高中化學(xué)魯科版選擇性必修1課件第1章第2節(jié)第1課時(shí)原電池的工作原理

第1課時(shí)原電池的工作原理第1章2021內(nèi)容索引0102課前篇素養(yǎng)初探課堂篇素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.了解原電池的工作原理,從而形成模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能設(shè)計(jì)簡單的原電池,體現(xiàn)創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。課前篇素養(yǎng)初探知識鋪墊簡單的鋅銅原電池裝置:1.原電池裝置中有電流產(chǎn)生,在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。2.電子不能通過電解質(zhì)溶液,溶液中依靠離子的移動來導(dǎo)電。必備知識一、銅鋅原電池1.裝置2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析

電極Zn極Cu極實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)②鋅片質(zhì)量減小銅片質(zhì)量增加電子流向由Zn極流向Cu極(填“Zn”或“Cu”)電子得失Zn失電子Cu2+得電子電極名稱負(fù)極正極電極反應(yīng)Zn-2e-==Zn2+Cu2++2e-==Cu能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能二、原電池的工作原理1.原電池的定義:把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2.原電池的構(gòu)成條件反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液反應(yīng))電極一般是活潑性不同的兩個(gè)電極(金屬或石墨)閉合回路①電解質(zhì)溶液②兩電極直接或間接接觸③兩電極插入電解質(zhì)溶液中3.原電池的工作原理(1)電極。①負(fù)極:失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng);②正極:得到電子,發(fā)生還原反應(yīng)。(2)電子定向移動方向和電流方向。①電子從負(fù)極流出經(jīng)外電路流入正極;②電流從正極流出經(jīng)外電路流入負(fù)極;故電子定向移動方向與電流方向正好相反。(3)離子移動方向。電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動,陽離子向正極移動?！疚⑺伎肌坑宣}橋的原電池中鹽橋有什么作用?提示鹽橋可使整個(gè)裝置構(gòu)成通路,可避免兩溶液直接接觸;平衡電荷;提高電池效率。正誤判斷判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)理論上說,所有的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池。(

)(2)在原電池中,發(fā)生氧化反應(yīng)的一極一定是負(fù)極。(

)(3)用Mg、Al分別作為電極,用NaOH溶液作為電解質(zhì)溶液構(gòu)成的原電池,Mg為正極。(

)(4)原電池工作時(shí),溶液中的陽離子向負(fù)極移動,鹽橋中的陽離子向正極移動。(

)(5)一般來說,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高。(

)(6)原電池放電時(shí),外電路中電流由負(fù)極流向正極。(

)(7)由于反應(yīng)CaO+H2O==Ca(OH)2可以自發(fā)進(jìn)行,且放出大量的熱,故可以設(shè)計(jì)成原電池。(

)答案(1)×

(2)√

(3)√

(4)×

(5)√

(6)×

(7)×課堂篇素養(yǎng)提升探究一原電池的工作原理及電極反應(yīng)問題探究用葡萄發(fā)電讓鬧鐘正常工作的實(shí)驗(yàn)中,工作原理是什么呢?你能用日常生活中的東西設(shè)計(jì)原電池嗎?提示葡萄發(fā)電類似意大利科學(xué)家伏特發(fā)明的伏特電池,能產(chǎn)生電流讓鬧鐘正常工作。生活中的蘋果、西紅柿等都可以設(shè)計(jì)原電池。1.原電池正、負(fù)極的判斷

深化拓展【微點(diǎn)撥1】原電池的正極和負(fù)極既與電極材料的性質(zhì)有關(guān),又與電解質(zhì)溶液有關(guān),不要認(rèn)為活潑性強(qiáng)的金屬一定是作為負(fù)極。2.原電池的工作原理

【微點(diǎn)撥2】原電池中微粒移動方向(1)電子移動方向:從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極,電子不能通過電解質(zhì)溶液。(2)若有鹽橋,鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū),陽離子移向正極區(qū)。(3)若有交換膜,離子可選擇性通過交換膜,如陽離子交換膜,陽離子可通過陽離子交換膜移向正極。素能應(yīng)用典例1分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置,其中結(jié)論正確的是(

