高中化學(xué)第4章化學(xué)反應(yīng)與電能第1節(jié)原電池第1課時(shí)原電池課件新人教版選修1

第1課時(shí)原電池課前·基礎(chǔ)認(rèn)知課堂·重難突破素養(yǎng)·目標(biāo)定位隨堂訓(xùn)練素養(yǎng)?目標(biāo)定位目標(biāo)素養(yǎng)1.以鋅銅原電池為例,了解原電池的工作原理及構(gòu)成條件。2.能正確判斷原電池的正、負(fù)極并熟練書寫電極反應(yīng)式,會(huì)書寫常見(jiàn)化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。3.能列舉常見(jiàn)的化學(xué)電源,并能利用相關(guān)的信息分析化學(xué)電源的工作原理。4.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。知識(shí)概覽課前·基礎(chǔ)認(rèn)知一、原電池1.原電池的工作原理。以鋅銅原電池為例,鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂。如圖:(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:接通電路時(shí),電流表的指針

發(fā)生偏轉(zhuǎn)

,將鹽橋取出,電流表的指針

回到零點(diǎn)

。

(2)工作原理。

電極Zn電極Cu電極電極名稱①

負(fù)極

②

正極

得失電子③

失

電子

④

得

電子

電子流向⑤

流出

⑥

流入

電極反應(yīng)式⑦

Zn-2e-====Zn2+⑧

Cu2++2e-====Cu

反應(yīng)類型⑨

氧化

反應(yīng)

⑩

還原

反應(yīng)

總反應(yīng)式?

Zn+Cu2+

====Zn2++Cu

鹽橋中的離子移動(dòng)方向K+移向?

CuSO4

溶液(?

正

極區(qū)),Cl-移向?

ZnSO4

溶液(?

負(fù)

極區(qū))

2.原電池工作的一般條件。(1)有能自發(fā)進(jìn)行的

氧化還原

反應(yīng)。

(2)有兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(通?；顒?dòng)性較強(qiáng)的金屬作

負(fù)

極,活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬作

正

極),并插入

電解質(zhì)

溶液中,形成

閉合

回路。

二、原電池的設(shè)計(jì)1.能設(shè)計(jì)為原電池的反應(yīng)必須是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2.用

還原性較強(qiáng)

的物質(zhì)作負(fù)極,向外電路提供電子;用

氧化性較強(qiáng)

的物質(zhì)作正極,從外電路得到電子。3.原電池輸出電能的能力,取決于組成原電池的反應(yīng)物的

氧化還原

能力。

微思考

在原電池裝置中鹽橋有什么作用?提示:(1)通過(guò)離子在鹽橋中的定向移動(dòng),使兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來(lái),可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。(2)將兩個(gè)半電池完全隔開(kāi),使副反應(yīng)減至最低程度,可以獲得單純的電極反應(yīng),有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,提高原電池效率。微判斷

(1)任何自發(fā)的放熱反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成原電池。(

)(2)原電池將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分在不同區(qū)域同時(shí)進(jìn)行。(

)(3)鹽橋中的陰離子移向正極區(qū)域,使正極區(qū)溶液呈電中性。(

)(4)鐵、銅與硫酸銅溶液形成的原電池的負(fù)極反應(yīng)為Fe-3e-══Fe3+。(

)×√××微訓(xùn)練1.對(duì)于原電池的電極名稱,下列敘述錯(cuò)誤的是(

)。A.發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極B.正極為電子流入的一極C.比較不活潑的金屬為負(fù)極D.電流流出的一極為正極答案:C解析:原電池裝置中,一般活潑金屬作負(fù)極,較不活潑金屬或能導(dǎo)電的非金屬作正極;負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng),正極上發(fā)生還原反應(yīng);外電路中電子由負(fù)極流向正極,電流由正極流向負(fù)極。2.有下列裝置:其中是原電池的是

,電極反應(yīng)式分別為負(fù)極:

,正極:

。

答案:D

Zn-2e-══Zn2+

2H++2e-══H2↑解析:A項(xiàng),酒精不是電解質(zhì),不能導(dǎo)電;B項(xiàng)沒(méi)有形成閉合回路;C項(xiàng)電極材料相同;D項(xiàng)屬于原電池,且鋅作負(fù)極,失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。課堂·重難突破一、原電池工作原理重難歸納1.工作原理。2.原電池正、負(fù)極判定思路。

