2018-2019学年高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能——电池 第1课时 原电池的工作原理学案 鲁科版选修4.doc

第1课时原电池的工作原理学习目标：1.了解原电池的工作原理。(重点)2.能写出电极反应式和电池反应方程式。(重点)3.学会设计简单原电池装置。自 主 预 习探 新 知1铜锌原电池实验探究(1)实验装置(2)实验现象检流计指针电极表面变化情况发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加(3)电极材料及电极反应负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电池反应ZnCu2=CuZn2电子流向由锌极通过导线流向铜极离子移向阳离子移向正极，阴离子移向负极盐桥作用构成闭合回路，使离子通过，传导电流微点拨：外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。2原电池的工作原理(1)原电池定义：能将化学能转化为电能的装置。电极名称及电极反应。负极：电子流出的一极，发生氧化反应；正极：电子流入的一极，发生还原反应。原电池的构成条件。a两个活泼性不同的电极(两种金属或一种金属和一种能导电的非金属)。b将电极插入电解质溶液。c构成闭合回路。d能自发发生的氧化还原反应。(2)工作原理外电路中电子由负极流向正极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向负极，阳离子移向正极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。基础自测1判断对错(对的在括号内打“”，错的在括号内打“”。)(1)所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。()(2)原电池中，负极材料一定比正极材料活泼。()(3)原电池工作时，负极发生氧化反应。()(4)原电池中，电流从负极经导线流向正极。()(5)铜锌原电池中，溶液中的阳离子移向锌极。()提示(1)自发的氧化还原反应才能设计成原电池。(2)原电池的负极材料不一定比正极材料活泼，如MgAlNaOH(aq)原电池中，Al作负极。(3)(4)原电池中，电流由正极经导线流向负极。(5)铜锌原电池中，Cu2移向铜极。2如图所示的装置能够组成原电池的是()BA项，两电极材料相同；C项，不能形成闭合回路；D项，为电解池。教师备选下列反应，不可以设计成原电池的是()A2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2BNaOHHCl=NaClH2OC2Fe3Br2=2FeBr3D2KMnO45SO22H2O=K2SO42MnSO42H2SO4BNaOHHCl=NaClH2O不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。3据图分析，下列有关该原电池的叙述正确的是()A工作时，盐桥中的K会移向CuSO4溶液B取出盐桥后，检流计指针依然发生偏转C铜电极上有气泡逸出D反应前后铜电极的质量不变A在该原电池中，Zn作负极，Cu作正极，阳离子移向正极，A项正确；取出盐桥后，不能构成原电池，故检流计指针不发生偏转，B项错误；Cu电极为正极，电极反应式为Cu22e=Cu，无气泡逸出，且铜电极的质量增加，C、D项错误。合 作 探 究攻 重 难原电池的构成条件1799年，意大利科学家伏特发明了世界上最早的电池伏特电池。1836年，英国科学家丹尼尔对“伏特电池”进行了改良，制造了一个能稳定工作的铜锌原电池，称为“丹尼尔电池”。其基本构造如图所示。思考交流1该装置中电子移动方向如何？溶液中的SO通过盐桥移向锌极吗？提示该原电池中负极是锌，正极是铜，电子由锌极流向铜极，盐桥中的K向正极移动，Cl向负极移动，从而平衡电荷，溶液中的SO不会通过盐桥移向锌极。2取出盐桥，检流计指针还会偏转吗？提示取出盐桥，不能构成闭合回路，检流计指针不会偏转。3将盐桥改为铜导线连接两种溶液，检流计指针还能偏转吗？提示将盐桥改为铜导线连接两种溶液，不能构成原电池，检流计指针不发生偏转。4根据以上现象分析，盐桥起了什么作用？提示盐桥起到了使整个装置构成闭合回路的作用，同时能阻止反应物的直接接触。盐桥中Cl向ZnSO4溶液迁移，K向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。对点训练题组一原电池的工作原理1锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡CACu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变；C电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜。2图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()图1图2A铜棒的质量Bc(Zn2)Cc(H)Dc(SO)C该装置构成原电池，Zn是负极，Cu是正极。A在正极Cu上溶液中的H获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B.由于Zn是负极，不断发生反应Zn2e=Zn2，所以溶液中c(Zn2)增大，错误；C由于反应不断消耗H，所以溶液的c(H)逐渐降低，正确；D.SO不参加反应，其浓度不变，错误。规避原电池基础中的5个失分点(1)原电池的闭合回路有多种形式，如两电极相接触也是一种闭合。(2)盐桥使两池电解液相连接，构成闭合，但不能用导线替换。(3)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，把多余的能量转化成电能。(4)在原电池中，电子不能通过电解质溶液。(5)电解液中的阴阳离子与导线中的电子各自的定向移动，构成一个完整的闭合回路，电子由负极移向正极，电解液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。题组二原电池正、负极及其产物的判断3某原电池反应的离子方程式为Fe2H=Fe2H2，下列说法正确的是()A可用硝酸作电解质溶液B可用锌作原电池正极C用铁作负极，铁的质量不变D可用铜作原电池正极D由电池反应的离子方程式可知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属，B项错误，D项正确；在反应中负极不断被消耗，C项错误；由反应中放出了氢气并生成了Fe2，可知电解质溶液不可能是硝酸，A项错误。