第一节 第1课时　原电池的工作原理 教学课件

第1课时原电池的工作原理第四章

第一节课程标准1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。知识点一原电池的工作原理随堂演练知识点二原电池原理的应用课时精练内容索引索引知识点一原电池的工作原理1．原电池的构成条件(1)定义：能把

转化为

的装置。(2)构成条件新知导学化学能电能活泼性不同电解质闭合2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)装置示意图注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶现象锌片

，铜片上

，电流表指针发生_________能量转换

转化为_________微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的

失去电子形成

进入溶液在硫酸铜溶液中，正极一端的

获得电子变成

沉积在铜片上电子或离子移动方向电子由

极流向

极盐桥中的

移向ZnSO4溶液，

移向CuSO4溶液

工作原理负极：Zn－2e－===Zn2＋(

反应)正极：Cu2＋＋2e－===Cu(

反应)总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu逐渐溶解有红色物质生成偏转化学能电能ZnZn2＋Cu2＋Cu负正Cl－K＋氧化还原1．原电池中，负极金属材料失电子，发生氧化反应(

)2．双液原电池中，盐桥中阳离子向负极移动，阴离子向正极移动(

)3．锌铜原电池中，电子由锌电极经导线流向铜电极，再经电解质溶液流回锌电极(

)4．原电池工作时，电流方向由电源的负极流向正极(

)微自测

判断正误√×××结合下图中“双液”锌铜原电池装置，交流讨论下列问题。交流研讨1.金属锌、铜的活泼性与电池的正、负极有什么关系？提示：金属锌比铜活泼，形成原电池时，锌作负极，铜作正极。2．锌铜原电池工作时，锌片、铜片分别发生怎样的变化？提示：Zn失去电子变成Zn2＋进入溶液，锌片逐渐溶解；Cu2＋得到电子变成Cu沉积在铜片上。3．锌铜原电池工作时，电子在导线中的运动方向是怎样的？阴离子和阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？提示：电子由锌片经导线流向铜片，在电解质溶液中，阴离子向负极(锌片)移动，阳离子向正极(铜片)移动。4．盐桥的作用是什么？盐桥中阴、阳离子的运动方向是怎样的？提示：盐桥的作用是连接内电路，形成闭合回路，平衡电荷，使原电池不断产生电流；盐桥中阴离子(Cl－)向负极移动，阳离子(K＋)向正极移动。1.盐桥作用：离子通道，形成闭合回路；避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减。2．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。归纳总结1.某原电池装置如图所示。下列有关叙述正确的是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，发生氧化反应实践应用√2．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√索引索引知识点二原电池原理的应用1．加快某些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。2．比较金属活动性强弱新知导学3．设计原电池理论上，一个自发的氧化还原反应可以设计成原电池，关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)基本方法以氧化还原反应为基础，确定原电池的正负极、电解质溶液以及电极反应。其方法是还原剂作负极，比负极不活泼的金属或非金属导体作正极，氧化剂的溶液作电解质溶液。(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，或者电解

质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液要选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液。如双液锌铜原电池中，负极金属锌浸在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸在含有Cu2＋的电解质溶液中。(3)电极材料的选择原电池的电极必须能导电。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动。(4)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：铜电解质溶液：CuCl2溶液正极：石墨(或铂)电解质溶液：FeCl3溶液④画出原电池装置示意图1．只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池(

)2．将Mg和Al用导线连接放入NaOH溶液中，Al不断溶解，说明活泼性：Mg＜Al(

)3．足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c(SO)增大(

)4．增大电解质溶液的浓度，一定能加快原电池的反应速率(

)微自测

判断正误××××回忆所学的原电池的工作原理，结合下列实际问题，进行交流讨论。1．利用锌粉与稀硫酸制取H2，滴加少量CuSO4溶液，可加快反应速率，其原理是什么？提示：滴加少量CuSO4溶液，Zn与CuSO4发生置换反应生成Cu，形成原电池，加快反应速率。2．利用原电池原理，设计实验比较金属Mg和Cu的活泼性。提示：将镁片和铜片用导线连接，插入稀硫酸中，观察到镁片溶解，铜片上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活泼性：Mg>Cu。交流研讨3．根据反应：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋设计原电池，确定正极、负极和电解质溶液，写出正极、负极的电极反应式。提示：负极：Cu，正极：Pt、石墨等；电解质溶液：AgNO3溶液。负极反应：Cu－2e－===Cu2＋；正极反应：2Ag＋＋2e－===2Ag。归纳总结设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择1．电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则烧杯中的电解质溶液应有与电极材料相同元素的阳离子。2．电池的电极材料必须能导电。1．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应A．A＞C＞D＞B B．A＞B＞C＞DC．C＞A＞B＞D D．B＞D＞C＞A实践应用√2．某实验兴趣小组以Zn和Cu为电极，稀硫酸为电解质溶液研究原电池，并对实验进行了拓展，以下实验记录错误的是A．铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解B．电子在溶液中从Cu电极流向Zn电极C．把铜片换成石墨，实验现象相同D．把稀硫酸换成硫酸铜溶液，电流计指针依然偏转√索引索引随堂演练1．3.25g锌与100mL1mol·L－1的稀硫酸反应，为了加快反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是A．滴加几滴浓盐酸B．滴加几滴浓硝酸C．滴加几滴硫酸铜溶液D．加入少量锌粒√A.3.25gZn的物质的量n(Zn)＝

