2024-2025学年高二化学选择性必修1（配苏教版）教学课件 专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理

专题1第二单元第1课时原电池的工作原理基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

素养目标1.能认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。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,会书写电极反应式。2.能设计简单的原电池,促进证据推理与模型认知的核心素养的发展。基础落实·必备知识全过关一、原电池的工作原理1.原电池(1)定义:将

转化为

的装置。

(2)构成条件:①两个

不同的电极(材料可以是

或导电的非金属)。

石墨②

溶液。

③形成

回路(或两极直接接触)。

④能自发地发生氧化还原反应。化学能电能活泼性金属电解质闭合2.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

反应,该反应在物质变化的同时,实现

转化为

。

(2)铜锌原电池的工作原理:装置图

放热化学能热能电极ZnCu反应现象逐渐溶解铜片上有

物质析出电极名称

极

极

得失电子

电子

电子

电子流向电子

电子

反应类型

反应

反应

电极反应式Zn-2e-══Zn2+Cu2++2e-══Cu电池总反应式Zn+Cu2+══Zn2++Cu红色负正失得流出流入氧化还原3.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

溶液(负极区),K+移向

溶液(正极区)。

(3)盐桥的作用:①使两个半电池形成通路,并保持两溶液的电中性。②避免电极与电解质溶液反应,最大程度地将化学能转化为电能。ZnSO4

CuSO4教材阅读想一想阅读教材“原电池的工作原理”中的第1个“实验探究”思考:可以将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨吗?为什么?提示

可以;因为Cu在该原电池中起到传递电子的作用,其本身并未参与电极反应,所以可以把Cu电极换成能导电的石墨。易错辨析判一判(1)原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应。(

)(2)原电池中的盐桥是为了连通电路,也可用金属导线代替。(

)(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。(

)×提示

电子流出的一极为负极。

×提示

离子不能在导线中移动,电子不能在溶液中移动。

√√二、原电池原理的应用1.比较金属活动性强弱对于酸性电解质,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,粗锌与稀硫酸反应速率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

移动。

氧化还原还原氧化定向教材阅读想一想阅读教材“原电池的工作原理”中的第2个“实验探究”思考:将氧化还原反应Fe+Cu2+══Fe2++Cu设计成原电池,画出原电池装置图,并标出电极材料及电解质溶液(要求:画出两个原电池装置,一个不带盐桥,另一个带有盐桥)。提示

易错辨析判一判(1)Mg-Al形成的原电池,Mg一定作为负极。(

)(2)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。(

)(3)CaO+H2O══Ca(OH)2是放热反应,可设计成原电池。(

)×提示

当电解质溶液为NaOH溶液时,Al作为负极。

√提示

该反应不是氧化还原反应,不能设计成原电池。

×重难探究·能力素养全提升探究一原电池工作原理情境探究市售“热敷贴”的主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。它在使用之前与空气隔绝,使用时开启塑料袋上的小孔,轻轻揉搓就会有热量放出,使用完后还会发现有铁锈生成。(1)“热敷贴”中氯化钠起到什么作用?炭粉的主要作用是什么?(2)原电池中的两极是如何规定的?分别发生什么反应?提示

氯化钠溶于水形成电解质溶液。炭粉作原电池的正极材料,与铁、氯化钠溶液构成原电池,从而加速铁的氧化。提示

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。(3)原电池中电子的流向如何?电子能否通过电解质溶液?(4)在带有盐桥的原电池中,盐桥中的阴、阳离子如何移动?(5)试写出“热敷贴”中正、负极的电极反应式。并归纳原电池的电极反应式的书写思路。提示

在原电池中,电子由负极沿导线流向正极,电子不能通过电解质溶液。

提示

盐桥中的阴离子向着原电池的负极移动,阳离子向着正极移动。

提示

负极:Fe-2e-══Fe2+;正极:O2+4e-+2H2O══4OH-。书写思路:先判断原电池的正、负极,即找出氧化剂和还原剂,再结合电解质溶液的酸碱性确定还原产物和氧化产物,然后根据电荷守恒、原子守恒等书写并配平电极反应式。方法突破1.原电池正、负极的判断

2.原电池的电极材料“两注意”(1)注意电解质溶液对电极类型的影响一般较活泼金属作负极,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;但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极。(2)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。3.原电池中阴、阳离子及电子的移动方向(1)外电路:电子由负极流向正极,与电流方向相反。(2)内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极。具体情况如图示:应用体验视角1原电池的原理1.某兴趣小组同学利用氧化还原反应:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4══2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池,盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是(

)A.b电极上发生还原反应B.外电路电子的流向是从a到bC.电池工作时,盐桥中的

移向甲烧杯D.a电极上发生的反应为+8H++5e-══Mn2++4H2OD解析

根据化学方程式和图示判断,b电极上是FeSO4发生氧化反应,为负极,A项错误;b为负极,a为正极,电子从b流向a,B项错误;盐桥中的

移向乙烧杯,C项错误;a极上发生还原反应,Mn元素的化合价降低,电极反应式为

+8H++5e-══Mn2++4H2O,D项正确。2.(2024辽宁沈阳检测)将如图所示实验装置的K闭合(已知:盐桥中装有琼脂凝胶,内含KCl),下列判断正确的是(

