原電池的工作原理

1、一. 教學(xué)內(nèi)容：原電池的工作原理二. 教學(xué)目標(biāo)1、掌握原電池的工作原理、構(gòu)造特點(diǎn)；2、能正確書(shū)寫(xiě)原電池的電極反應(yīng)式及電池總反應(yīng)方程式。三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)原電池的構(gòu)造原理及電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式。四. 知識(shí)分析（一）原電池的構(gòu)造特點(diǎn)：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。原電池由活潑性不同的金屬或金屬與非金屬組成電極，連接兩根電極的導(dǎo)線，以及電解質(zhì)溶液等組成。說(shuō)明：1、原電池的一般構(gòu)成條件是：由活潑性不同的材料作電極；有電解質(zhì)溶液，且要形成閉合電路；氧化還原反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。2、組成原電池的電極一般可以是活潑性不同的金屬或金屬與非金屬，原電池的工作原理是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，電極本身可以參加電

2、極反應(yīng)，也可以不參加電極反應(yīng)，故負(fù)極不一定是活潑金屬。但實(shí)際上在許多原電池中，我們可以根據(jù)電極反應(yīng)式來(lái)判斷電極名稱(chēng)，如：燃料電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的屬于負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的屬于正極，負(fù)極不一定是活潑金屬，也就不一定符合活潑性不同的金屬或金屬與非金屬這個(gè)條件。3、與高一化學(xué)所學(xué)的原電池的結(jié)構(gòu)相比，主要區(qū)別在于“鹽橋”。通過(guò)“鹽橋”將兩個(gè)半電池相連而構(gòu)成原電池，將兩種電解質(zhì)溶液通過(guò)鹽橋相連，使電解質(zhì)溶液不直接接觸，降低了液面的接界電勢(shì)，同時(shí)，鹽橋中也裝有電解質(zhì)溶液，還可以起到導(dǎo)電的作用。鹽橋中的電解質(zhì)要求濃度較高，且陰、陽(yáng)離子遷移速度應(yīng)差不多，一般用飽和氯化鉀溶液的瓊脂。4、使用“鹽橋”后，原電池一

3、般采用如下表達(dá)方法（以銅鋅原電池為例）：（）ZnZn2（1mol/L）Cu2（1mol/L）Cu（）一般情況下負(fù)極在左，正極在右，其中“”表示電極材料與電解質(zhì)溶液的界面，“”通常表示鹽橋，必要時(shí)，可以加注溶液的濃度。（二）原電池的工作原理：通過(guò)氧化還原反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.說(shuō)明：1、化學(xué)反應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化形式有多種，可以轉(zhuǎn)化為熱能，如燃燒過(guò)程放出大量的熱；可以轉(zhuǎn)化為光能，如化學(xué)反應(yīng)中常伴隨有發(fā)光現(xiàn)象；可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，如利用化學(xué)能使汽車(chē)等交通工具行駛等；還可以通過(guò)原電池反應(yīng)，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能.2、原電池中較活潑金屬作原電池的負(fù)極，還原性較強(qiáng)，是向外電路提供電子的電極，用“”表示，發(fā)生氧化反應(yīng)

4、；較不活潑的金屬作原電池的正極，某些微粒氧化性較強(qiáng)，從外電路獲得電子，用“”表示，發(fā)生還原反應(yīng)。3、原電池中電極反應(yīng)和電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)：原電池的電極反應(yīng)式，實(shí)際上是氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)半反應(yīng)，即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩極上發(fā)生。原電池反應(yīng)：在電解質(zhì)溶液中，在正負(fù)極上發(fā)生兩極反應(yīng)的電子得失總數(shù)相等，通過(guò)的電子的電量相同，將正負(fù)兩極的電極反應(yīng)相加，即可得原電池反應(yīng).4、利用原電池反應(yīng)原理，可以判斷不同金屬（或陽(yáng)離子）的還原性（或氧化性）相對(duì)強(qiáng)弱：在原電池中，作負(fù)極的金屬的活潑性較強(qiáng)，在電極反應(yīng)中失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；氧化性強(qiáng)的陽(yáng)離子在正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng).5、金屬的失電子的難易程度一般按照金屬

