高中化学第4章化学反应与电能第1节原电池第1课时原电池课件新人教版选修1

第1课时原电池课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随堂训练素养•目标定位目标素养1.以锌铜原电池为例,了解原电池的工作原理及构成条件。2.能正确判断原电池的正、负极并熟练书写电极反应式,会书写常见化学电源的电极反应式。3.能列举常见的化学电源,并能利用相关的信息分析化学电源的工作原理。4.能设计简单的原电池。知识概览课前·基础认知一、原电池1.原电池的工作原理。以锌铜原电池为例,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂。如图:(1)实验现象:接通电路时,电流表的指针

发生偏转

,将盐桥取出,电流表的指针

回到零点

。

(2)工作原理。

电极Zn电极Cu电极电极名称①

负极

②

正极

得失电子③

失

电子

④

得

电子

电子流向⑤

流出

⑥

流入

电极反应式⑦

Zn-2e-====Zn2+⑧

Cu2++2e-====Cu

反应类型⑨

氧化

反应

⑩

还原

反应

总反应式⑪

Zn+Cu2+

====Zn2++Cu

盐桥中的离子移动方向K+移向⑫

CuSO4

溶液(⑬

正

极区),Cl-移向⑭

ZnSO4

溶液(⑮

负

极区)

2.原电池工作的一般条件。(1)有能自发进行的

氧化还原

反应。

(2)有两个活动性不同的电极(通常活动性较强的金属作

负

极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作

正

极),并插入

电解质

溶液中,形成

闭合

回路。

二、原电池的设计1.能设计为原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应。2.用

还原性较强

的物质作负极,向外电路提供电子;用

氧化性较强

的物质作正极,从外电路得到电子。3.原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的

氧化还原

能力。

微思考

在原电池装置中盐桥有什么作用?提示:(1)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。(2)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,有利于最大程度地将化学能转化为电能,提高原电池效率。微判断

(1)任何自发的放热反应均可设计成原电池。(

)(2)原电池将氧化反应和还原反应分在不同区域同时进行。(

)(3)盐桥中的阴离子移向正极区域,使正极区溶液呈电中性。(

)(4)铁、铜与硫酸铜溶液形成的原电池的负极反应为Fe-3e-══Fe3+。(

)×√××微训练1.对于原电池的电极名称,下列叙述错误的是(

)。A.发生氧化反应的一极为负极B.正极为电子流入的一极C.比较不活泼的金属为负极D.电流流出的一极为正极答案:C解析:原电池装置中,一般活泼金属作负极,较不活泼金属或能导电的非金属作正极;负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应;外电路中电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。2.有下列装置:其中是原电池的是

,电极反应式分别为负极:

,正极:

。

答案:D

Zn-2e-══Zn2+

2H++2e-══H2↑解析:A项,酒精不是电解质,不能导电;B项没有形成闭合回路;C项电极材料相同;D项属于原电池,且锌作负极,失电子,发生氧化反应。课堂·重难突破一、原电池工作原理重难归纳1.工作原理。2.原电池正、负极判定思路。

3.含盐桥原电池(双液电池)。(1)特点。两个烧杯中电解质溶液用盐桥连接,电极材料一般与相应容器中的电解质溶液的阳离子相同。如:(-)Zn|ZnSO4(1mol·L-1)||CuSO4(1mol·L-1)|Cu(+)。(2)盐桥的作用。平衡电荷,沟通闭合回路。(3)优点。与不含盐桥原电池相比,双液电池效率高且电流平稳,放电时间长。如图所示装置露置在空气中,经检测,外电路中有电流产生。1.请分析该装置正、负极的电极反应。提示:负极:Fe-2e-══Fe2+;正极:空气中的O2得电子,O2+2H2O+4e-══4OH-。2.原电池中总反应是否就是负极与电解质溶液的反应?提示:不一定。如题图装置中的电池总反应为2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2,而负极材料Fe与NaCl溶液不反应。典例剖析如图为双液原电池装置示意图,下列叙述中正确的是(

)。A.铜离子在铜片表面被还原B.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液C.电流从锌片经导线流向铜片D.铜是正极,铜片上有气泡产生答案:A解析:在该原电池中,活动性较强的金属锌作负极,活动性较弱的铜作正极,电子由负极流出,经导线流向正极,电流的方向与电子的移动方向相反,C项错误;正极发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-══Cu,A项正确,D项错误;盐桥中的阳离子移向正极区硫酸铜溶液,B项错误。学以致用1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是(

