高中化学 第1章 第3节 第1课时 原电池的工作原理课件 鲁科版选修4

考向三考向一第3节化学能转化为电能电池第 1课时原电池的工作原理晨背关键语句理解教材新知应用创新演练把握热点考向考向二第第1 1章章化化学学反反应应与与能能量量转转化化知识点二知识点一随堂基础巩固课时跟踪训练 (1)判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓住判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓住“一一 看二标看二标”，一看是否有自发的氧化还原反应，二，一看是否有自发的氧化还原反应，二标是以构成原电池的三个条件为标准：两个活动性不标是以构成原电池的三个条件为标准：两个活动性不同的电极、插入电解质溶液、形成闭合回路。同的电极、插入电解质溶液、形成闭合回路。 (2)正极材料活泼性负极材料活泼性，正极通常正极材料活泼性负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变具备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减小。等；负极通常不断溶解，质量减小。 (3)设计原电池的基本思路：先将氧化还原反应设计原电池的基本思路：先将氧化还原反应拆分为两个半反应拆分为两个半反应(即氧化反应和还原反应即氧化反应和还原反应)，然后，然后根据构成原电池的条件，选择合适的电极材料及适根据构成原电池的条件，选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液，将两电极用导线连接插入电解质宜的电解质溶液，将两电极用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路，即可成功设计原电池。溶液形成闭合回路，即可成功设计原电池。1原电池原电池(以铜锌原电池为例以铜锌原电池为例)(1)装置：装置：(2)实验现象：实验现象：检流计指针检流计指针电极表面变化情况电极表面变化情况发生偏转发生偏转锌片质量锌片质量 ，铜片质，铜片质量量 发生偏转发生偏转锌片质量锌片质量 ，铜片质，铜片质量量减少减少增加增加减少减少增加增加(3)实验分析：实验分析：Zn极极Cu极极电子流向电子流向由由 极流向极流向 极极电子得失电子得失Zn失电子失电子溶液中溶液中Cu2得电子得电子电极名称电极名称 极极 极极能量转化能量转化 能转化为能转化为 能能ZnCu负负正正化学化学电电 2.原电池的工作原理原电池的工作原理 外电路中电子由外电路中电子由 极流向极流向 极；内电路极；内电路(电解质电解质溶液溶液)中阴离子移向中阴离子移向 极，阳离子移向极，阳离子移向 极；电子发极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了生定向移动从而形成电流，实现了 能向能向 能的能的转化。转化。 3铜锌原电池电极反应及电池反应铜锌原电池电极反应及电池反应 负极：负极： 正极：正极： 电池反应：电池反应：负负正正负负正正化学化学电电Zn2e=Zn2Cu22e=CuZnCuSO4=ZnSO4Cu 4组成原电池的条件组成原电池的条件 (1) 不同的两块电极材料不同的两块电极材料(金属和金属金属和金属或金属和非金属或金属和非金属)； (2)电极均与电极均与 接触；接触； (3)形成闭合电路；形成闭合电路； (4)能自发地发生能自发地发生 反应。反应。活动性活动性电解质溶液电解质溶液氧化还原氧化还原(1)原电池正、负极的判断方法：原电池正、负极的判断方法： (2)盐桥的作用：盐桥的作用： 通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。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。有利于最应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应。有利于最大程度地将化学能转化为电能。大程度地将化学能转化为电能。 (3)原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关，如电解质溶液的性质有关，如MgAl电极在稀硫酸中电极在稀硫酸中构成原电池时，构成原电池时，Mg作负极，作负极，Al作正极，但若以作正极，但若以NaOH溶液为电解质溶液，则溶液为电解质溶液，则Al为负极，为负极，Mg为正极。为正极。1下列装置中，能构成原电池的是下列装置中，能构成原电池的是 ()解析：解析：酒精为非电解质，酒精为非电解质，A错误；选项错误；选项B中未使用中未使用盐桥，没有形成闭合回路；盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知可知D正确。正确。答案：答案：D 1.加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率 如实验室用如实验室用Zn和稀硫酸和稀硫酸(或稀盐酸或稀盐酸)反应制反应制H2，常用粗锌，常用粗锌，它产生它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质、锌和稀硫酸的溶的速率快。