1.2.1化学能与电能的转化（原电池的工作原理）（同步课件）-第二辑：苏教版2019选择性必修1高二化学课件+练习 特供省重点 2021-2022学年高中化学苏教版（2019）选择性必修一课件+练习

第二节

化学能与电能的转化

课时1

原电池的工作原理

第一章

化学反应与能量变化授课人：学习目标1．通过以锌铜原电池为例，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，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2．通过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，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。课程导入原电池的发明史原电池ZnZn2+H+H+Cue-e-e-e-

H2H+H+

H2

稀硫酸正极还原反应2H＋＋2e-===H2↑总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑负极氧化反应Zn-2e-===Zn2＋

化学能转化为电能的装置一、原电池的工作原理3、形成闭合回路4、氧化还原反应能自发进行2、两电极插入电解质溶液中1、两种活泼性不同的金属(或另一种为非金属导体)构成电极原电池一、原电池的工作原理负极氧化反应正极还原反应+-e-外电路电子迁移：负→正内电路离子迁移：阳离子：移向正极阴离子：移向负极角度1电极反应角度2粒子迁移原电池原理示意图一、原电池的工作原理Zn(s)＋Cu2＋(aq)=Zn2＋(aq)＋Cu(s)

化学能

锌和硫酸铜溶液的反应能不能设计成原电池?思考一、原电池的工作原理ΔH=－216.81kJ·mol－1热能Zn+

Cu2+==

Cu

+Zn2+电极反应：负极：Zn-2e-==Zn2+

正极：Cu2++2e-==

Cu总反应：Zn2+Cu2+锌片逐渐溶解，铜片上红色固体质量增加，溶液颜色变浅，电流计指针发生偏转。实验现象：一、原电池的工作原理单液电池观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？相同：铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。不同：锌片表面附着红色固体电流逐渐衰减一、原电池的工作原理两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。为什么没有电流？一、原电池的工作原理思考盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶，K+和Cl-可在其中自由移动。一、原电池的工作原理盐桥盐桥的作用③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。①形成闭合回路。②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性。双液电池的工作原理CuSO4溶液ZnCue-Zn2+Cu2+Cl-K+ZnSO4溶液e-一、原电池的工作原理电子不下水离子不上岸一、原电池的工作原理思考如何判断原电池中的正、负极？多数情况下一、原电池的工作原理例1有关下图装置的说法中正确的是(

)A．电流从铜经过导线流向石墨B．盐桥中的K＋移向石墨电极C．乙池中电极反应式为NO＋4H＋＋e－===NO2↑＋2H2OD．当铜棒质量减少6.4g时，甲池溶液质量增加6.4gB典例解析电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。一般电极反应式的书写方法1、书写电极反应式的原则二、原电池电极反应式书写2、一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得失。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。(2)看环境，配守恒。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。(3)两式加，验总式。二、原电池电极反应式书写将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。3.书写电极反应式的基本类型(1)类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式遵循氧化还原反应离子方程式的配平原则，写出电极反应式。结合电解质判断出还原产物和氧化产物。首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。1234二、原电池电极反应式书写例2(1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________，负极为__________，电极反应式为________________。(2)乙装置中正极为_____，电极反应式为__________________，负极为______，电极反应式为________________________。Al2H＋＋2e－===H2↑MgMg－2e－===Mg2＋

Mg6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－Al2Al－6e－＋8OH－===2AlO2－＋4H2O典例解析(2)类型二题目给出原电池的总反应式若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。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。123二、原电池电极反应式书写例3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_______________________。(2)某原电池总反应为2FeO42－＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是______________________________；正极反应式是__________________________________。2FeO42－＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－2Cu－4e－===2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O3H2－6e－＋6OH－===6H2O典例解析三、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较强，正极金属的活动性较弱。例4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顺序由强到弱的为()A．a>b>c>dB．a>c>d>bC．c>a>b>dD．b>d>c>aB三、原电池原理的应用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5等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系(其他条件相同)，其中正确的是(

)

A

B C

DA三、原电池原理的应用3．设计原电池1理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。2外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化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、阳离子作定向移动。3．设计原电池三、原电池原理的应用两极一液一连线设计思路将电池总反应拆成两个半反应，即原电池的负极反应和正极反应。画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液确定负极材料、正极材料和电解质溶液。3．设计原电池三、原电池原理的应用设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择电池的电极材料必须能导电。①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极。②金属和非金属。如锌作负极，石墨棒作正极。③金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极。④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两电极均可用Pt。电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则电解质溶液应作正极电解液。例6请用FeCl3溶液、CuCl2溶液、盐桥、铜片、石墨棒设计原电池实现电池反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2(负极)：Cu－2e－===Cu2＋(正极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋三、原电池原理的应用课堂小结原电池的工作原理原电池原理的应用不良反应构成盐桥作用正负极判断比较金属活动性强弱加快氧化还原反应的速率设计原电池原电池电极反应式书写原则常见方法1、下列电极反应式书写正确的是(

)A．铝、铜与浓硝酸组成的原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋B．铜、锌在稀硫酸中构成原电池，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑C．以铜为电极将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋B课堂练习D2、某固