1.2.1 原电池工作原理学案2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第二单元化学能与电能的转化第一课时原电池工作原理【课程标准要求】1.能分析和理解原电池的工作原理，会判断原电池的正极和负极及书写其电极反应式。2.能设计具有一定功能的简单原电池。原电池工作原理1.原电池是将化学能转变为电能的装置。2.铜锌单液原电池工作原理装置电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu反应类型氧化反应还原反应电子流向由负极沿导线流向正极离子移向电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极3.铜锌双液原电池工作原理(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，实现化学能转化为热能。(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Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=Cu电池反应Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu【微自测】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)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极()(4)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()答案(1)×(2)×(3)√(4)√一、原电池工作原理探析用Zn片、铜片、CuSO4溶液、ZnSO4溶液及装有KCl饱和溶液的盐桥组成下面甲、乙、丙三套装置，观察到甲装置中溶液温度升高，乙、丙装置中的电流计的指针均发生了偏转。(1)装置甲、乙、丙中能量转化的方式是怎样的？提示装置甲：化学能转化为热能；装置乙、丙：化学能转化为电能。(2)装置丙中电子在导线中的移动方向是怎样的？盐桥中的K＋、Cl－的移动方向是怎样的？提示电子的移动方向是Zn(负极)→电流表→Cu(正极)，盐桥中的Cl－移向负极，K＋移向正极。(3)装置丙中，盐桥的作用是什么？装置丙中取出盐桥，电流表的指针如何变化？提示①形成闭合回路；②保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生。取出盐桥，丙装置中电流表的指针不再发生偏转。1.原电池原理归纳(1)原理图示(2)电极名称与反应类型正极→还原反应；负极→氧化反应。(3)电子流向：负极→正极。(4)电流方向：正极→负极。(5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。2.双液原电池装置中盐桥的作用盐桥在原电池中起导电作用，使整个装置形成闭合回路，盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使两电解质溶液均保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流。3.原电池中正、负极的判断判断依据负极正极电极材料活动性较强的金属活动性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中阴、阳离子定向移动的方向阴离子移向的电极阳离子移向的电极电流方向电流流入极电流流出极两极发生的变化失电子，发生氧化反应得电子，发生还原反应反应现象电极溶解电极质量增加或有气泡产生电势高低电势较低电势较高1.对于原电池的电极名称，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解析原电池中一般是相对活泼的金属为负极，相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极。2.锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A.正极反应为Zn－2e－=Zn2＋B.电池反应为Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋CuC.在外电路中，电流从负极流向正极D.盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液答案B解析Zn为活泼金属，作负极，故Zn－2e－=Zn2＋是负极反应式，A项错误；电池反应为Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，B项正确；在外电路中，电流从正极流向负极，电子从负极流向正极，C项错误；根据溶液电荷守恒，盐桥中的K＋移向消耗Cu2＋的CuSO4溶液中，D项错误。3.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，故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，故B项错误；锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，故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，故D项正确。二、原电池原理的应用1.比较金属活动性强弱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快。例如，实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。3.设计原电池(1)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。(2)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。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子，且两烧杯之间用盐桥连接。