原因是粗锌中的杂质、锌和稀硫酸的溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。的速率加快。 2比较金属的活动性强弱比较金属的活动性强弱 如有两种金属如有两种金属A和和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到察到A极溶解，极溶解，B极上有气泡产生，根据电极现象判断出极上有气泡产生，根据电极现象判断出A是是负极，负极，B是正极；一般情况下，由原电池原理可知，金属活动是正极；一般情况下，由原电池原理可知，金属活动性性AB，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。属为正极。 3设计原电池设计原电池 设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。设计原电池时要紧扣原电池的构成条件。 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应； (2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。正负极材料及电解质溶液。 电极材料的选择：电极材料的选择： 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电。 电解质溶液的选择：电解质溶液的选择： 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中如空气中的氧气的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中中间连接盐桥间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与，则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子。如在锌电极材料相同的阳离子。如在锌铜铜硫酸构成的原电硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2的电解质溶液中，而的电解质溶液中，而正极金属铜浸泡在含有正极金属铜浸泡在含有Cu2的溶液中。的溶液中。 (3)按要求画出原电池装置图。按要求画出原电池装置图。 (4)注意事项：注意事项： 设计原电池有以下两个关键点。设计原电池有以下两个关键点。 a电解质溶液：一般能与负极反应或者溶解在溶液电解质溶液：一般能与负极反应或者溶解在溶液中的物质中的物质(如如O2)与负极反应。与负极反应。 b电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极。的金属或非金属作正极。 设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加质溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或或H2SO4。2设计原电池设计原电池Zn2Fe3=Zn22Fe2，在，在 方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装 置图置图(标出电极材料、电解质溶液标出电极材料、电解质溶液)负极：负极：_，电极反应：，电极反应：_；正极：正极：_，电极反应：，电极反应：_。解析：解析：分析元素化合价的变化可知，分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。答案：答案：ZnZn2e=Zn2Pt2Fe32e=2Fe2例例1下列装置中，电流表指针能发生偏转的是下列装置中，电流表指针能发生偏转的是 () 解析解析A项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不项中锌电极和乙烧杯中的电解质溶液不能发生氧化还原反应，不能构成原电池，能发生氧化还原反应，不能构成原电池，A项错误；项错误；B项中冰醋酸不导电，不构成原电池，项中冰醋酸不导电，不构成原电池，B项错误；项错误；C项中项中装置符合构成原电池的条件，但两极直接接触，相当于装置符合构成原电池的条件，但两极直接接触，相当于短路，因此电路中无电流，短路，因此电路中无电流，C项错误。项错误。 答案答案D 原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写 (1)先分析有无外接直流电源，无外接直流电源的可先分析有无外接直流电源，无外接直流电源的可能是原电池。能是原电池。 (2)然后依据原电池的形成条件判断装置是否为原电然后依据原电池的形成条件判断装置是否为原电池，方法如下：池，方法如下：提示：提示：电流表电流表指针能发生偏转。指针能发生偏转。因为醋酸水溶液因为醋酸水溶液为电解质溶液，为电解质溶液，符合原电池符合原电池的构成条件。的构成条件。 1.B项中若将冰醋酸改为项中若将冰醋酸改为醋酸水溶液，电流表指针醋酸水溶液，电流表指针 能能, ,否发生偏转？否发生偏转？