＝0.05mol，100mL1mol·L－1的稀硫酸中溶质的物质的量n(H2SO4)＝1mol/L×0.1L＝0.1mol，根据方程式Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑可知：二者反应的物质的量的比是1∶1，故硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增加了溶液中c(H＋)，反应速率加快，A符合题意；B.硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B不符合题意；C.Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及硫酸构成原电池，使反应速率加快，但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C不符合题意；D.加入少量的Zn，由于Zn是固体，浓度不变，因此反应速率不变，但由于不足量的Zn的量增加，以Zn为标准反应产生的H2的量增多，D不符合题意；故合理选项是A。2．下列关于如图装置(该盐桥为含KNO3的琼脂)的说法正确的是A．银电极是负极B．铜电极上发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋C．外电路中的电子是从银电极流向铜电极D．盐桥中K＋移向CuSO4溶液√该装置为有盐桥的原电池，在原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，铜比银活泼，铜是负极，银是正极，据此分析解答。A.铜电极是负极，故A错误；B.铜电极是负极，发生的反应为Cu－2e－===Cu2＋，故B正确；C.铜是负极，银是正极，外电路中的电子是从铜电极流向银电极，故C错误；D.原电池中，阴离子移向负极，则盐桥中的阴离子会进入硫酸铜溶液，故D错误；故选B。3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断错误的是A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极B．反应开始时，乙中的石墨电极上I－发生氧化反应C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极√根据2Fe3＋＋2I－

2Fe2＋＋I2可知，甲中为FeCl3溶液，石墨上Fe3＋得电子发生还原反应为正极，即2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，乙中是KI溶液，石墨上I－失电子发生氧化反应为负极，即2I－－2e－===I2，当反应达到平衡状态时没有电流产生，据此分析解答。A.由上述分析可知，反应开始时，甲中的石墨上Fe3＋得电子发生还原反应为正极，即2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，故A正确；B.由上述分析可知，反应开始时，乙中的石墨上I－失电子发生氧化反应为负极，即2I－－2e－===I2，故B正确；C.电流计读数为零时，没有电流产生，则反应达到化学平衡状态，但反应还在进行，没有停止，故C正确；D.电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，平衡逆向移动，则乙中石墨电极上碘得电子发生还原反应，即I2＋2e－===2I－，为正极，故D错误；答案为D。4．回答下列问题：请你将反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成原电池，并回答下列问题：(1)该电池的正极材料可以是_____，也可选用___________等代替。由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu失电子发生氧化反应作负极、不如Cu活泼的金属或导电的非金属作正极，FeCl3溶液为电解质溶液，则该电池的正极材料可以是Ag，也可选用石墨(C)或Pt。Ag石墨(C)或Pt(2)画出你所设计的双液原电池的装置图，并标注出电极材料和电解质溶液。由Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2可知，Cu作负极，C棒作正极，电解质溶液为FeCl3溶液和CuSO4溶液，用盐桥相连接成闭合回路，双液原电池的装置图为

。(3)写出电极反应式：负极__________________，正极_________________。由装置图可知，该原电池中，负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极的电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋。Cu－2e－===Cu2＋Fe3＋＋e－===Fe2＋(4)该电池负极材料质量减重3.2g，则电路中通过的电子的数目为___________________。该电池负极材料质量减重3.2g，则反应的Cu的物质的量为n(Cu)＝＝0.05mol，由负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋可知，电路中通过的电子的数目为0.05×2×NA＝0.1NA或0.05×2×6.02×1023＝6.02×1022。0.1NA(或6.02×1022)索引索引课时精练题组一原电池的构成及工作原理1.