5、活潑性順序表由易到難，而溶液中的金屬陽(yáng)離子的得電子難易，則正好與金屬活潑性順序表相反.6、在原電池的電極反應(yīng)中，并不都是較活潑的金屬作負(fù)極，有時(shí)還必須根據(jù)組成原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液來(lái)判斷原電池的正負(fù)極材料和反應(yīng).如：由鎂、鋁以及氫氧化鈉溶液組成的原電池，此時(shí)，作為負(fù)極材料的就是鋁，而不是活潑性更強(qiáng)的鎂，主要是因?yàn)殇X可以與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而鎂不能.7、原電池正負(fù)極的判斷方法：據(jù)組成原電池的兩極的材料判斷：一般為活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極；據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷：電流是由正極流向負(fù)極，而電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極；據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液

6、內(nèi)離子的定向移動(dòng)方向判斷：在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)；據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化判斷：原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，而正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)；據(jù)現(xiàn)象判斷：溶解的一極為負(fù)極，增重或者有氣泡放出的一極為正極.【典型例題】例1. 有A、B、C、D四種金屬，將A與B用導(dǎo)線連起來(lái)，浸入電解質(zhì)溶液中，B不易腐蝕，將A、D分別投入等濃度的鹽酸中，D比A反應(yīng)劇烈.將銅浸入B的鹽溶液中無(wú)明顯變化.如將銅浸入C的鹽溶液中，有金屬C析出.據(jù)此判斷它們的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是.解析：根據(jù)原電池原理：活潑金屬作負(fù)極，被腐蝕，所以A、B中活潑性A>B；A、D與等濃度鹽酸反應(yīng)時(shí)D

7、比A劇烈，所以D>A；銅與B的鹽溶液不反應(yīng)，而與C反應(yīng)置換出D，說(shuō)明活潑性B>C.即D>A>B>C.本題旨在應(yīng)用原電池原理，判斷金屬活潑性的強(qiáng)弱.解此類(lèi)題首先要明確判斷金屬活動(dòng)性的方法，抓其規(guī)律，中學(xué)階段主要有以下幾條：應(yīng)用原電池原理，作負(fù)極的金屬的活動(dòng)性比作正極的金屬的活動(dòng)性強(qiáng)；與同濃度同種酸反應(yīng)，劇烈的活潑；金屬之間的置換反應(yīng)即金屬活動(dòng)順序表；根據(jù)元素在元素周期表中的位置.學(xué)生應(yīng)掌握從多個(gè)角度比較判斷金屬單質(zhì)金屬性強(qiáng)弱，理清思路，要養(yǎng)成解決綜合性題目的能力，減少失誤.答案：D>A>B>C例2. 我國(guó)首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作能源的新型海水標(biāo)志燈，

8、它以海水為電解溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流.只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光.則該電源負(fù)極材料為，正極材料為，正負(fù)極反應(yīng)分別為.解析：Al、O2（空氣）之間的氧化還原反應(yīng)為：將該反應(yīng)與原電池的原理、Al的導(dǎo)電性等知識(shí)進(jìn)行綜合分析可知，鋁既是負(fù)極反應(yīng)物，又是負(fù)極材料，O2是正極反應(yīng)物，正極材料應(yīng)該選擇還原性比Al弱的導(dǎo)電性強(qiáng)的材料，如石墨等.答案：鋁；石墨；負(fù)極反應(yīng)：4Al12e-4Al3+正極反應(yīng)：3O2+6H2O+12e12OH例3. 某原電池由M、N兩根電極導(dǎo)線和電解質(zhì)溶液組成，工作時(shí)，M電極變粗，N電極變細(xì)，由此判斷該電池中電極材料和電解質(zhì)溶液可能是：M電極N電