例例2(2010广东高考广东高考)铜锌原电池铜锌原电池(如图如图)工作工作时，下列叙述正确的是时，下列叙述正确的是 ()A正极反应为正极反应为Zn2e=Zn2B电池反应为电池反应为ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极在外电路中，电子从负极流向正极D盐桥中的盐桥中的K移向移向ZnSO4溶液溶液 解析解析电池的正极得电子，电池的正极得电子，A选项错误；结合该电选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中的氧化还原反应为池的装置图可知，该过程中的氧化还原反应为ZnCu2=Zn2Cu，B选项正确；外电路中，电子从负极流向选项正确；外电路中，电子从负极流向正极，正极，C选项正确；左烧杯中由于选项正确；左烧杯中由于Zn失去电子形成失去电子形成Zn2，使得该烧杯中正电荷的离子增加，为维持电中性，使得该烧杯中正电荷的离子增加，为维持电中性，K应应该通过盐桥流向该通过盐桥流向CuSO4所在的右烧杯，所在的右烧杯，D选项错误。选项错误。 答案答案BC(1)一般电极反应式的书写：一般电极反应式的书写：(2)复杂电极反应式的书写：复杂电极反应式的书写： (3)题目给定总反应式：题目给定总反应式： 分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负分析化合价，确定电极反应物与产物，按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正、极发生氧化反应，正极发生还原反应的原理，写出正、负电极的反应物与产物。负电极的反应物与产物。 在反应式的左边写出得失电子数，使得失电子在反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。守恒。 根据质量守恒配平电极反应式。根据质量守恒配平电极反应式。(2012苏州模拟苏州模拟)将铁片和银片用导线连接置于同一将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列叙述中正稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列叙述中正确的是确的是()A负极有负极有Cl2逸出，正极有逸出，正极有H2逸出逸出B负极附近负极附近Cl的浓度减小的浓度减小C正极附近正极附近Cl的浓度逐渐增大的浓度逐渐增大D溶液中溶液中Cl的浓度基本不变的浓度基本不变解析：解析：在该原电池中，在该原电池中，Fe为负极，电极反应为为负极，电极反应为Fe2e=Fe2，Ag为正极，电极反应为为正极，电极反应为2H2e=H2，Cl移向负极，但整个溶液中移向负极，但整个溶液中Cl的浓度基本保持的浓度基本保持不变，不变，D正确。正确。答案：答案：D 例例3把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，四块金属片浸入稀硫酸中，用导线相连组成原电池。若用导线相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极。为负极。c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c。a、c相连时，相连时，c极上产生大量气极上产生大量气泡。泡。b、d相连时，相连时，b极上有大量气泡产生，则四种金属极上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为的活动性顺序由强到弱的为 () AabcdBacdb Ccabd Dbdca 解析解析根据原电池原理，作为负极的金属的活动性比根据原电池原理，作为负极的金属的活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是负极流向正极，电流正极金属的活动性强。电子流动方向是负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，溶液中的方向与电子流动方向相反，溶液中的H在正极上得电子生成在正极上得电子生成H2，因此可依次作出如下判断：活动性，因此可依次作出如下判断：活动性ab，cd，ac，db，综合得到结论：金属活动性顺序为，综合得到结论：金属活动性顺序为acdb，所以，所以B项正确。项正确。 答案答案B 利用原电池原理比较利用原电池原理比较a、b两种金属活动性强弱的两种金属活动性强弱的方法：将金属方法：将金属a和和b用导线相连后插入稀用导线相连后插入稀H2SO4或或b的可的可溶性盐溶液中，观察到溶性盐溶液中，观察到a极溶解，极溶解，b极上产生气泡或质极上产生气泡或质量增加，则量增加，则a作负极，作负极，b作正极，即金属活泼性作正极，即金属活泼性ab。提示：提示：不能，不能，尽管尽管Mg比比Al活泼，活泼，但但Mg与与NaOH溶液不反应，溶液不反应，而而Al与与NaOH溶液发生氧化溶液发生氧化还原反应，在还原反应，在Mg、Al和和NaOH溶液构溶液构成的原电池中，成的原电池中，Al作负极。作负极。 2.将将Mg、Al两种金属用导线两种金属用导线相连浸入相连浸入NaOH溶液中，溶液中，Al片溶片溶解而解而Mg片上产生气泡，能否据片上产生气泡，能否据此判断此判断Mg、Al的活泼性？的活泼性？