)A.Cu电极上发生还原反应B.电子沿Zn→K→Cu→盐桥路径移动C.片刻后甲池中c()增大D.盐桥中的K+移向甲烧杯A解析

K闭合,该装置形成原电池,由于Zn比Cu活泼,则Zn电极作负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn-2e-══Zn2+;Cu电极作正极,发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-══Cu,A正确;电子的移动路径:Zn→K→Cu,电子不能通过电解质溶液,B错误;Zn是负极,盐桥中Cl-向甲池移动,一段时间后,甲池中c(Cl-)增大,c()不变,C、D均错误。视角2原电池的判断及电极反应式的书写3.某小组为研究原电池原理,设计如图装置。下列叙述正确的是(

)A.若X为Fe,Y为Cu,铁为正极B.若X为Fe,Y为Cu,在外电路电子由铜片流向铁片C.若X为Fe,Y为C,碳棒上有红色固体析出D.若X为Cu,Y为Zn,锌片发生还原反应C解析

Fe比Cu活泼,Fe作负极,故A错误;Fe作负极,在外电路电子从Fe流向Cu,故B错误;若X为Fe,Y为C,电解质溶液为硫酸铜溶液,则正极C上析出Cu,故C正确;Zn比Cu活泼,Zn作负极发生氧化反应,故D错误。4.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是(

)A.正极反应式为Zn-2e-══Zn2+B.电池总反应为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;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;盐桥中的K+移向消耗Cu2+的CuSO4溶液,D项错误。5.锌铜原电池装置如图所示。下列说法正确的是(

)A.铜电极作正极,发生氧化反应B.工作时,电流从锌片流向铜片C.锌电极上发生的反应:Zn-2e-══Zn2+D.若锌电极质量减轻6.5g,则盐桥中有0.1molK+移向CuSO4溶液C解析

该装置为原电池装置,Cu电极作正极,发生还原反应,A错误;Cu电极作正极,Zn电极作负极,则电流由铜片流向锌片,B错误;Zn电极作负极,发生的电极反应为Zn-2e-══Zn2+,C正确;若锌电极质量减轻6.5

g,说明溶解了0.1

mol

Zn,电路中通过0.2

mol

电子,据得失电子守恒可知,右侧CuSO4溶液中有0.1

mol

Cu2+被还原,为维持溶液呈电中性,盐桥中有0.2

mol

K+移向CuSO4溶液,D错误。探究二原电池原理的应用情境探究格林太太是位漂亮、开朗、乐观的妇女,当她开怀大笑的时候,人们可以发现她一口整齐洁白的牙齿中镶有两颗假牙:一颗是黄金的——这是她富有的标志;另一颗是不锈钢的——这是一次车祸后留下的痕迹。令人百思不解的是,自从车祸以后,格林太太经常头痛、夜间失眠、心情烦躁……医生绞尽了脑汁,格林太太的病情仍未好转……(1)请你根据所学知识帮格林太太诊断一下。提示

牙齿中形成原电池,产生电流导致头痛,其中铁为负极,金为正极。

(2)锌片与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快,试分析其原因。提示

Zn与CuSO4反应生成的Cu覆盖在锌片表面,Zn、Cu、稀硫酸构成原电池,加快反应速率。方法突破设计原电池

设计思路实例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3+Cu══2FeCl2+CuCl2把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应氧化反应(负极):Cu-2e-══Cu2+还原反应(正极):2Fe3++2e-══2Fe2+以两极反应为原理,确定电极材料及电解质溶液负极铜和CuCl2溶液正极碳(或铂)和FeCl3溶液设计思路实例画出示意图

应用体验视角1原电池的构成1.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+══Zn2++Cu,该反应的原电池的正确组成是(

)选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2溶液BCuZnH2SO4溶液CCuZnCuSO4溶液DMgZnCuCl2溶液C解析

根据Zn+Cu2+══Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-══Zn2+,是电池负极;正极反应为Cu2++2e-══Cu,故正极材料可以是石墨或Cu等活动性弱于Zn的金属,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液,C符合。归纳总结

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:电解质溶液为正极提供放电的物质,一般能够与负极材料发生氧化还原反应。(4)形成闭合回路。2.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,正极材料的活动性比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。视角2原电池原理的应用3.环保部门使用的SO2传感器工作原理如图所示,该装置可监测大气中SO2的含量。下列判断正确的是(

)A.该装置的Pt电极为负极B.电流是从V2O5电极流向Pt电极C.V2O5电极反应式为SO2-2e-+O2-══SO3D.该传感器可监测真空装置中的SO2C解析

通入氧气的一极为正极,通入二氧化硫的一极为负极,原电池中阴离子移向负极,在V2O5电极上,SO2失电子发生氧化反应生成SO3。O2在Pt电极上得电子生成O2-,故Pt电极为正极,A项错误;电流应该由正极流向负极,B项错误;V2O5电极上SO2失电子生成SO3,C项正确;该传感器Pt电极上需O2参与反应,故真空中无法使用,D项错误。4.由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验,观察到的现象分别为装置甲中A不断溶解,装置乙中C的质量增加,装置丙中A上有气体产生。下列叙述正确的是(

)A.装置甲中的B金属是原电池的负极B.装置乙中电流的流向为B→CC.装置丙中溶液里的

移向AD.四种金属的活动性顺序是D>A>B>CD解析

装置甲中,A金属不断