学年苏教版选修4专题第单元化学能与电能的转化（张）

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核心素养发展目标HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO1.宏观辨识与微观探析：以铜锌原电池为例，从宏观和微观的角度分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。新知导学启迪思维探究规律达标检测检测评价达标过关内容索引NEIRONGSUOYIN01新知导学1.原电池的构造与工作原理一、原电池的工作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①锌片逐渐

，铜片逐渐

，硫酸铜溶液颜色

；②电流计的指针

，装置中的能量变化是_____

。溶解加厚变亮变浅发生偏转化学能转化为电能(2)电极名称和电极反应①锌电极为

极，发生

反应，电极反应式是Zn－2e－===Zn2＋；②铜电极为

极，发生

反应，电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu；③电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(3)电子流动方向和电流方向①外电路：电子由

电极经过导线流向

电极，电流由

电极经导线流向___电极；②内电路：阳离子移向

，阴离子移向

。负氧化正还原锌铜铜锌铜电极(正极)锌电极(负极)(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

。活动性电解质溶液或熔融电解质AD归纳总结(1)原电池原理是将氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。(2)原电池工作原理示意图例1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)原电池中负极发生的反应是还原反应(

)(4)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极()(5)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极()(6)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()××××√√思维启迪——原电池正极和负极的判断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相关链接(1)在原电池中，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。如果给出电池总反应，可以直接根据元素化合价的升降来判断。(2)在判断原电池正、负极时，不要只考虑金属活泼性的相对强弱，还要考虑其能否与电解质溶液发生氧化还原反应。①镁、铝和稀盐酸构成的原电池中，镁作负极，铝作正极；若把稀盐酸换为氢氧化钠溶液，则铝作负极，镁作正极。②铝、铜和氢氧化钠溶液构成的原电池中，铝作负极；若把氢氧化钠溶液换为浓硝酸，则铜作负极。2.盐桥原电池(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：①锌片逐渐

，铜片逐渐

；②电流计指针

；③硫酸铜溶液的颜色

。(2)离子移动方向①硫酸锌溶液中：

向盐桥移动；②硫酸铜溶液中：

向铜极移动；③盐桥中：K＋移向

区(CuSO4溶液)，Cl－移向

区(ZnSO4溶液)。溶解加厚变亮发生偏转变浅Zn2＋Cu2＋正极负极(3)若取出装置中的盐桥，电流计的指针是否还会发生偏转？

，原因是

。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原电池中盐桥的作用(1)构成闭合回路，形成原电池。(2)避免电极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)盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使电解质溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。(1)简单铜锌原电池与盐桥原电池的比较相关链接实验装置实验步骤将铜片和锌片用导线连接，并在中间串联一个电流计；平行插入盛有1mol·L－1CuSO4溶液的烧杯中，观察现象①用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流计，观察现象；②取出盐桥，观察现象实验现象电流计指针偏转①电流计的指针发生偏转；②取出盐桥，电流计的指针回到原点电极变化锌片逐渐溶解，铜片上有红色固体析出①左边烧杯中的锌片逐渐溶解，右边烧杯中的铜片上有红色固体析出；②取出盐桥，铜片上不再有固体析出，锌片也不再溶解电极反应铜片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)锌片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)电池总反应：Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋(2)原电池原理中的注意事项①只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能。②电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。③原电池中电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。④原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。例2关于下图所示的原电池，下列说法正确的是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2H＋＋2e－===H2↑D.取出盐桥后，电流计指针仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变√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Cu2＋＋2e－===Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，电流计指针不偏转，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。例3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：①正极反应式是

；②负极反应式是

；③原电池总反应的离子方程式是

。2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(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：①负极反应式是

；②正极反应式是

；③总反应方程式是

。2Al－6e－===2Al3＋3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑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：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：2Al－6e－===2Al3＋，正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中都能水解且相互促进：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3＋3H2S↑，有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。原电池的总反应为上述三个反应式的加合：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑。方法点拨——一般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。例4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2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O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_______

。2Cu－4e－===2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O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：2Cu－4e－===2Cu2＋；氧化剂在正极上发生还原反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。(2)某原电池总反应为

＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是

；正极反应式是

。3H2－6e－＋6OH－===6H2O＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－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：3H2－6e－＋6OH－===6H2O；氧化剂在正极上发生还原反应：

＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－。方法点拨——已知总反应式，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。1.比较金属活动性强弱二、原电池原理的应用对于酸性电解质，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a

b。2.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的反应速率

。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(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上失去电子，

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

。(3)外电路中的电子是从

极流向

极。例5依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。铜硝酸银溶液2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋负(或铜)正(或银)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：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。(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？

。银铂、石墨不需要原电池的设计方法——“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氧化还原反应。(4)形成闭合回路。方法点拨根据原电池原理设计原电池(1)原电池的设计原理①用还原性较强的物质作负极，向外电路提供电子。②用氧化性较强的物质作正极，从外电路中得到电子。③原电池内部,两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。(2)原电池的设计思路首先以自发进行的氧化还原反应为基础来设计原电池，把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应；其次，以两电极反应原理为依据，确定电极材料和电解质溶液；最后，用导线连接构成闭合回路。相关链接(3)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。两电极材料的选择包括以下几种情况：①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池中，锌作负极，铜作正极。②金属和非金属。如锌锰干电池中，锌作负极，石墨作正极。③金属和化合物。如铅蓄电池中，铅板作负极，二氧化铅作正极。④均为惰性电极。如氢氧燃料电池中，正负极均为Pt电极。注意两个电极必须均能导电。(4)确定电解质溶液一般来说，电解质溶液中的阳离子要在正极发生还原反应，而电解质溶液中的阴离子一般不参与反应，可根据实际情况确定电解质溶液。若设计的原电池中含有盐桥，需保证每个半电池中电极与电解质溶液均不能发生反应。说明设计原电池时，若氧化还原反应中无明显的电解质溶液，可用水，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。解析原电池中，活泼金属作负极，失去电子。a、b相连时a为负极，a＞b；c、d相连时，c为负极，c＞d；a、c相连时，c为正极，a＞c；b、d相连时，b为正极，d＞b。由此可得金属活动性：a＞c＞d＞b。例6

(2018·铜仁一中期中)把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡。b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为A.a＞b＞c＞d B.a＞c＞d＞bC.c＞a＞b＞d D.b＞d＞c＞a√学习小结XUEXIXIAOJIE02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。123452.(2018·福建四地六校高二月考)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：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√12345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：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2H＋＋2e－===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；总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，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，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。1234