)。①在外电路中,电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag++e-══Ag

③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.①② B.②③

C.②④ D.③④C解析:铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池,Cu作负极,Ag作正极,电极反应为Cu-2e-══Cu2+(负极),2Ag++2e-══2Ag(正极),盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用,电子是由负极流向正极,电流的方向和电子的流向相反。因此①③错误,②④正确。2.如图是某同学设计的原电池装置,下列叙述正确的是(

)。A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B.电极Ⅱ上发生还原反应,电极Ⅱ作原电池的正极C.该原电池的总反应式为2Fe3++Cu══Cu2++2Fe2+D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂,K+移向负极区答案:C解析:A项,该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行,因此氧化剂和还原剂没有直接接触,错误;B项,Cu电极为原电池的负极,发生氧化反应,电极反应式为Cu-2e-══Cu2+,错误;D项,正极发生反应:2Fe3++2e-══2Fe2+,正极区正电荷减少,K+移向正极补充正电荷,错误。二、原电池原理的应用重难归纳1.比较金属活动性强弱。方法是:将金属a和b用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a溶解,b上有气泡产生。据此推断a是负极,b是正极,金属活动性a>b。该方法中,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝酸或NaOH溶液等试剂,否则可能得出相反的结论。2.增大化学反应速率。实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。原理是:锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池,使产生氢气的速率增大。3.设计原电池。以Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag为依据,设计一个原电池。(1)明确两极反应。(2)选择电极材料。(3)确定电解质。

(4)画装置图:注明电极材料和电解质溶液成分。

①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是怎样的?提示:①>③>④>②典例剖析利用反应Zn+2FeCl3══ZnCl2+2FeCl2设计一个原电池。在下图方框内画出实验装置图,并指出正极材料为

,电极反应式为

;负极材料为

,电极反应式为

。

答案:(实验装置图如下)

Pt(或石墨)

2Fe3++2e-══2Fe2+

Zn

Zn-2e-══Zn2+解析:一般来说,放出能量的自发进行的氧化还原反应都可以设计成相应的原电池。具体设计时,先将氧化还原反应拆分为两个半反应(即氧化反应和还原反应),然后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溶液形成闭合回路,即可成功设计原电池。将Zn+2FeCl3══ZnCl2+2FeCl2拆分为Zn-2e-══Zn2+(氧化反应)和2Fe3++2e-══2Fe2+(还原反应);结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应用锌,则正极所用材料活动性应比锌弱,为保证Fe3+在正极得电子,则电解质溶液为FeCl3溶液等易溶的铁盐溶液。【拓展延伸】

利用反应Fe+2Fe3+══3Fe2+,设计原电池。答案:学以致用已知某原电池的电极反应是Fe-2e-══Fe2+,Cu2++2e-══Cu,据此设计该原电池,并回答问题。图1图2(1)若原电池装置为图1,①电极材料A是

,B是

。(写名称)

②A电极观察到的现象是

。

(2)若原电池装置为图2,①电极材料X可以是

(填字母,下同)。

A.铁 B.铜 C.石墨②电解质溶液Y是

。

A.FeSO4溶液B.CuSO4溶液 C.CuCl2溶液答案:(1)①铜(或其他合理答案)铁②有红色物质析出(2)①BC

②BC随堂训练1.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(

)。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电极经导线流向Cu电极D.相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高答案:B解析:两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,A项正确;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,B项错误;锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,C项正确;图乙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,D项正确。2.某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是(

)。(盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂)A.电池工作中,盐桥中的Cl-向负极移动B.负极反应式:2H++2e-══H2↑C.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:A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,A项正确。铁作负极:Fe-2e-══Fe2+,正极反应式为2H++2e-══H2↑,B项错误。左烧杯中溶液的pH基本不变,右烧杯中消耗H+,c(H+)减小,pH增大,C项错误。总电极反应式为Fe+2H+══Fe2++H2↑,铁作负极,发生氧化反应,D项错误。3.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()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C解析:Cu作正极,电极上发生还原反应,A项错误;电池工作过程中,不参与电极反应,故甲池中的c()基本不变,B项错误;电池工作时,甲池反应为Zn-2e-══Zn2+,乙池反应为Cu2++2e-══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,C项正确;由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜,D项错误。4.如图所示,甲和乙均是双液原电池装置。

下列说法不正确的是(

)。A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq)══Co(s)+Cd2+(aq)B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq)══Cd(s)+2Ag+