2012高二化學(xué) 1.3化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能――電池第1課時(shí)原電池的工作原理學(xué)案 魯科版選修4

1、1.3 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池第1課時(shí) 原電池的工作原理 學(xué)案（魯科版選修4）學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解原電池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.掌握構(gòu)成原電池的條件。重點(diǎn)·難點(diǎn)電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式的書寫。1銅鋅原電池的實(shí)驗(yàn)探究(1)裝置(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象檢流計(jì)指針電極表面變化情況發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量減少，銅片質(zhì)量增加發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量減少，銅片質(zhì)量增加(3)實(shí)驗(yàn)分析Zn極Cu極電子流向由Zn極流向Cu極電子得失失電子溶液中Cu2得電子電極名稱負(fù)極正極能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能思考裝置()中若取出鹽橋，檢流計(jì)指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為什么？提示不偏轉(zhuǎn)。如果要使檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則該裝置中必須形成

2、閉合回路，如果取出鹽橋，很顯然該裝置未構(gòu)成閉合回路，檢流計(jì)指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2原電池工作原理(1)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。(2)在原電池中，外電路電子由負(fù)極流向正極；內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液)中陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極；電子發(fā)生定向移動(dòng)從而形成電流。(3)電極反應(yīng)及電池反應(yīng)：負(fù)極：MMnne發(fā)生氧化反應(yīng)正極：NmmeN發(fā)生還原反應(yīng)電池總反應(yīng)：mMnNm=mMnnN。思考電極反應(yīng)與電池反應(yīng)有何區(qū)別與聯(lián)系？提示電極反應(yīng)是分別在兩極上發(fā)生的“半反應(yīng)”(氧化反應(yīng)或還原反應(yīng))，電池反應(yīng)是兩個(gè)電極反應(yīng)加合消去電子后的總反應(yīng)?？赏ㄟ^電極反應(yīng)相加求電池反應(yīng)，也可通過電池反應(yīng)減一個(gè)電極反應(yīng)求另一個(gè)電

3、極反應(yīng)。3原電池的組成下列裝置中，屬于原電池的是()答案D解析利用組成原電池的條件分析：A項(xiàng)兩電極相同；B項(xiàng)酒精為非電解質(zhì)；C項(xiàng)缺少鹽橋；E項(xiàng)有外加電源，只有D項(xiàng)符合。4原電池原理的應(yīng)用關(guān)于下圖裝置的敘述，正確的是()A銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B銅片質(zhì)量逐漸減少C電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D氫離子在銅片表面被還原后生成H2答案D解析本題主要考查有關(guān)原電池的知識，由所給圖示可知Zn為原電池負(fù)極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極，溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2；原電池只分正、負(fù)極，不用陰、陽極表示，電流與電子流向相反。一、構(gòu)成原電池的條件1構(gòu)成原電池的化學(xué)反應(yīng)有何特點(diǎn)？答案必須是自發(fā)

4、的氧化還原反應(yīng)。原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，發(fā)生的反應(yīng)必定是放熱反應(yīng)，即反應(yīng)的焓變小于零。2原電池的構(gòu)成條件(1)兩個(gè)活潑性不同的電極(材料可以是金屬或非金屬)負(fù)極：活潑性強(qiáng)，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。正極：活潑性弱，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(2)電極均插入電解質(zhì)溶液中。(3)構(gòu)成閉合回路。(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。3原電池正、負(fù)極的判斷判斷依據(jù)負(fù)極正極電極材料活潑性較強(qiáng)的金屬活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬電子流動(dòng)方向電子流出極電子流入極電解質(zhì)溶液中離子定向移動(dòng)方向陰離子移向的極陽離子移向的極發(fā)生的反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象溶解的極增重或有氣泡放出的極思考鎂鋁電極在稀H2SO4中構(gòu)成原

5、電池時(shí)，正、負(fù)極材料分別是什么？若將電解質(zhì)溶液改為NaOH溶液，正、負(fù)極材料又分別是什么？分別寫出兩種溶液中的電極反應(yīng)。提示在稀硫酸溶液中，正極為Al，負(fù)極為Mg，電極反應(yīng)為：正極：2H2eH2負(fù)極：MgMg22e在NaOH溶液中，正極為Mg，負(fù)極為Al，電極反應(yīng)為：正極：3H2O6e3H26OH負(fù)極：2Al8OH2Al(OH)46e典例1將純鋅片和純銅片按圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是()A兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C兩燒杯中溶液的pH均增大D產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢解析由題目中所給圖示可知，甲中形成閉合回路，符合形成原電池的條件。其