3.含鹽橋原電池(雙液電池)。(1)特點(diǎn)。兩個(gè)燒杯中電解質(zhì)溶液用鹽橋連接,電極材料一般與相應(yīng)容器中的電解質(zhì)溶液的陽(yáng)離子相同。如:(-)Zn|ZnSO4(1mol·L-1)||CuSO4(1mol·L-1)|Cu(+)。(2)鹽橋的作用。平衡電荷,溝通閉合回路。(3)優(yōu)點(diǎn)。與不含鹽橋原電池相比,雙液電池效率高且電流平穩(wěn),放電時(shí)間長(zhǎng)。如圖所示裝置露置在空氣中,經(jīng)檢測(cè),外電路中有電流產(chǎn)生。1.請(qǐng)分析該裝置正、負(fù)極的電極反應(yīng)。提示:負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+;正極:空氣中的O2得電子,O2+2H2O+4e-══4OH-。2.原電池中總反應(yīng)是否就是負(fù)極與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)?提示:不一定。如題圖裝置中的電池總反應(yīng)為2Fe+O2+2H2O══2Fe(OH)2,而負(fù)極材料Fe與NaCl溶液不反應(yīng)。典例剖析如圖為雙液原電池裝置示意圖,下列敘述中正確的是(

)。A.銅離子在銅片表面被還原B.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液C.電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D.銅是正極,銅片上有氣泡產(chǎn)生答案:A解析:在該原電池中,活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬鋅作負(fù)極,活動(dòng)性較弱的銅作正極,電子由負(fù)極流出,經(jīng)導(dǎo)線流向正極,電流的方向與電子的移動(dòng)方向相反,C項(xiàng)錯(cuò)誤;正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu2++2e-══Cu,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;鹽橋中的陽(yáng)離子移向正極區(qū)硫酸銅溶液,B項(xiàng)錯(cuò)誤。學(xué)以致用1.用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3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(guò)程中取出鹽橋,原電池仍繼續(xù)工作④將銅片直接浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A.①② B.②③

C.②④ D.③④C解析:銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線、鹽橋構(gòu)成一個(gè)原電池,Cu作負(fù)極,Ag作正極,電極反應(yīng)為Cu-2e-══Cu2+(負(fù)極),2Ag++2e-══2Ag(正極),鹽橋起到了傳導(dǎo)離子、形成閉合回路的作用,電子是由負(fù)極流向正極,電流的方向和電子的流向相反。因此①③錯(cuò)誤,②④正確。2.如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置,下列敘述正確的是(

)。A.氧化劑和還原劑必須直接接觸才能發(fā)生反應(yīng)B.電極Ⅱ上發(fā)生還原反應(yīng),電極Ⅱ作原電池的正極C.該原電池的總反應(yīng)式為2Fe3++Cu══Cu2++2Fe2+D.鹽橋中裝有含氯化鉀的瓊脂,K+移向負(fù)極區(qū)答案:C解析:A項(xiàng),該原電池反應(yīng)中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個(gè)不同的燒杯中進(jìn)行,因此氧化劑和還原劑沒(méi)有直接接觸,錯(cuò)誤;B項(xiàng),Cu電極為原電池的負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu-2e-══Cu2+,錯(cuò)誤;D項(xiàng),正極發(fā)生反應(yīng):2Fe3++2e-══2Fe2+,正極區(qū)正電荷減少,K+移向正極補(bǔ)充正電荷,錯(cuò)誤。二、原電池原理的應(yīng)用重難歸納1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。方法是:將金屬a和b用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中,觀察到a溶解,b上有氣泡產(chǎn)生。據(jù)此推斷a是負(fù)極,b是正極,金屬活動(dòng)性a>b。該方法中,電解質(zhì)溶液通常用稀硫酸或稀鹽酸,不能使用濃硝酸或NaOH溶液等試劑,否則可能得出相反的結(jié)論。2.增大化學(xué)反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)室利用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時(shí),通常向稀硫酸中滴入幾滴硫酸銅溶液。原理是:鋅與置換出的銅及稀硫酸組成原電池,使產(chǎn)生氫氣的速率增大。3.設(shè)計(jì)原電池。以Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag為依據(jù),設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。(1)明確兩極反應(yīng)。(2)選擇電極材料。(3)確定電解質(zhì)。

(4)畫裝置圖:注明電極材料和電解質(zhì)溶液成分。

①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時(shí),外電路電流從②流向①;①③相連時(shí),③為正極;②④相連時(shí),②上有氣泡逸出;③④相連時(shí),③的質(zhì)量減少。則這四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序是怎樣的?提示:①>③>④>②典例剖析利用反應(yīng)Zn+2FeCl3══ZnCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。在下圖方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖,并指出正極材料為