)A.①②中Mg是負(fù)極,③④中Fe是負(fù)極B.②中Mg是正極,電極反應(yīng)為6H2O+6e-==6OH-+3H2↑C.③中Fe是負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-==Fe2+D.④中Cu是正極,電極反應(yīng)為2H++2e-==H2↑答案B解析②中Mg不與NaOH溶液反應(yīng),而Al能和NaOH溶液反應(yīng)失去電子,故Al是負(fù)極;③中Fe在濃硝酸中鈍化,Cu和濃硝酸反應(yīng)失去電子,因此Cu是負(fù)極,A、C錯(cuò)誤;②中正極反應(yīng)為6H2O+6e-==6OH-+3H2↑,B正確;④中Cu是正極,電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-==4OH-,D錯(cuò)誤。規(guī)律方法

(1)電極反應(yīng)的書寫方法。

(2)復(fù)雜電極反應(yīng)的書寫。復(fù)雜電極反應(yīng)=總反應(yīng)-較簡單一極的電極反應(yīng)如CH4酸性燃料電池中:CH4+2O2==CO2+2H2O……總反應(yīng)2O2+8H++8e-==4H2O……正極反應(yīng)CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+……負(fù)極反應(yīng)變式訓(xùn)練1有關(guān)如圖所示原電池的敘述,正確的是(鹽橋中裝有瓊脂凝膠,內(nèi)含KCl)(

)A.反應(yīng)過程中鹽橋中的K+會移向CuSO4溶液B.取出鹽橋后,電流計(jì)依然發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.銅片上有氣泡逸出D.反應(yīng)前后銅片質(zhì)量不改變答案A解析根據(jù)裝置圖可知,原電池負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+,正極反應(yīng)為Cu2++2e-==Cu,正極周圍陽離子減少,鹽橋中陽離子移向正極,A正確。取出鹽橋后不能形成閉合回路,構(gòu)不成原電池,電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn),B錯(cuò)誤。Cu片為正極,在正極上有Cu析出,C、D錯(cuò)誤。探究二原電池原理的應(yīng)用問題探究1.若純鋅與粗鋅(含F(xiàn)e、C等)分別與同濃度的稀硫酸反應(yīng)制取H2,哪種方法產(chǎn)生H2的速率快?提示粗鋅產(chǎn)生H2的速率快。2.將金屬a、b用導(dǎo)線相連插入稀硫酸中,發(fā)現(xiàn)金屬b上產(chǎn)生氣泡,則金屬a與金屬b相比較,誰更活潑?提示金屬a更活潑。深化拓展1.加快氧化還原反應(yīng)的速率一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),形成原電池時(shí)會使反應(yīng)速率加快。例如,在Zn與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液,Zn可置換出Cu,Cu能與Zn形成原電池使產(chǎn)生H2的反應(yīng)速率加快。2.比較金屬活動性強(qiáng)弱如有兩種金屬A和B,用導(dǎo)線將A和B連接后,插入到稀硫酸中,一段時(shí)間后,若觀察到A溶解,而B上有氣體放出,則說明A是負(fù)極,B是正極,即可以斷定金屬活動性:A>B。3.設(shè)計(jì)化學(xué)電源

實(shí)例:根據(jù)反應(yīng)Cu+2Ag+==Cu2++2Ag設(shè)計(jì)電池。

素能應(yīng)用典例2根據(jù)反應(yīng)2FeCl3+Fe==3FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。要求:(1)畫出此原電池的裝置圖,裝置采用燒杯和鹽橋。(2)注明原電池的正、負(fù)極和外電路中電子的流向。答案

解析將題給反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng):Fe-2e-==Fe2+(氧化反應(yīng)),2Fe3++2e-==2Fe2+(還原反應(yīng))。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),電極材料應(yīng)選參加反應(yīng)的單質(zhì)Fe,正極發(fā)生還原反應(yīng),電極材料應(yīng)選比鐵不活潑的金屬或石墨等導(dǎo)體。負(fù)極電解質(zhì)溶液選不能與鐵反應(yīng)的FeCl2溶液,正極電解質(zhì)溶液選與鐵能反應(yīng)的FeCl3溶液。變式訓(xùn)練2-1X、Y、Z、W四塊金屬板分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中構(gòu)成原電池。X、Y相連時(shí),X為負(fù)極;Z、W相連時(shí),電流方向是W→Z;X、Z相連時(shí),Z極上產(chǎn)生大量氣泡;W、Y相連時(shí),W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷四種金屬的活潑性順序是(