(2022·西安高二期末)由U形管、质量为mg的铁棒、质量为mg的碳棒和1L0.2mol·L－1CuCl2溶液组成的装置如图所示，下列说法正确的是A．闭合K，电子通过电解质溶液移到碳棒上B．闭合K，铁棒上有紫红色固体析出C．闭合K，当电路中有0.3NA个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为18gD．闭合K，铁棒表面发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu基础达标√该装置为原电池，铁棒作原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。A.闭合K，电子由铁棒通过导线移到碳棒上，故A错误；B.由分析可知，闭合K，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，碳棒上有紫红色固体析出，故B错误；C.闭合K，当电路中有0.3NA个电子通过时，负极上减少的质量为

＝8.4g，正极上增加的质量为

＝9.6g，则理论上碳棒与铁棒的质量差为8.4g＋9.6g＝18g，故C正确；D.由分析可知，闭合K，铁棒作原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D错误；故选C。2．有关电化学知识的描述正确的是A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼胶C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池√CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3发生反应生成AgCl沉淀，会阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。3．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时说法正确的是A．负极上发生还原反应

B．CO2在正极上得电子C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能√根据题干信息可知，放电时总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。放电时负极上的Na失去电子发生氧化反应生成Na＋，故A错误；放电时正极上的CO2得到电子生成C，故B正确；放电时阳离子移向正极，故C错误；放电时该装置为原电池，将化学能转化为电能，故D错误。4．图甲和图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＋(aq)能够发生C．盐桥的作用是形成闭合回路，并使两边溶液保持电中性D．乙中有1mol电子通过外电路时，正极有108gAg析出√由题图甲可知Cd的活动性强于Co，由题图乙可知Co的活动性强于Ag，即Cd的活动性强于Ag，故Ag不能置换出Cd，B项错误。题组二原电池电极的判断和电极反应式的书写5.

(2022·泰安宁阳一中高二月考)如图所示的原电池工作时，右池中Y2O转化为Y3＋，下列叙述正确的是A．左池中阴离子数目增加B．每消耗1molY2O，转移3mol电子C．正极的电极反应为2Y3＋＋7H2O－6e－===Y2O＋14H＋D．左池中石墨电极上发生的电极反应为X4＋＋2e－===X2＋√已知原电池工作时右池中Y2O转化为Y3＋，则右池发生还原反应，右池中的石墨作正极，左池中的石墨作负极，发生氧化反应。左池中石墨电极上发生的电极反应为X2＋－2e－===X4＋，正电荷数增加，要保持溶液呈电中性，盐桥中的阴离子移向左池，则左池中阴离子数目增加，A项正确、D项错误；正极的电极反应为Y2O＋14H＋＋6e－===2Y3＋＋7H2O，每消耗1molY2O，转移6mol电子，B、C项错误。6.一个原电池的总反应方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池可能为√选项ABCD正极CuAlZnFe负极ZnZnCuZn电解质溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2由总反应式可知，Zn被氧化，失去电子，Zn应为负极；Cu2＋被还原，得电子，即电解质溶液应含Cu2＋，由此排除选项A、C，而且正极金属应比Zn活动性弱，可排除B选项。7．原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是A．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋B．由金属Al、Cu和稀硫酸组成的原电池，负极反应式为Al－3e－===Al3＋C．由Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2OD．由金属Al、Cu和浓硝酸组成的原电池，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋√铁比铜活泼，则铁作负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故A错误；铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，故B正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===AlO＋2H2O，故C正确；Al遇浓硝酸钝化，则铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故D正确。题组三原电池工作原理的应用8．a、b两个烧杯中均盛有100mL等浓度的稀H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向a中加入少量CuSO4溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是√H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量，生成的H2的量由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成锌、铜、硫酸原电池，反应速率加快，但两种情况产生H2的体积相等。9.如图所示装置，电流表发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为AgNO3溶液√根据题意可知，在该原电池中，A极逐渐变粗，B极逐渐变细，所以B作负极，A作正极，B的活泼性大于A的活泼性，所以排除A、C选项；A极逐渐变粗，说明有金属析出，B选项中正极H＋放电析出氢气，D选项中正极析出金属Ag，D项正确。10．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，有人设计了如图装置，按要求回答下列问题：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是______________________________________________________________，电池总反应式为_________________________。能力提升锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu该装置为锌铜原电池，总反应式为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，电池工作时，观察到①锌片不断溶解，②铜片上有红色物质析出，③电流表指针发生偏转。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成________，铜和铜盐溶液组成________，中间通过盐桥连接起来。锌半电池铜半电池(3)原电池工作时，硫酸锌溶液中SO向_______________移动，硫酸铜溶液中SO向________移动。电池工作时，ZnSO4溶液中SO向负极或锌电极移动，CuSO4溶液中SO向盐桥移动。锌电极(或负极)盐桥(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过______的定向移动来导电的。原电池工作时，K＋移向____________________。盐桥中，K＋向正极区或CuSO4溶液移动，Cl－向负极区或ZnSO4溶液移动，依靠离子的定向移动形成闭合回路而导电。离子