,電極反應(yīng)式為

;負(fù)極材料為

,電極反應(yīng)式為

。

答案:(實(shí)驗(yàn)裝置圖如下)

Pt(或石墨)

2Fe3++2e-══2Fe2+

Zn

Zn-2e-══Zn2+解析:一般來(lái)說(shuō),放出能量的自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成相應(yīng)的原電池。具體設(shè)計(jì)時(shí),先將氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)),然后根據(jù)構(gòu)成原電池的條件,選擇合適的電極材料及適宜的電解質(zhì)溶液,將兩電極用導(dǎo)線連接插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路,即可成功設(shè)計(jì)原電池。將Zn+2FeCl3══ZnCl2+2FeCl2拆分為Zn-2e-══Zn2+(氧化反應(yīng))和2Fe3++2e-══2Fe2+(還原反應(yīng));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)用鋅,則正極所用材料活動(dòng)性應(yīng)比鋅弱,為保證Fe3+在正極得電子,則電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液等易溶的鐵鹽溶液?！就卣寡由臁?/p>

利用反應(yīng)Fe+2Fe3+══3Fe2+,設(shè)計(jì)原電池。答案:學(xué)以致用已知某原電池的電極反應(yīng)是Fe-2e-══Fe2+,Cu2++2e-══Cu,據(jù)此設(shè)計(jì)該原電池,并回答問(wèn)題。圖1圖2(1)若原電池裝置為圖1,①電極材料A是

,B是

。(寫名稱)

②A電極觀察到的現(xiàn)象是

。

(2)若原電池裝置為圖2,①電極材料X可以是

(填字母,下同)。

A.鐵 B.銅 C.石墨②電解質(zhì)溶液Y是

。

A.FeSO4溶液B.CuSO4溶液 C.CuCl2溶液答案:(1)①銅(或其他合理答案)鐵②有紅色物質(zhì)析出(2)①BC

②BC隨堂訓(xùn)練1.下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是(

)。A.均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過(guò)程中,電子均由Zn電極經(jīng)導(dǎo)線流向Cu電極D.相同條件下,圖乙比圖甲的能量利用效率高答案:B解析:兩個(gè)裝置都為原電池裝置,均發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程,A項(xiàng)正確;根據(jù)原電池的工作原理,鋅比銅活潑,鋅作負(fù)極、銅作正極,銅本身不是反應(yīng)物,B項(xiàng)錯(cuò)誤;鋅作負(fù)極,電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,C項(xiàng)正確;圖乙裝置產(chǎn)生的電流在一段時(shí)間內(nèi)變化不大,但圖甲裝置產(chǎn)生的電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減,D項(xiàng)正確。2.某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是(

)。(鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊脂)A.電池工作中,鹽橋中的Cl-向負(fù)極移動(dòng)B.負(fù)極反應(yīng)式:2H++2e-══H2↑C.工作一段時(shí)間后,兩燒杯中溶液pH均不變D.Fe作正極,發(fā)生氧化反應(yīng)答案:A解析:根據(jù)原電池工作原理,陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),鹽橋的作用是構(gòu)成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷,所以Cl-向負(fù)極移動(dòng),A項(xiàng)正確。鐵作負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+,正極反應(yīng)式為2H++2e-══H2↑,B項(xiàng)錯(cuò)誤。左燒杯中溶液的pH基本不變,右燒杯中消耗H+,c(H+)減小,pH增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤?？傠姌O反應(yīng)式為Fe+2H+══Fe2++H2↑,鐵作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò),下列有關(guān)敘述正確的是(

)。A.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作一段時(shí)間后,甲池的c()減小C.電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加D.陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡C解析:Cu作正極,電極上發(fā)生還原反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;電池工作過(guò)程中,不參與電極反應(yīng),故甲池中的c()基本不變,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電池工作時(shí),甲池反應(yīng)為Zn-2e-══Zn2+,乙池反應(yīng)為Cu2++2e-══Cu,甲池中Zn2+會(huì)通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入乙池,以維持溶液中電荷平衡,由電極反應(yīng)式可知,乙池中每有64

g

Cu析出,則進(jìn)入乙池的Zn2+為65

g,溶液總質(zhì)量略有增加,C項(xiàng)正確;由題干信息可知,陰離子不能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜,D項(xiàng)錯(cuò)誤。4.如圖所示,甲和乙均是雙液原電池裝置。

下列說(shuō)法不正確的是(

)。A.甲中電池總反應(yīng)的離子方程式為Cd(s)+Co2+(aq)══Co(s)+Cd2+(aq)B.反應(yīng)2Ag(s)+Cd2+(aq)══Cd(s)+2Ag+