)A.X>Z>W>Y B.Z>X>Y>WC.X>Y>Z>W D.Y>W>Z>X答案A解析在原電池中,活潑金屬作為原電池的負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng);不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體作為原電池的正極,陽離子或氧氣等在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極,與電流的方向相反。因此,X、Y相連時(shí),X為負(fù)極,則活潑性X>Y;Z、W相連時(shí),電流方向是W→Z,則活潑性Z>W;X、Z相連時(shí),Z極上產(chǎn)生大量氣泡,則活潑性X>Z;W、Y相連時(shí),W極發(fā)生氧化反應(yīng),則活潑性W>Y。綜上所述,可以得出金屬的活潑性順序:X>Z>W>Y。變式訓(xùn)練2-2等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b,分別加入過量的稀硫酸中,同時(shí)向a中滴入少量的CuSO4溶液,如圖表示產(chǎn)生H2的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系,其中正確的是(

)答案D解析a中Zn與CuSO4溶液反應(yīng)置換出Cu,Zn的量減少,產(chǎn)生H2的量減少,但Zn、Cu和稀硫酸形成原電池,反應(yīng)速率加快,D項(xiàng)圖示符合要求。素養(yǎng)脈絡(luò)隨堂檢測1.用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有KNO3-瓊脂的U形管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(

)①在外電路中,電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為Ag++e-==Ag

③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋,原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池的總反應(yīng)相同A.①② B.②③ C.②④ D.③④答案C解析銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液及鹽橋構(gòu)成一個(gè)原電池,Cu是負(fù)極,Ag是正極,其電極反應(yīng)分別為負(fù)極:Cu-2e-==Cu2+,正極:2Ag++2e-==2Ag,鹽橋起到了傳導(dǎo)離子、形成閉合回路的作用,電子的流向是由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極,電流的方向與電子的流向相反,因此C正確。2.下列關(guān)于原電池的敘述正確的是(

)A.構(gòu)成原電池的兩極必須是兩種不同金屬B.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置C.原電池工作時(shí)總是負(fù)極溶解,正極上有物質(zhì)析出D.原電池的正極是還原劑,總是溶液中的陽離子在此被還原答案B解析構(gòu)成原電池的正極材料只要導(dǎo)電即可,可以是非金屬如石墨等,A錯(cuò)誤;對于燃料電池,電極不參與反應(yīng),C、D錯(cuò)誤。3.如下圖所示的原電池裝置,X、Y為兩電極,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,外電路中的電子流向如圖所示,對此裝置的下列說法正確的是(

)A.外電路的電流方向:X→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和石墨,則X為石墨,Y為ZnC.若兩電極都是金屬,則它們的活潑性為X>Y極上發(fā)生的是還原反應(yīng),Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)答案C解析由圖可知電子的流動方向是X→外電路→Y,則電流的方向就為Y→外電路→X,A錯(cuò)誤;X為原電池的負(fù)極,Y為正極,則X為Zn,Y為石墨,B錯(cuò)誤;若X、Y均為金屬,則X的活潑性比Y強(qiáng),C正確;X極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng),Y極應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng),D錯(cuò)誤。4.利用反應(yīng)Cu+2FeCl3==CuCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池,正極為

,電極反應(yīng)為

;負(fù)極為

,電極反應(yīng)為

;電解質(zhì)溶液是

。

答案Pt(或C)

2Fe3++2e-==2Fe2+

Cu

Cu-2e-==Cu2+

FeCl3溶液解析根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池。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)):Cu-2e-==Cu2+,2Fe3++2e-==2Fe2+;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作為材料,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)溶液只能是含F(xiàn)e3+的電解質(zhì)溶液,如FeCl3溶液等。5.有A、B、C、D、E五塊金屬片,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):(1)A、B用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀硫酸