9、極電解質(zhì)溶液A鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液解析：該原電池中M電極變粗，N電極變細(xì)，說(shuō)明原電池反應(yīng)時(shí)N電極溶解作負(fù)極，溶液中有金屬析出在M電極上附著，M電極作正極。A、B選項(xiàng)中，電解質(zhì)溶液分別為稀硫酸和稀鹽酸，原電池工作時(shí)不會(huì)有金屬析出；C選項(xiàng)中正極反應(yīng)為：Ag+e-Ag，負(fù)極反應(yīng)式為：Zn2e-Zn 2+，符合題意；D選項(xiàng)中M電極（鋅）作負(fù)極，反應(yīng)為Zn2e-Zn2+，變細(xì)，不符合題意.答案：C例4. 由銅片、鋅片和200mL2mol/L的稀H2SO4組成的原電池工作時(shí)，若銅片上放出3.36L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，求：電池工作過(guò)程中，消耗的鋅片的質(zhì)量導(dǎo)線中通過(guò)的電子的數(shù)目

10、電池工作后溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度（假設(shè)電解液體積不變）解析：鋅為負(fù)極：Zn2e-Zn 2+，銅為正極：2H2eH2在原電池的兩極反應(yīng)中通過(guò)的電子的電量相同，則可以根據(jù)生成的氫氣的物質(zhì)的量為：0.15mol，計(jì)算得到通過(guò)的電子的物質(zhì)的量0.3mol，再由負(fù)極反應(yīng)式得出消耗的鋅的物質(zhì)的量為0.15mol，即得鋅的質(zhì)量為：9.75g，通過(guò)的電子的物質(zhì)的量為0.3mol，則通過(guò)的電子的數(shù)目為0.3NA，再由ZnH2SO4ZnSO4H2，可得的硫酸的物質(zhì)的量為0.15mol，則剩余的硫酸為0.4mol 0.15mol0.25mol，則電池工作后溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度為1.25mol/L答案： 9.7

11、5g， 0.3NA， 1.25mol/L【模擬試題】1、在用Zn片和Cu片及稀H2SO4組成的原電池裝置中經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后，下面說(shuō)法正確的是（）A、鋅片是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B、電流方向是從鋅片流向銅片C、溶液中H2SO4的物質(zhì)的量減小D、電解液的pH保持不變2、下列關(guān)于CuZn稀H2SO4構(gòu)成的原電池的有關(guān)敘述中錯(cuò)誤的是（）A、鋅為負(fù)極，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)B、Cu為正極，Cu不易失去電子而受到保護(hù)C、負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)，正極發(fā)生氧化反應(yīng)D、外電路電子流入的一極為正極，電子流出的一極為負(fù)極3、如圖所示裝置，電流表發(fā)表偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極逐漸變粗，B極逐漸變細(xì)，C為電解溶液，則A，B，C應(yīng)是下列各組中的

12、（）A、A是Ag，B是Fe，C為稀AgNO2溶液B、A是Zn，B是Cu，C是稀H2SO4C、A是Cu，B是Zn，C是稀H2SO4D、A是Fe，B是Ag，C為稀AgNO2溶液4、銅片和鋁片用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸中，鋁片是（）A、陰極B、正極C、陽(yáng)極D、負(fù)極5、有A，B，C，D四塊金屬片如下實(shí)驗(yàn)：A，B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中A極為負(fù)極；C，D用導(dǎo)線連接后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，電流由D導(dǎo)線C；A，C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；B，D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中，D極發(fā)生氧化反應(yīng).據(jù)此，判斷四種金屬的活動(dòng)性順序是（）A、A>B>C>D

13、B、A>C>D>BC、C>A>B>DD、B>D>C>A6、等質(zhì)量的兩份鋅粉a，b，分別加入過(guò)量的稀H2SO4，同時(shí)向a中加入少量CuSO4溶液，如圖，表示產(chǎn)生H2的體積（）與時(shí)間（t）的關(guān)系，其中正確的是（）7、把鐵棒和鋅棒用導(dǎo)線連接插入CuSO4溶液中，當(dāng)電路中有0.2mol電子通過(guò)時(shí)負(fù)極的質(zhì)量變化是（）A、增加6.5gB、減少6.5gC、減少5.6gD、增加6.4g8、某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3+Fe3Fe2+能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是（）A、正極為Cu，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeCl3B、正極為Fe，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)溶液為F

