化學(xué) 1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第1課時(shí) 原電池的工作原理 蘇教版選修4

第1課時(shí)原電池的工作原理專題1第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)目標(biāo)定位知識(shí)內(nèi)容必考要求加試要求1.原電池的構(gòu)造與工作原理，鹽橋的作用。2.判斷與設(shè)計(jì)簡單的原電池。3.原電池的電極反應(yīng)式及電池反應(yīng)方程式。4.原電池的正、負(fù)極和電子流向的判斷。bcbc課時(shí)要求1.以銅鋅原電池為例，熟悉原電池的工作原理。2.會(huì)正確判斷原電池的正、負(fù)極，會(huì)判斷與設(shè)計(jì)簡單的原電池。3.掌握原電池電極反應(yīng)式的書寫方法。新知導(dǎo)學(xué)達(dá)標(biāo)檢測內(nèi)容索引新知導(dǎo)學(xué)一、原電池的工作原理1.原電池的構(gòu)造與工作原電池的構(gòu)造與工作原理原理銅鋅原電池如圖所示，請(qǐng)回答下列問題：(1)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋅片，銅片，硫酸銅溶液顏色；電流計(jì)的指針，裝置中的能量變化是。(2)電極名稱和電極反應(yīng)鋅電極為極，發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)式是Zn2e=Zn2；銅電極為極，發(fā)生反應(yīng)，電極反應(yīng)式是Cu22e=Cu；電池總反應(yīng)的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu。溶解加厚變亮變淺發(fā)生偏轉(zhuǎn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能負(fù)氧化正還原(3)電子流動(dòng)方向和電流方向外電路：電子由電極經(jīng)過導(dǎo)線流向電極，電流由電極流向電極；內(nèi)電路：陽離子移向，陰離子移向。(4)原電池構(gòu)成的條件：具有不同的兩個(gè)電極，二者直接或間接地連在一起，插入中，且能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。下列圖示裝置能形成原電池的是。鋅銅銅鋅銅電極(正極)鋅電極(負(fù)極)活動(dòng)性電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)AD歸納總結(jié)歸納總結(jié)原電池原理示意圖原電池原理示意圖(1)原電池原理是將分開進(jìn)行，還原劑在極上失去電子發(fā)生反應(yīng)，電子通過導(dǎo)線流向極，氧化劑在極上得到電子發(fā)生反應(yīng)。(2)為電子流出極，相對(duì)活潑，通常是活動(dòng)性較的金屬或某些還原劑，電極被，發(fā)生反應(yīng)。(3)為電子流入極，相對(duì)不活潑，通常是活動(dòng)性較差的金屬或非金屬導(dǎo)體，一般是電解質(zhì)溶液中的氧化性強(qiáng)的離子被還原或電極上附著物本身被，發(fā)生反應(yīng)。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)負(fù)氧化正正還原強(qiáng)氧化氧化正極還原還原負(fù)極2.鹽橋原電池鹽橋原電池(或雙液原電池或雙液原電池)按下圖所示裝置完成實(shí)驗(yàn)，并回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)過程中，能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅片，銅片；電流計(jì)指針；硫酸銅溶液的顏色。溶解加厚變亮發(fā)生偏轉(zhuǎn)變淺(2)離子移動(dòng)方向硫酸鋅溶液中：向鹽橋移動(dòng)；硫酸銅溶液中：向銅極移動(dòng)；鹽橋中：K移向區(qū)(CuSO4溶液)，Cl移向區(qū)(ZnSO4溶液)。(3)若取出裝置中的鹽橋，電流表的指針是否還會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？，原因是。Zn2Cu2正極負(fù)極不偏轉(zhuǎn)取出鹽橋，該裝置不能構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池歸納總結(jié)歸納總結(jié)原電池中鹽橋的作用原電池中鹽橋的作用(1)構(gòu)成，形成原電池。(2)避免與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(3)鹽橋中的定向遷移，使溶液保持電中性，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，能長時(shí)間穩(wěn)定放電。閉合回路電極陰、陽離子3.