高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第1课时 原电池的工作原理课件 苏教版选修41

第1课时原电池的工作原理专题1第二单元化学能与电能的转化学习目标定位知识内容必考要求加试要求1.原电池的构造与工作原理，盐桥的作用。2.判断与设计简单的原电池。3.原电池的电极反应式及电池反应方程式。4.原电池的正、负极和电子流向的判断。bcbc课时要求1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正、负极，会判断与设计简单的原电池。3.掌握原电池电极反应式的书写方法。新知导学达标检测内容索引新知导学一、原电池的工作原理1.原电池的构造与工作原电池的构造与工作原理原理铜锌原电池如图所示，请回答下列问题：(1)有关的实验现象锌片，铜片，硫酸铜溶液颜色；电流计的指针，装置中的能量变化是。(2)电极名称和电极反应锌电极为极，发生反应，电极反应式是Zn2e=Zn2；铜电极为极，发生反应，电极反应式是Cu22e=Cu；电池总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu。溶解加厚变亮变浅发生偏转化学能转化为电能负氧化正还原(3)电子流动方向和电流方向外电路：电子由电极经过导线流向电极，电流由电极流向电极；内电路：阳离子移向，阴离子移向。(4)原电池构成的条件：具有不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是。锌铜铜锌铜电极(正极)锌电极(负极)活动性电解质溶液或熔融电解质AD归纳总结归纳总结原电池原理示意图原电池原理示意图(1)原电池原理是将分开进行，还原剂在极上失去电子发生反应，电子通过导线流向极，氧化剂在极上得到电子发生反应。(2)为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较的金属或某些还原剂，电极被，发生反应。(3)为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被，发生反应。氧化反应和还原反应负氧化正正还原强氧化氧化正极还原还原负极2.盐桥原电池盐桥原电池(或双液原电池或双液原电池)按下图所示装置完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，能观察到的实验现象：锌片，铜片；电流计指针；硫酸铜溶液的颜色。溶解加厚变亮发生偏转变浅(2)离子移动方向硫酸锌溶液中：向盐桥移动；硫酸铜溶液中：向铜极移动；盐桥中：K移向区(CuSO4溶液)，Cl移向区(ZnSO4溶液)。(3)若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？，原因是。Zn2Cu2正极负极不偏转取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池归纳总结归纳总结原电池中盐桥的作用原电池中盐桥的作用(1)构成，形成原电池。(2)避免与电解质溶液直接反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。(3)盐桥中的定向迁移，使溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。闭合回路电极阴、阳离子3.由原电池相关知识判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应()(2)原电池中电流的方向是负极导线正极()(3)双液原电池中的盐桥是为了连通电路，所以也可以用金属导线代替( )(4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极( )(5)铜、锌与硫酸组成的原电池中，锌为负极，质量减少，铜为正极，质量不变( )归纳总结归纳总结原电池正极和负极的判断依据原电池正极和负极的判断依据判断依据正极负极电极材料不活泼金属或非金属活泼金属电子流向电子流入电子流出电极反应还原反应氧化反应电极常见现象电极增重或产生气体电极减轻离子移向阳离子移向阴离子移向例例1关于下图所示的原电池，下列说法正确的是答案解析A.电子从锌电极通过电流计流向铜电极B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C.铜电极发生还原反应，其电极反应是2H2e=H2D.取出盐桥后，电流计仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变解析解析锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu22e=Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，电流计不偏转，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。例例2根据原电池的工作原理，写出下列电池的电极反应式。(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池：正极反应式是_；负极反应式是_；原电池总反应的离子方程式是_。答案2H2e=H2Fe2e=Fe2Fe2H=Fe2H2(2)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。在此形成的原电池中：负极反应式是_；正极反应式是_。解析解析要善于抓住题示信息。“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：Ag2S Ag，显然这是原电池的正极反应：3Ag2S6e=6Ag3S2，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：2Al6e=2Al3。答案解析2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2一般一般电极反应式的书写方法电极反应式的书写方法(1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。(2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。(3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。方法点拨例例3根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。(1)利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备硫酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是_，正极反应式是_。解析解析将总方程式拆成氧化反应和还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：2Cu4e=2Cu2；氧化剂在正极上发生还原反应：O24e4H=2H2O。答案解析2Cu4e=2Cu2O24e4H=2H2O(2)某原电池总反应为3H2=Fe2O34OHH2O，在该原电池中：负极反应式是_；正极反应式是_。解析解析将总方程式拆成氧化反应和还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：3H26e6OH=6H2O；氧化剂在正极上发生还原反应：5H2O6e=Fe2O310OH。答案解析3H26e6OH=6H2O已知已知总反应式，书写电极反应式的方法总反应式，书写电极反应式的方法(1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。