121原电池的工作原理学案高二上学期化学选择性必修1

第二单元化学能与电能的转化第一课时原电池的工作原理学习目标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.能设计简单原电池。一、原电池工作原理1.实验探究——锌与硫酸铜溶液反应中的能量转化操作向一只烧杯中加入1.0mol·L－1CuSO4溶液30mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度的变化现象Zn逐渐________，有________物质生成，溶液温度________，颜色________能量转化化学能转化为________微观探析Zn把电子直接传递给Cu2＋，离子方程式：________________________2.实验探究——铜锌原电池的构造与工作原理装置示意图实验现象锌片________，铜片上有红色固体生成，质量________，溶液颜色________，电流计指针发生________，用温度计测量两烧杯溶液的温度几乎不变能量转化化学能转化为________微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的________失去电子被氧化成________进入溶液；在硫酸铜溶液中，正极一端的________获得电子被还原成________沉积在铜片上电子或离子移动的方向导线(外电路)中，电子从________片(________极)移向________片(________极)。盐桥(内电路)中的________移向ZnSO4溶液，________移向CuSO4溶液工作原理负极：____________(______反应)正极：____________(______反应)总反应：_____________________________________3.原电池工作原理(1)定义：原电池是将________转化为________的装置。(2)电极名称及电极反应①负极：发生________反应，________电子。②正极：发生________反应，________电子。(3)构造①两个半电池；②半电池包括电极材料(两种金属或一种金属和一种能导电的非金属)和________溶液。③两个隔离的半电池通过________连接起来。(4)盐桥的作用①形成________；②___________________________________________________________________；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.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2.在图中的8个装置中，属于原电池的是()A.①②③⑤⑧ B.③④⑥⑦C.④⑥⑦ D.③⑤⑦3.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4.下图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A.电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B.电极Ⅱ的电极反应式为Cu2＋＋2e－=CuC.盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶，其作用是传递电子D.该原电池中电子的运动方向：电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ【题后归纳】1.原电池的工作原理简图电子移动方向从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液离子移动方向阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，离子只能在电解质溶液中移动，不能在导线上移动若有盐桥盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区若有交换膜离子可选择性通过交换膜，如阳离子可通过阳离子交换膜移向正极(后续内容接触到)2.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1.10mL1mol·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2.(2023·石家庄实验中学高二月考)由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述中正确的是()实验装置甲乙丙现象A不断溶解C的质量增加A上有气体产生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SOeq\o\al(2－,4)移向AD.四种金属的活泼性顺序是D>A>B>C3.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)3FeSO4FeCl3CuSO44.设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极________________________________________。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________________，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。1.(2023·无锡检测)在如图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X。若X为铅电极，则Y可能是()A.锌 B.银C.石墨 D.铜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>X4.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Cu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与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶15.由A、B、C、D四种金属按表中装置图进行实验装置现象金属A不断溶解形成二价金属离子C极质量增加A极有气泡产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)装置乙中正极的电极反应式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第一课时原电池的工作原理一、1.溶解红色升高变浅热能Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋2.逐渐溶解增加变浅偏转电能ZnZn2＋Cu2＋CuZn负Cu正Cl－K＋Zn－2e－=Zn2＋氧化Cu2＋＋2e－=Cu还原Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu3.(1)化学能电能(2)①氧化失去②还原得到(3)②电解质③盐桥(4)①闭合回路②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性对点训练1.C[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.D[①⑧未构成闭合回路；②中两极材料活动性相同；④中酒精是非电解质；⑥虽形似盐桥原电池装置，但锌直接与硫酸铜溶液反应，铜离子不能在铜电极放电；所以①②④⑥⑧均不构成原电池，③⑤⑦可构成原电池，D正确。]3.B[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。]4.D[电极Ⅰ铂电极上铁离子得电子发生还原反应，所以铂电极作正极，A项错误；电极Ⅱ铜电极上铜失电子发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，B项错误；盐桥的作用是平衡电荷，盐桥中离子的定向移动形成电流，电子不能通过电解质溶液，C项错误；电极Ⅱ是负极，电极Ⅰ是正极，所以该原电池中电子的运动方向：电极Ⅱ→导线→电极Ⅰ，D项正确。]二、对点训练1.C[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。]2.D[装置甲中，A金属不断溶解，所以A极为负极，发生氧化反应，A错误；装置乙中，活泼金属与硫酸铜发生置换反应，置换出铜单质，吸附在正极上，C的质量增加，故C电极为正极，电流的流向为C→B，B错误；丙装置中，氢离子得电子，发生还原反应，所以产生氢气的一极为正极，A为正极，溶液中阴离子移向负极，C错误；在甲装置中，A电极为负极，B电极为正极，A的活动性强于B，在乙装置中，C电极为正极，B电极为负极，所以B的金属活动性强于C，在丙装置中，A电极为正极，D电极为负极，所以D的金属活动性强于A，故得出四者的金属活泼性顺序为D>A>B>C，D正确。]3.A[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。]4.(1)如图所示。(2)逐渐溶解(3)甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小解析(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。课堂达标训练1.A[在柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X，说明电极Y是负极，电极X是正极，Y的活动性比X强。根据金属活动性顺序可知，金属活动性：Zn>Pb>Cu>Ag，石墨是非金属单质，失去电子能力比金属弱，因此若X为铅电极，则Y应该是活动性比铅强的金属锌，故合理选项是A。]2.A[能实现反应Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋的原电池应符合以下条件：①负极