由原電池相關(guān)知識(shí)判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)原電池中電子流出的一極是正極，發(fā)生氧化反應(yīng)()(2)原電池中電流的方向是負(fù)極導(dǎo)線正極()(3)雙液原電池中的鹽橋是為了連通電路，所以也可以用金屬導(dǎo)線代替( )(4)在原電池中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極( )(5)銅、鋅與硫酸組成的原電池中，鋅為負(fù)極，質(zhì)量減少，銅為正極，質(zhì)量不變( )歸納總結(jié)歸納總結(jié)原電池正極和負(fù)極的判斷依據(jù)原電池正極和負(fù)極的判斷依據(jù)判斷依據(jù)正極負(fù)極電極材料不活潑金屬或非金屬活潑金屬電子流向電子流入電子流出電極反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電極常見現(xiàn)象電極增重或產(chǎn)生氣體電極減輕離子移向陽離子移向陰離子移向例例1關(guān)于下圖所示的原電池，下列說法正確的是答案解析A.電子從鋅電極通過電流計(jì)流向銅電極B.鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移C.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)是2H2e=H2D.取出鹽橋后，電流計(jì)仍會(huì)偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應(yīng)前后質(zhì)量不變解析解析鋅片作負(fù)極，銅片作正極，電子從負(fù)極流向正極，A選項(xiàng)正確；鹽橋中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，銅電極發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=Cu，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；取出鹽橋后不能形成原電池，電流計(jì)不偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應(yīng)后質(zhì)量增加，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。例例2根據(jù)原電池的工作原理，寫出下列電池的電極反應(yīng)式。(1)將鐵片、銅片用導(dǎo)線連接后，置于稀硫酸中，形成原電池：正極反應(yīng)式是_；負(fù)極反應(yīng)式是_；原電池總反應(yīng)的離子方程式是_。答案2H2e=H2Fe2e=Fe2Fe2H=Fe2H2(2)有人用原電池原理除去銀器皿表面的黑色硫化銀，其處理方法：將一定濃度的食鹽溶液放入一鋁制容器中，再將變黑的銀器浸入溶液中，放置一段時(shí)間后，有臭雞蛋氣味的氣體放出，銀表面的黑色會(huì)褪去而銀不會(huì)損失。在此形成的原電池中：負(fù)極反應(yīng)式是_；正極反應(yīng)式是_。解析解析要善于抓住題示信息?！昂谏嗜ザy不會(huì)損失”，必然發(fā)生變化：Ag2S Ag，顯然這是原電池的正極反應(yīng)：3Ag2S6e=6Ag3S2，負(fù)極反應(yīng)應(yīng)為活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)：2Al6e=2Al3。答案解析2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2一般一般電極反應(yīng)式的書寫方法電極反應(yīng)式的書寫方法(1)判斷原電池的正、負(fù)極，即找出氧化劑和還原劑。(2)結(jié)合介質(zhì)的酸堿性確定還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。(3)寫出電極反應(yīng)式，將兩式相加得總反應(yīng)式。方法點(diǎn)撥例例3根據(jù)下列原電池的總反應(yīng)式，寫出其電極反應(yīng)式。(1)利用反應(yīng)2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制備硫酸銅，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其負(fù)極反應(yīng)式是_，正極反應(yīng)式是_。解析解析將總方程式拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cu4e=2Cu2；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：O24e4H=2H2O。答案解析2Cu4e=2Cu2O24e4H=2H2O(2)某原電池總反應(yīng)為3H2=Fe2O34OHH2O，在該原電池中：負(fù)極反應(yīng)式是_；正極反應(yīng)式是_。解析解析將總方程式拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)：3H26e6OH=6H2O；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：5H2O6e=Fe2O310OH。答案解析3H26e6OH=6H2O已知已知總反應(yīng)式，書寫電極反應(yīng)式的方法總反應(yīng)式，書寫電極反應(yīng)式的方法(1)分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價(jià)變化情況，找出氧化劑及其對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負(fù)極反應(yīng)。(2)當(dāng)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時(shí)，還應(yīng)注意電解質(zhì)參與的反應(yīng)。