2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第六章 第一节 第2课时 原电池及工作原理

第2课时原电池及工作原理课标定向目标定位1.能从氧化还原的角度初步认识原电池的工作原理,认识化学能可以转化为电能。(宏观辨识与微观探析)2.能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素。(证据推理与模型认知)3.能用生活中的材料制作简易电池,探究干电池的构成要素。(科学探究与创新意识)厘清重点认识构成原电池的概念和工作原理,判断原电池的正负极突破难点从微观氧化还原角度认识原电池的本质,对简单原电池具备分析能力学习任务一:原电池原理必备知识·导学[引入]生活中处处离不开电,你知道电能的来源吗?电动车电池又是怎样工作的呢?一、火力发电——燃煤发电的能量转化过程二、原电池实验探究【实验6-3】实验装置实验现象实验结论锌片溶解,表面产生气泡,铜片上无气泡锌与稀硫酸反应,铜与稀硫酸不反应锌片溶解,铜片上有气泡锌片参与反应,铜片上产生氢气锌片溶解,铜片上有气泡,电流表指针偏转该装置将化学能转化为电能1.原电池是将化学能转化为电能的装置。2.原电池工作原理(以锌-铜-稀硫酸原电池为例)注意:电子不下水注意:离子不上岸3.原电池构成条件[思考]原电池中可以将电解质溶液换成酒精等非电解质溶液吗?提示:不可以。酒精等非电解质溶液不能产生自由移动的离子,所以不能形成原电池。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)HCl+NaOH===NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。(×)提示:原电池的本质为自发地氧化还原反应。(2)原电池中正极材料一定发生还原反应。(×)提示:原电池中正极一定发生还原反应,但电极一般不反应。(3)在铜-锌-稀硫酸原电池中,电子由锌极通过导线流向铜极,再由铜极通过电解质溶液到达锌极。(×)提示:电子不下水,不能在电解质溶液中移动。(4)原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。(√)提示:离子运动方向为阳正阴负。(5)原电池中负极材料参加反应时,其金属活动性一定比正极强。(×)提示:例如Al-Mg(NaOH溶液),Mg比Al活泼,但是Al作负极,是否作负极主要是正确判断自发进行的氧化还原反应。核心要点·归纳1.原电池装置的判断——四看一看本质:有无自发进行的氧化还原反应发生;二看电极:两极为导体,且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);三看溶液:两极插入电解质溶液中;四看回路:形成闭合回路。2.原电池正、负极的判断微点拨·拓教材双液原电池:由两个半电池组成盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液,琼胶的作用是防止管中溶液流出,又能使K+和Cl-能在琼胶内自由移动。优点:能产生持续、稳定的电流。学力诊断·测评1.如图所示8个装置中,能形成原电池的是()A.①②④B.③④⑤C.①⑥⑧D.④⑥⑦【解析】选D。①②不存在两个电极,不是原电池;③两个电极相同,不是原电池;④满足原电池的构成条件,是原电池;⑤酒精是非电解质,不是原电池;⑥满足原电池的构成条件,是原电池;⑦满足原电池的构成条件,是原电池;⑧未构成闭合回路,不是原电池。2.西红柿中含有矿物盐、有机酸等,某同学利用题图所示装置探究原电池原理。下列说法正确的是()A.Zn电极是该电池的正极B.Cu电极表面产生的气体是H2C.电子经外电路由Cu电极流入Zn电极D.该装置可将电能转化为化学能【解析】选B。Zn比Cu活泼,如图所示装置探究中,Zn作负极,A错误;Cu作正极,H+在正极得到电子生成H2,B正确;Zn作负极,Cu作正极,电子经外电路由Zn电极流入Cu电极,C错误;该装置是原电池,该装置可将化学能转化为电能,D错误。3.(2024·东营高一检测)如图所示,电流计发生偏转,同时A极逐渐变细,B极逐渐变粗,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Zn、C为稀硫酸B.A是Cu、B是Ag、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【解析】选C。A.A是Zn、B是Zn、C为稀硫酸,两个电极相同,不能构成原电池,故不选A;B.A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸,Cu、Ag与稀硫酸均不反应,不能构成原电池,故不选B;C.A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液,Fe的活泼性大于Ag,Fe作负极、Ag作正极,负极:Fe-2e-===Fe2+,负极变细;正极:2Ag++2e-===2Ag,正极变粗,故选C;D.A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液,Fe的活泼性大于Ag,Fe作负极、Ag作正极,该项与题意不符,故不选D。【补偿训练】如图所示是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,记录如下,其中描述合理的是()①Zn为正极,Cu为负极②H+向负极移动③电子流动方向:从Zn经外电路流向Cu④Cu极上有H2产生⑤Zn极上发生氧化反应⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+A.①②③ B.③④⑤C.④⑤⑥ D.②③④【解析】选B。在该原电池中,Zn比Cu活泼,故Zn作负极,发生氧化反应,负极反应式为Zn-2e-===Zn2+,①、⑥错误,⑤正确;Cu作正极,电子由Zn流出经外电路流向铜片,正极反应式为2H++2e-===H2↑,在溶液中H+向正极移动,②错误,③、④正确。学习任务二:原电池正负极的判断及电极反应式书写必备知识·探究某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下。编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向①Al、Mg稀盐酸偏向Al②Al、Cu稀盐酸偏向Cu③Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨④Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg⑤Al、Zn冷浓硝酸偏向Al根据上表中的实验现象回答下列问题:(1)实验①、②中,Al所作的电极是否相同?写出实验①中正极、负极的电极反应式。提示:不同;负极:Mg-2e-===Mg2+,正极:2H++2e-===H2↑。(2)实验③中Al作哪一极?写出Al电极的电极反应式。提示:负极;Al-3e-===Al3+。(3)实验④中的Al作哪一极?试解释原因并写出铝电极的电极反应式。提示:负极;Al与NaOH溶液自发进行氧化还原反应,而Mg与NaOH溶液不反应;Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-。(4)解释实验⑤中电流表指针偏向Al的原因。提示:铝在冷浓硝酸中形成致密氧化物薄膜,Zn在浓硝酸中发生反应,即在浓硝酸中Al作原电池的正极。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素。提示:另一个电极材料的活动性、电解质溶液等。核心要点·归纳电极反应式书写方法——四步法学力诊断·测评1.如图所示为发光二极管连接柠檬电池。下列说法不正确的是()A.该装置的能量转化形式主要为化学能→电能B.电子的流向:Zn→外电路→Cu→柠檬液→ZnC.锌片是负极,质量不断减小D.铜片上的电极反应为2H++2e-===H2↑【解析】选B。该装置的能量转化是化学能转化为电能,A正确;锌为负极,铜为正极,电子从锌流出,经过外电路,流向铜,电子不能通过溶液,B错误;锌为负极,反应生成锌离子,质量不断减小,C正确;铜为正极,溶液中的氢离子得到电子生成氢气,D正确。【补偿训练】如图所示电流计的指针会偏转,M极变粗,N极变细。符合这种现象的是()A.M是铜,N是锌,R是硫酸B.M是锌,N是铜,R是硫酸铜溶液C.M是银,N是锌,R是硝酸银溶液D.M是铁,N是铜,R是硝酸铜溶液【解析】选C。M极变粗,N极变细,说明M极是正极,N极是负极,电解质溶液中的金属离子要在正极上被还原,析出金属单质。M极反应式为2H++2e-===H2↑,无法析出金属单质,故A不符合题意;锌比铜活泼,作负极,M极变细,故B不符合题意;N极是锌,发生的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,锌逐渐溶解,N极变细,M极发生的电极反应式为Ag++e-===Ag,M极变粗,故C符合题意;铁比铜活泼,作负极,发生的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,M极变细,故D不符合题意。2.(2024·淄博高一检测)实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理,下列说法错误的是()A.若将图1装置的Zn、Cu下端接触,Zn片逐渐溶解,Cu片上能看到气泡产生B.图2中H+向Zn片移动C.若将图2中的Zn片改为Mg片,Cu片上产生气泡的速率加快D.图2中Cu电极产生H2,图3中Cu电极产生Cu【解析】选B。Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池,Zn片逐渐溶解,Cu片上可看到有气泡产生,A正确;图2中原电池工作时,Zn作负极,Cu作正极,H+带正电荷,应该向正极Cu片移动,B错误;由于Mg的失电子能力强于Zn,所以将Zn片改为Mg片后,电子转移速率加快,生成H2的速率也加快,C正确;图2中负极消耗Zn,正极产生H2,而图3中负极消耗Zn,正极析出Cu,D正确。[规律]其他条件相同时,电极活泼性差别越大,反应越剧烈。3.写出下列原电池的电极反应和总反应(属于离子反应的,用离子方程式表示)。项目负极正极电解质溶液(1)铁铜稀硫酸(2)铜银AgNO3溶液(3)铜石墨FeCl3溶液(1)负极:Fe-2e-===Fe2+;