6、中銅的活潑性不如鋅強(qiáng)，故銅作正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2eH2；乙不能構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池，只在鋅片上發(fā)生反應(yīng)：Zn2H=Zn2H2，由于兩者都消耗H，故溶液的pH都增大。由于原電池的形成，故甲的反應(yīng)速率比乙快。答案C變式訓(xùn)練1(1)若例1中甲裝置的電極分別為鐵、銅，電解質(zhì)溶液為濃HNO3，則原電池正、負(fù)極分別是什么？(2)利用裝置乙現(xiàn)有材料，如何加快反應(yīng)速率？答案(1)Cu為負(fù)極，F(xiàn)e為正極。(2)讓鋅片與銅片接觸，形成原電池。二、電極反應(yīng)和電池反應(yīng)的書寫方法1書寫原則(1)遵守質(zhì)量守恒和電荷守恒。(2)正、負(fù)極的電極反應(yīng)式通過加合消去電子即為電池反應(yīng)式。(3)弱電解質(zhì)、氣體或難溶物

7、均以化學(xué)式表示，其余以離子符號表示。2書寫方法(1)根據(jù)給出的化學(xué)方程式或圖示裝置確定原電池的正、負(fù)極，弄清正、負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。題目給定總反應(yīng)式：分析有關(guān)元素的化合價(jià)變化情況，化合價(jià)升高的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)即負(fù)極反應(yīng)；化合價(jià)降低的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)即正極反應(yīng)。題目給定圖示裝置：先確定正、負(fù)極，再根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)規(guī)律書寫電極反應(yīng)式。(2)注意電解質(zhì)溶液的成分及其對正、負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物的影響，正、負(fù)極產(chǎn)物可根據(jù)題意或根據(jù)化學(xué)方程式確定。典例2寫出下表中電池裝置的電極反應(yīng)和總的化學(xué)反應(yīng)方程式：負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)溶液(1)鐵銅硫酸(2)銅銀硝酸銀(1) 正極反應(yīng)_；負(fù)極反應(yīng)_；總反應(yīng)方程式_。(2)

8、 正極反應(yīng)_；負(fù)極反應(yīng)_；總反應(yīng)方程式_。解析負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)活潑性，(1)中鐵作負(fù)極，(2)中銅作負(fù)極。答案(1)2H2eH2FeFe22eFeH2SO4=FeSO4H2(2)2Ag2e2AgCuCu22eCu2Ag=Cu22Ag變式訓(xùn)練2由鋅片、銅片和200 mL稀H2SO4組成的原電池如圖所示。 (1) 原電池的負(fù)極反應(yīng)是_，正極反應(yīng)是_。(2)電流的方向是_。(3)一段時(shí)間后，當(dāng)在銅片上放出1.68 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體時(shí)，H2SO4恰好消耗一半。則產(chǎn)生這些氣體的同時(shí)，共消耗_g鋅，有_個(gè)電子通過了導(dǎo)線，原硫酸的物質(zhì)的量濃度是_(設(shè)溶液體積不變)

9、。答案(1)ZnZn22e2H2eH2(2)由Cu極流向Zn極(3)4.8759.03×10220.75 mol·L1解析產(chǎn)生0.075 mol H2，通過0.075×20.15 mol電子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4。所以m(Zn)0.075 mol×65 g·mol14.875 g，N(e)0.15 mol×6.02×1023 mol19.03×1022，H2SO40.75 mol·L1。三、原電池的設(shè)計(jì)從理論上講，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計(jì)成原電池。1基

10、本依據(jù)構(gòu)成原電池的基本條件，也是進(jìn)行原電池設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。(1)根據(jù)電池反應(yīng)寫出電極反應(yīng)；(2)找出兩極材料(電極材料)；(3)找出電解質(zhì)溶液；(4)形成閉合回路。2電解質(zhì)溶液及電極材料的選擇(1)電解質(zhì)溶液的選擇電解質(zhì)是使負(fù)極放電的物質(zhì)，因此電解質(zhì)溶液一般要能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。(2)電極材料的選擇在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極，易導(dǎo)電且比負(fù)極材料活動(dòng)性弱的物質(zhì)作正極。3設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路實(shí)例以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)ZnH2SO4=ZnSO4H2把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)(負(fù)極)：ZnZn22

11、e還原反應(yīng)(正極)：2H2eH2以兩極反應(yīng)為原理，確定電極材料及電解質(zhì)溶液負(fù)極材料：Zn正極材料：石墨或比鋅活潑性差的金屬電解質(zhì)溶液：稀硫酸畫出示意圖典例3利用反應(yīng)Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，在下邊方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并指出正極為_，電極反應(yīng)式為_；負(fù)極為_，電極反應(yīng)式為_。解析根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：CuCu22e，2Fe32e2Fe2；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料，正極要保證Fe3得到負(fù)極失去的電子，一般用不能還原Fe3的材料如Pt或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能用含F(xiàn)e3的電解質(zhì)溶液，如FeCl3溶液等。答案實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖：Pt2Fe32e2Fe2CuCuCu22e變式訓(xùn)練3對于如圖所示的原電池，對其中的電解質(zhì)溶液有以下猜想：猜想一：必須是能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的電解質(zhì)。猜