(2)当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意电解质参与的反应。(3)若有一电极反应式较难书写，可先写较易写出的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。方法点拨二、原电池原理的应用1.比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性，正极金属的活动性。例如：a和b两种金属，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a为极，b为极，金属活动性ab。2.加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触反应的速率。例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率。较强较弱负正快快加快3.设计化学电池设计化学电池(1)理论上，任何自发的反应都可以设计成原电池。(2)外电路：性较强的物质在负极失去电子，性较强的物质在正极上得到电子。(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作移动。氧化还原还原氧化定向(3)外电路中的电子是从_极流向_极。(4)该原电池的正极是_，还可以选用_等材料。(5)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，是否还需要硫酸铜溶液？_。例例4依据氧化还原反应：Cu2Ag=Cu22Ag设计的原电池如图所示。答案解析请回答下列问题：(1)电极X的材料是_，电解质溶液Y是_。(2)银电极的电极反应式是_；X电极的电极反应式是_。铜硝酸银溶液2Ag2e=2AgCu2e=Cu2负(或铜)正(或银)银铂、石墨不需要解析解析原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。原电池原电池的设计方法的设计方法“两极一液一连线两极一液一连线”(1)根据电池总反应式写出正极和负极的电极反应式。(2)电极材料的选择：电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料，所以正极和负极不能用同一种材料，两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。(3)电解质溶液的选择：电解质溶液是为正极提供放电的物质，一般能够与负极发生反应。(4)形成闭合回路。方法点拨例例5四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是A.B.C.D.答案解析解析解析利用原电池的形成和工作原理解决问题。在外电路中，电流从正极流向负极，则作原电池的负极，作正极，故活动性；活动性相对较弱的金属作原电池的正极，故金属的活动性；有气泡产生的电极发生的反应为2H2e=H2，为原电池的正极，故活动性；质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解，为负极，故活动性，由此可得金属活动性：。学习小结达标检测123451.在如图所示的水果(柠檬)电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是A.锌B.石墨C.银D.铜解析解析电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。答案解析123452.(2017浙江六校高二月考)某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是A.电池工作中，盐桥中的Cl向负极移动B.负极反应式：2H2e=H2C.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变D.Fe作正极，发生氧化反应答案解析12345解析解析根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl向负极移动，故A正确；铁作负极：Fe2e=Fe2，正极反应式为2H2e=H2，故B错误；左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H，c(H)减小，pH增大，故C错误；总电极反应式为Fe2H=Fe2H2，铁作负极，发生氧化反应，故D错误。123453.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是答案解析A.均发生了化学能转化为电能的过程B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物C.工作过程中，电子均由Zn经导线流向CuD.相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高12345解析解析两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化成电能的过程，故A正确；根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，故B错误；锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，故C正确；图乙中装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，故D正确。123454.有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线接起来，浸入电解质溶液中，a不易腐蚀；将b、d分别投入等浓度的盐酸中，d比b反应剧烈；将铜浸入a的盐溶液里，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的金属活动性由强到弱的顺序为A.acdbB.dabcC.dbacD.badc答案解析12345解析解析两种活泼性不同的金属和电解质溶液构成原电池，一般情况下，较活泼的金属作负极，负极上金属失电子发生氧化反应被腐蚀，较不活泼的金属作正极，将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不易腐蚀，所以金属活动性：ba。金属和相同的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将b、d分别投入等浓度的盐酸中，d比b反应剧烈，所以活动性：db。金属与盐的置换反应中，较活泼的金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入a的盐溶液中，无明显变化，说明金属活动性：aCu；如果把铜浸入c的盐溶液中，有金属c析出，说明金属活动性：Cuc。所以金属活动性由强到弱的顺序为dbac。123455.由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。答案解析装置现象金属A不断溶解形成二价金属离子C极质量增加A上有气泡产生A2e=A212345解析解析甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性AB；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性BC；丙中A上有气泡即H2产生，则A为正极，活动性DA，随着H的消耗，pH变大。12345(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。答案Cu22e=Cu变大DABC装置现象金属A不断溶解形成二价金属离子C极质量增加A上有气泡产生本课结束