(3)若有一電極反應(yīng)式較難書寫，可先寫較易寫出的電極反應(yīng)式，然后利用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式即可得到另一電極反應(yīng)式。方法點(diǎn)撥二、原電池原理的應(yīng)用1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱對(duì)于酸性電解質(zhì)，一般是負(fù)極金屬的活動(dòng)性，正極金屬的活動(dòng)性。例如：a和b兩種金屬，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則a為極，b為極，金屬活動(dòng)性ab。2.加快氧化還原反應(yīng)的速率加快氧化還原反應(yīng)的速率構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸反應(yīng)的速率。例如：實(shí)驗(yàn)室制取氫氣時(shí)，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)速率；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率。較強(qiáng)較弱負(fù)正快快加快3.設(shè)計(jì)化學(xué)電池設(shè)計(jì)化學(xué)電池(1)理論上，任何自發(fā)的反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。(2)外電路：性較強(qiáng)的物質(zhì)在負(fù)極失去電子，性較強(qiáng)的物質(zhì)在正極上得到電子。(3)內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子作移動(dòng)。氧化還原還原氧化定向(3)外電路中的電子是從_極流向_極。(4)該原電池的正極是_，還可以選用_等材料。(5)如果將裝置圖中的兩個(gè)燒杯換成一個(gè)燒杯，是否還需要硫酸銅溶液？_。例例4依據(jù)氧化還原反應(yīng)：Cu2Ag=Cu22Ag設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。答案解析請(qǐng)回答下列問題：(1)電極X的材料是_，電解質(zhì)溶液Y是_。(2)銀電極的電極反應(yīng)式是_；X電極的電極反應(yīng)式是_。銅硝酸銀溶液2Ag2e=2AgCu2e=Cu2負(fù)(或銅)正(或銀)銀鉑、石墨不需要解析解析原電池中負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，鹽橋起到形成閉合回路、平衡電荷的作用。由總反應(yīng)方程式可知電極X的材料是Cu，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液Y是可溶性銀鹽溶液，常用AgNO3溶液。電極反應(yīng)式如下，負(fù)極：Cu2e=Cu2，正極：2Ag2e=2Ag，電子由負(fù)極(Cu)流出，經(jīng)外電路流向正極(Ag)。原電池原電池的設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)方法“兩極一液一連線兩極一液一連線”(1)根據(jù)電池總反應(yīng)式寫出正極和負(fù)極的電極反應(yīng)式。(2)電極材料的選擇：電池的電極必須導(dǎo)電。一般電池中的負(fù)極必須能夠與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，容易失去電子，因此負(fù)極一般是活潑的金屬材料，所以正極和負(fù)極不能用同一種材料，兩個(gè)電極可以是活潑性不同的兩種金屬或一種金屬和一種非金屬。(3)電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液是為正極提供放電的物質(zhì)，一般能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。(4)形成閉合回路。方法點(diǎn)撥例例5四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。相連時(shí)，外電路電流從流向；相連時(shí)，為正極；相連時(shí)，上有氣泡逸出；相連時(shí)，的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是A.B.C.D.答案解析解析解析利用原電池的形成和工作原理解決問題。在外電路中，電流從正極流向負(fù)極，則作原電池的負(fù)極，作正極，故活動(dòng)性；活動(dòng)性相對(duì)較弱的金屬作原電池的正極，故金屬的活動(dòng)性；有氣泡產(chǎn)生的電極發(fā)生的反應(yīng)為2H2e=H2，為原電池的正極，故活動(dòng)性；質(zhì)量減少的電極發(fā)生氧化反應(yīng)生成金屬離子而溶解，為負(fù)極，故活動(dòng)性，由此可得金屬活動(dòng)性：。學(xué)習(xí)小結(jié)達(dá)標(biāo)檢測123451.在如圖所示的水果(檸檬)電池中，外電路上的電流從X電極流向Y電極。若X為鐵，則Y可能是A.鋅B.石墨C.銀D.銅解析解析電流的方向與電子的移動(dòng)方向相反，由已知條件知電子由Y電極流向X電極，因此Y電極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鐵，故Y電極只能為選項(xiàng)中的鋅。