(3)设计示例设计思路应用示例①以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2②将已知氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：Cu－2e－=Cu2＋还原反应(正极)：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋③以两极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液负极：铜和CuCl2溶液正极：石墨(或铂)和FeCl3溶液④画出原电池装置示意图4.10mL1mol·L－1硫酸溶液与过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是()A.加入适量的3mol·L－1硫酸溶液B.加入适量的蒸馏水C.加入数滴硫酸铜溶液D.加入适量的硫酸钠溶液答案C解析加入适量的3mol·L－1的硫酸，增大了氢离子的浓度，反应速率加快，但也增大了氢离子的物质的量，生成氢气总量增加，故A错误；加入适量蒸馏水，氢离子的浓度减小，不改变氢离子的物质的量，化学反应速率减小，故B错误；加入数滴硫酸铜溶液，Zn足量，构成铜锌原电池，加快反应速率，且没有改变氢离子的物质的量，不影响生成的氢气的总量，故C正确；加入适量的硫酸钠溶液，氢离子的浓度减小，不改变氢离子的物质的量，化学反应速率减小，故D错误。5.a、b、c、d为金属电极，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()A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c答案C解析装置一中a极质量减小，b极质量增加，可断定a作负极，说明活动性a＞b；装置二中b上有气体产生，c无变化，说明活动性b＞c；装置三中d极溶解，c极有气体产生，说明活动性d＞c；装置四中电流从a极流向d极，则a极为正极，说明活动性d＞a。由此可得d＞a＞b＞c，故C正确。6.某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是()ABCD电极材料Cu、CCu、AgCu、ZnFe、Zn电解质溶液Fe(NO3)3FeSO4FeCl3CuSO4答案A解析根据原电池的总反应可知，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液应含有Fe3＋，另一个电极应为不如Cu活泼的导电物质，A项正确；电解质溶液中不含Fe3＋，B项错误；Zn比铜活泼，锌作负极，C项错误；发生的电池总反应是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，D项错误。1.下列装置中，能构成原电池的是()答案D2.某电池的总反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，能实现该反应的原电池是()选项正极负极电解质溶液ACuFeFeCl3溶液BCFeFe(NO3)2溶液CFeZnFe2(SO4)3溶液DAgFeCuSO4溶液答案A解析能实现反应Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋的原电池应符合以下条件：①负极为Fe，正极材料的活泼性比Fe差；②电解质溶液应为含Fe3＋的溶液，B、D两项电解质溶液选错；C项负极材料选错。3.X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W→Z；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是()A.X>Z>W>Y B.Z>X>Y>WC.X>Y>Z>W D.Y>W>Z>X答案A解析在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极，阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。因此，X、Y相连时，X为负极，则活动性X>Y；Z、W相连时，电流方向是W→Z，则活动性Z>W；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活动性X>Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活动性W>Y。综上所述，可以得出金属的活动性顺序：X>Z>W>Y。故正确答案为A。4.铜锌原电池装置如图所示，下列说法不正确的是()A.电子从锌片流向铜片B.盐桥中K＋向负极移动C.锌电极上发生的反应：Zn－2e－=Zn2＋D.该装置实现了氧化反应和还原反应分开进行答案B解析由于Zn的金属性比Cu强，所以Zn作负极，Cu作正极，电子从负极(锌片)流向正极(铜片)，A项正确；在正极，Cu2＋＋2e－=Cu，正极区溶液中阳离子减少，所以盐桥中K＋向正极移动，B项错误；锌电极为负极，Zn失电子生成Zn2＋，发生的反应为：Zn－2e－=Zn2＋，C项正确；负极Zn失电子发生氧化反应，正极Cu2＋得电子发生还原反应，实现了氧化反应和还原反应分开进行，D项正确。5.现有A、B、C、D和Cu五种金属片，将其分别用导线连接后浸入稀硫酸中(如图)，每次实验时，通过灵敏电流计测出电子流动方向如下：实验分组所用金属电子流向①A、CuA→Cu②C、DD→C③A、CC→A④B、CuCu→B⑤…………根据上述情况，回答下列问题：(1)上述五种金属的活动性顺序是________。(2)在①中，Cu片上观察到的现象是：_____________________________________________________________。(3)在②中，溶液中H＋向金属片________移动；(4)如果实验⑤用B、D，则导线中电流方向为：________(填“B→D”或“D→B”)。(5)已知反应：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，请用下列试剂和材料，用上图所示装置，将此反应设计成原电池试剂：CuCl2溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液。材料：Cu片、Fe片、石墨棒。设计电池应选用的试剂和材料是：_______________________________________________________________。答案(1)D＞C＞A＞Cu＞B(2)有无色气泡生成(3)C(4)B→D(5)FeCl3溶液、Cu片、石墨棒