正极:2H++2e-===H2↑;

总反应式:Fe+2H+===Fe2++H2↑。

【解析】(1)Fe作负极失2e-,被氧化生成Fe2+,溶液中H+得到电子被还原为H2。(2)负极:Cu-2e-===Cu2+;

正极:2Ag++2e-===2Ag;

总反应式:Cu+2Ag+===Cu2++2Ag。

【解析】(2)Cu作负极失2e-,被氧化生成Cu2+,溶液中的Ag+得到电子被还原为Ag。(3)负极:Cu-2e-===Cu2+;

正极:2Fe3++2e-===2Fe2+;

总反应式:2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。

【解析】(3)Cu作负极失2e-,被氧化生成Cu2+,Fe3+得e-被还原为Fe2+。[易错提醒]书写电极反应的基本规则(1)两极得失电子数目相等。(2)电极反应式常用“===”表示,不用“→”表示。(3)电极反应式中若有气体生成,需加“↑”;而有固体生成时,由于固体附着在电极上,不必加“↓”。(4)书写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒,可在电极反应式一端根据需要添加H+、OH-或H2O。学情检测·素养达标1.下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()A.2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑B.Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑C.Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑D.4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3【解析】选C。A、B、D属于能自发进行的氧化还原反应,均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应,不能设计成原电池。2.(双选)利用下列装置和表中物质(M和N的形状、大小完全一致)组合能产生持续电流,且铝发生氧化反应的是()选项MNPAAlCu稀盐酸BAl石墨浓硫酸CAl镁NaOH溶液DAl铁酒精【解析】选A、C。A.能构成原电池,Al作负极,故选A;B.常温下,Al遇浓硫酸发生钝化,不能产生持续电流,故不选B;C.Al能与NaOH溶液发生氧化还原反应,镁不能与NaOH溶液反应,能形成原电池,持续产生电流且Al作负极,发生氧化反应,故选C;D.酒精是非电解质,不导电,不能构成原电池,不能产生持续电流,故不选D。3.某原电池的总反应是Fe+Cu2+===Fe2++Cu,该原电池的正确组成是()【解析】选C。根据电池反应知,铁失电子发生氧化反应作负极,电解质溶液中应含有铜离子,选择活泼性较弱的铜或石墨(C)等导体作正极,故C项符合题意。4.根据原电池原理,结合装置图,按要求解答问题:(1)若X为Zn,Y为硫酸铜溶液,则X为负极(填电极名称),判断依据:锌的活泼性比铜强(或Zn的还原性