答案解析123452.(2017浙江六校高二月考)某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是A.電池工作中，鹽橋中的Cl向負(fù)極移動(dòng)B.負(fù)極反應(yīng)式：2H2e=H2C.工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶液pH均不變D.Fe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)答案解析12345解析解析根據(jù)原電池工作原理，陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋的作用是構(gòu)成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷，所以Cl向負(fù)極移動(dòng)，故A正確；鐵作負(fù)極：Fe2e=Fe2，正極反應(yīng)式為2H2e=H2，故B錯(cuò)誤；左燒杯中pH基本不變，右燒杯中消耗H，c(H)減小，pH增大，故C錯(cuò)誤；總電極反應(yīng)式為Fe2H=Fe2H2，鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。123453.下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是答案解析A.均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過程中，電子均由Zn經(jīng)導(dǎo)線流向CuD.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高12345解析解析兩個(gè)裝置都為原電池裝置，均發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的過程，故A正確；根據(jù)原電池的工作原理，鋅比銅活潑，鋅作負(fù)極、銅作正極，銅本身不是反應(yīng)物，故B錯(cuò)誤；鋅作負(fù)極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，故C正確；圖乙中裝置產(chǎn)生的電流在一段時(shí)間內(nèi)變化不大，但圖甲裝置產(chǎn)生的電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減，故D正確。123454.有a、b、c、d四種金屬，將a與b用導(dǎo)線接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不易腐蝕；將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應(yīng)劇烈；將銅浸入a的鹽溶液里，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。據(jù)此判斷它們的金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)锳.acdbB.dabcC.dbacD.badc答案解析12345解析解析兩種活潑性不同的金屬和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，一般情況下，較活潑的金屬作負(fù)極，負(fù)極上金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng)被腐蝕，較不活潑的金屬作正極，將a與b用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不易腐蝕，所以金屬活動(dòng)性：ba。金屬和相同的酸反應(yīng)時(shí)，活動(dòng)性強(qiáng)的金屬反應(yīng)劇烈，將b、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比b反應(yīng)劇烈，所以活動(dòng)性：db。金屬與鹽的置換反應(yīng)中，較活潑的金屬能置換出較不活潑的金屬，將銅浸入a的鹽溶液中，無明顯變化，說明金屬活動(dòng)性：aCu；如果把銅浸入c的鹽溶液中，有金屬c析出，說明金屬活動(dòng)性：Cuc。所以金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)閐bac。123455.由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是_。答案解析裝置現(xiàn)象金屬A不斷溶解形成二價(jià)金屬離子C極質(zhì)量增加A上有氣泡產(chǎn)生A2e=A212345解析解析甲、乙、丙均為原電池裝置。依據(jù)原電池原理，甲中A不斷溶解，則A為負(fù)極、B為正極，活動(dòng)性AB；乙中C極增重，即析出Cu，則B為負(fù)極，活動(dòng)性BC；丙中A上有氣泡即H2產(chǎn)生，則A為正極，活動(dòng)性DA，隨著H的消耗，pH變大。12345(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是_。(3)裝置丙中溶液的pH_(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是_。答案Cu22e=Cu變大DABC裝置現(xiàn)象金屬A不斷溶解形成二價(jià)金屬離子C極質(zhì)量增加A上有氣泡產(chǎn)生本課結(jié)束