14、e2（SO4）3C、正極為C，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)溶液為Fe（NO3）3D、正極為Ag， 負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為CuSO49、把金屬M(fèi)放入鹽N（NO3）2溶液中發(fā)生如下反應(yīng)：MN2+M2+N，以下敘述正確的是（）A、常溫下金屬M(fèi)和N都不跟水反應(yīng)B、M和N用導(dǎo)線連接放入稀H2SO4中，一定構(gòu)成原電池，且N極上有H2放出C、M和N用導(dǎo)線連接并平行放入N（NO3）2溶液中，一定構(gòu)成原電池D、由M和N構(gòu)成的原電池，M一定是負(fù)極10、下列變化中，屬于原電池反應(yīng)的是（）A、在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護(hù)層B、白鐵表面有劃損時(shí)，也能阻止鐵被氧化（注明：白鐵是在鐵上鍍Zn）C、紅熱的鐵絲與水接觸表面形成藍(lán)

15、黑色的保護(hù)層D、鐵與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)，加入少量CuSO4溶液時(shí)，可使反應(yīng)加速11、鉛蓄電池放電時(shí)發(fā)生下列反應(yīng)負(fù)極：PbSO422ePbSO4正極：PbO24HSO422ePbSO42H2O使用該電池電解CuSO4溶液，當(dāng)有純銅1.6g析出時(shí)，鉛蓄電池內(nèi)消耗硫酸的物質(zhì)的量為（）A、0.05 molB、0.025 molC、0.25 molD、0.1 mol12、根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)（1）22；（2）Z2H2OZ（OH）2H2；（3）Z2離子的氧化性比2弱；（4）由，電極組成的原電池，電極反應(yīng)為：22e，2e2，可知，Z，的還原性由強(qiáng)到弱的順序是（）A、ZB、ZC、ZD、Z13、將鋅片和銅片用導(dǎo)線連

16、接于同一稀H2SO4溶液中，下列敘述正確的是（）A、正極附近c(diǎn)（SO42）逐漸增大B、負(fù)極附近c(diǎn)（SO42）逐漸減小C、負(fù)極附近c(diǎn)（SO42）逐漸增大D、正負(fù)極附近c(diǎn)（SO42）基本不變14、生物體中細(xì)胞膜內(nèi)的葡萄糖，細(xì)胞膜外的富氧液體及細(xì)胞膜構(gòu)成微型的生物原電池，下列有關(guān)判斷正確的是（）A、正極的電極反應(yīng)可能是：O24e2H2O4OHB、負(fù)極的可能反應(yīng)是：O24e2H2O4OHC、負(fù)極的主要反應(yīng)是C6H12O6（葡萄糖）生成CO2或HCO3D、正極的主要反應(yīng)是C6H12O6（葡萄糖）生成CO2或HCO315、一個(gè)原電池的總反應(yīng)的離子方程式是ZnCu2Zn2Cu，該反應(yīng)的原電池的正確組成是（）

17、16、如圖所示的裝置中，a中金屬能從酸中置換出H2，b為碳棒，關(guān)于此裝置的各種敘述中不正確的是（）A、碳棒上有氣體放出，溶液pH值變大B、a是正極，b是負(fù)極C、導(dǎo)線中有電子流動(dòng)，電子從a極到b極D、a極上發(fā)生了氧化反應(yīng)17、發(fā)生原電池的反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，在理論上可設(shè)計(jì)成原電池的化學(xué)反應(yīng)是：A. C（s）H2O（g）CO（g）H2（g）B. Ba（OH）2·8H2O（s）2NH4Cl（s）BaCl2（aq）2NH3·H2O（l）8H2O（l）C. CaC2（s）2H2O（l）Ca（OH）2（s）C2H2（g）D. CH4（g）2O2（g）CO2（g）2H2O（l）18、用銅，銀，硝酸銀溶液設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，這一原電池的正極的電極反應(yīng)是，負(fù)極的電極反應(yīng)是，總反應(yīng)式是。19、把鎂和鋁用導(dǎo)線連接同時(shí)插入稀硫