4某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。 【导学号：41722035】(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及电极反应：Al片()_，Cu片()_。(2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及电极反应：Al片()_，Cu片()_。解析(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，实质上是由Al稀硫酸Cu组成的原电池，由于Al比Cu活泼，所以Al作负极，Al失电子被氧化为Al3，Cu作正极，溶液中的H得电子被还原为H2。(2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，实质上是由Al浓硝酸Cu组成的原电池，常温下由于Al遇浓硝酸发生钝化，Al作正极，Cu作负极，Cu失电子被氧化为Cu2。答案(1)负极Al3e=Al3正极2H2e=H2(2)正极2NO4H2e=2NO22H2O负极Cu2e=Cu2原电池正、负极的判断方法原电池原理的应用已知如图装置：思考交流1Cd2、Co2、Ag的氧化性强弱如何排序？提示由装置图可知金属活动性：CdCoAg，故氧化性：Cd2Co2Ag。22Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)能否发生？说明理由。提示不能发生。由于金属活动性：CdAg，故Ag不能置换Cd。3设计原电池Cd2Ag=2AgCd2，画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图。提示对点训练1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()AabcdBbcdaCdabcDabdcC由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性ab，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性bc，第三个装置的金属活动性dc，由第四个装置电流从ad，则电子从da，故金属活动性da。2设计原电池Zn2Fe3=Zn22Fe2，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液) 【导学号：41722036】负极：_，电极反应：_；正极：_，电极反应：_。解析分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属(石墨等)作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。答案见下图ZnZn2e=Zn2Pt2Fe32e=2Fe2原电池工作原理的应用(1)加快化学反应速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。(2)比较金属的活动性强弱对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。(3)设计原电池理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。外电路负极还原性较强的物质被氧化e正极氧化性较强的物质被还原内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。当 堂 达 标固 双 基1下列说法正确的是()A构成原电池正极和负极的材料必须是金属B在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原C实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应D原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能C构成原电池的电极材料可以是非金属，如石墨，A项错误；在原电池中电子流出的一极是负极，失电子被氧化，B项错误；粗锌中含有杂质，可形成原电池，C项正确；能量转化率不可能达到100%，D项错误。教师备选下列四个装置中，导线中的电子由左侧一极流向右侧一极的是()C电子由左侧 一极流向右侧一极，则左侧电极作负极。2如图所示是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上的记录如下：卡片上的描述正确的是()ABCDB构成原电池的正极是Cu，负极是Zn，故错误；电子从Zn电极(负极)流出，流向Cu电极(正极)，H向正极移动，在Cu电极上得到电子：2H2e=H2，故错误，正确；此原电池中负极上发生的反应是Zn2e=Zn2，错误；总反应方程式为Zn2H=Zn2H2，当有1 mol电子转移时，产生的H2为0.5 mol，故正确。3有M、N、P、E四种金属，已知：MN2=NM2；M、P用导线连接后放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡产生；N、E用导线连接后放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E22e=E，N2e=N2。则四种金属的还原性由强到弱的顺序是()AP、M、N、EBE、N、M、PCP、N、M、EDE、P、M、NA由知，还原性：MN；由知，M为原电池正极，故还原性：PM；由知，N为原电池负极，故还原性：NE。综上所述，还原性：PMNE。4为了避免锌片与Cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如图所示的装置，按要求完成以下填空： 【导学号：41722037】(1)此装置在工作时，可以观察到的现象是_，电池的总反应式为_。(2)原电池工作时，CuSO4溶液中SO向_移动。(3)盐桥是通过_的定向移动实现导电的，若此盐桥内为KCl饱和溶液，则该电池在工作时，K移向_(填“正”或“负”)极。解析该装置为锌铜原电池，总反应式为ZnCu2=CuZn2，该电池工作时，观察到检流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。该电池工作时，CuSO4溶液中SO向盐桥移动。在原电池中，盐桥是通过离子定向移动实现导电的，若盐桥内为KCl饱和溶液，K向正极移动。答案(1)检流计的指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出ZnCu2=Zn2Cu(2)盐桥(3)离子正