以加快化学反应的进行,原因是氧化反应和还原反应分别在两极进行,溶液中的粒子运动时相互间的干扰小,使化学反应加快。如实验室中用与稀反应制取时,通常滴入几滴溶液。这样做的原因是与置换出的、稀构成了原电池,加快了反应的进行。
【合作探究】
.在原电池中,负极的金属性一定比正极的金属性强吗?试举例说明。
答案不一定。在判断原电池正、负极时,不要只考虑金属活动性的相对强弱,还要考虑电解质溶液。故应由电池反应来确定电极名称,发生氧化反应的金属作负极。如下图甲池中作负极:--+,作正极:++-↑;乙池中由于镁不与强碱反应而和溶液能反应,所以作负极:--+-\\(-)+,作正极:+-↑+-。
.为什么实验室用粗锌比用纯锌与稀硫酸反应速率快?
答案因为粗锌中锌、杂质和稀构成了原电池,减小了粒子运动时的相互干扰。
.利用反应++设计一个原电池,画出装置图(带盐桥)写出电极反应式。
答案
负极:--+
正极:++-+
一、原电池原理及正、负的判断
【例】下列有关原电池的说法中正确的是()
.在内电路中,电子由正极流向负极
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