2018-2019学年高中化学 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 原电池的工作原理学案 苏教版选修4.doc

第1课时原电池的工作原理学习目标：1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。(重点)2.学会判断原电池的正、负极。(重点)3.掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。4.掌握原电池原理的基本应用。自 主 预 习探 新 知1铜锌原电池的工作原理(1)用温度计测量锌粉与CuSO4溶液反应的温度变化，说明该反应为放热反应，该反应在物质变化的同时，实现化学能转化为电能。(2)铜锌原电池的工作原理装置电极ZnCu反应现象逐渐溶解铜片上有红色物质析出电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向电子流出电子流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总电池反应式ZnCu2=Zn2Cu2盐桥(以铜锌原电池为例)(1)成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。(2)离子移动方向：Cl移向ZnSO4溶液(负极区)，K移向CuSO4溶液(正极区)。(3)作用：使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。3原电池形成的条件(1)两个活泼性不同的电极。(2)电解质溶液。(3)形成闭合回路(或两极直接接触)。(4)能自发地发生氧化还原反应。4原电池的设计例如：以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2为依据，设计一个原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：Cu2e=Cu2，正极：2Fe32e=2Fe2。(2)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作正极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作电解液。(4)构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。(5)画出装置图。基础自测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)原电池能将化学能转化为电能。()(2)铜锌原电池中锌作负极，发生还原反应。()(3)构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属。()(4)原电池反应一定是氧化还原反应。()【答案】(1)(2)(3)(4)2关于如图所示的原电池，下列说法正确的是() 【导学号：73702028】A电子从锌电极通过导线流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生还原反应D铜电极上发生的电极反应为2H2e=H2A该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极，负极、正极反应分别为负极：Zn2e=Zn2，正极：Cu22e=Cu；盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移，故A正确，B、C、D错误。3某原电池反应的离子方程式为：Zn2H=Zn2H2，则下列说法正确的是() 【导学号：73702029】AHNO3可作电解质溶液B在电解质溶液中电子从正极流向负极C锌极质量不变D石墨可作原电池的正极D硝酸不能作电解质溶液，因为硝酸与金属锌反应生成氮的氧化物，不生成氢气，A错误；原电池中，电子从负极流向正极，B错误；负极反应为Zn2e=Zn2，金属锌的质量减少，C错误。合 作 探 究攻 重 难原电池的工作原理实验目的：研究原电池的工作原理。实验装置：实验现象：有盐桥存在时，锌片不断溶解，电流计指针发生偏转，铜片不断增厚；取出盐桥后，电流中断，指针迅速回零。思考交流1有盐桥时，电流计指针发生偏转，说明有电流产生，该电流是如何产生的？产生电流的过程中，锌片、铜片上分别发生了什么变化？【提示】当有盐桥存在时，在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，Zn失去电子，形成Zn2进入溶液，用电极反应式表示为Zn2e=Zn2；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片；CuSO4溶液中的Cu2从铜片上得到电子，被还原为Cu并沉积在铜片上，用电极反应式表示为Cu22e=Cu；随着反应的进行，左边烧杯的溶液中c(Zn2)增大，右边烧杯的溶液中c(Cu2)减小。同时，盐桥中的Cl会移向ZnSO4溶液，K会移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4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。2取出盐桥后电流为什么会中断？【提示】取出盐桥后装置不再是闭合回路。3用温度计测量原电池内电解质溶液的温度在反应前后是否会有明显变化？为什么？【提示】没有明显变化。因为化学能主要转化为电能。4根据原电池的工作原理分析原电池的正极、负极有哪些判断依据？【提示】可由电极材料判断；可以由电子流向或电流方向判断；也可由反应类型、反应现象判断。(1)原电池正负极的判断(2)原电池的电极材料“两注意”注意电解质溶液对电极类型的影响。一般的，较活泼金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池，则是较不活泼的金属作负极。例如：镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。注意电极材料是否参与反应。负极材料不一定参与反应，如燃料电池；负极和正极材料都参与反应，如铅蓄电池。怎样设计原电池依据氧化还原反应2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如图所示。思考交流1如果将所给反应设计成装置，其正极、负极材料、A池、B池中电解质溶液应为何种物质？【提示】负极为铜，正极为Ag，A池为含有Cu2的电解质溶液如CuSO4，B池为AgNO3溶液。2如果将所给反应设计成装置，其正极、负极材料、C池中电解质溶液应为何种物质？【提示】负极材料为铜，正极材料为银，C池中电解液为AgNO3溶液。(1)原电池的设计设计原电池原理：原电池是一种将化学能转化为电能的装置，因此只有放热的氧化还原反应才可以设计成原电池。在电池中，通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动，将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行，使其成为两个“半反应”。设计原电池思路：a电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料，正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。b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。c保证设计出的原电池装置中，还原剂在负极上发生反应，氧化剂在正极上发生反应。(2)原电池工作原理的其他应用加快氧化还原反应的速率，如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。比较金属活动性强弱当 堂 达 标固 双 基题组1原电池的构成与工作原理1下列装置中，能构成原电池的是()DA中酒精不是电解质；B中未构成闭合回路；C中两个电极相同。2如图所示的装置中，在产生电流时，以下说法不正确的是()AFe是负极，C是正极B负极反应式为：Fe3e=Fe3C内电路中阴离子移向FeCl2溶液D电流由石墨电极流向Fe电极BFe在原电池中作负极时，失电子生成Fe2。题组2原电池正极、负极的判断3如下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是() 【导学号：73702030】选项MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液C本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。4分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg作为负极，中Fe作为负极B中Mg作为正极，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2C中Fe作为负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作为正极，电极反应式为2H2e=H2BMg比Al活泼，在中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故Cu为负极，Fe为正极。在中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H得电子能力强，故Fe失去电子，在Cu极O2到得电子发生还原反应，电极反应式为O22H2O4e=4OH。题组3原电池原理的应用5在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0B2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l) H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)HbcdBbcdaCdabcDabdcC根据装置可确定活动性：ab；根据装置可确定活动性：bc；根据装置可确定活动性：da。