2025版高一化學(xué)必修第二冊（含不定項選擇）第六章 第一節(jié) 第2課時 原電池及工作原理

第2課時原電池及工作原理課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.能從氧化還原的角度初步認(rèn)識原電池的工作原理,認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。(宏觀辨識與微觀探析)2.能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實例,能辨識簡單原電池的構(gòu)成要素。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)3.能用生活中的材料制作簡易電池,探究干電池的構(gòu)成要素。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)厘清重點認(rèn)識構(gòu)成原電池的概念和工作原理,判斷原電池的正負(fù)極突破難點從微觀氧化還原角度認(rèn)識原電池的本質(zhì),對簡單原電池具備分析能力學(xué)習(xí)任務(wù)一:原電池原理必備知識·導(dǎo)學(xué)[引入]生活中處處離不開電,你知道電能的來源嗎?電動車電池又是怎樣工作的呢?一、火力發(fā)電——燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程二、原電池實驗探究【實驗6-3】實驗裝置實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論鋅片溶解,表面產(chǎn)生氣泡,銅片上無氣泡鋅與稀硫酸反應(yīng),銅與稀硫酸不反應(yīng)鋅片溶解,銅片上有氣泡鋅片參與反應(yīng),銅片上產(chǎn)生氫氣鋅片溶解,銅片上有氣泡,電流表指針偏轉(zhuǎn)該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.原電池工作原理(以鋅-銅-稀硫酸原電池為例)注意:電子不下水注意:離子不上岸3.原電池構(gòu)成條件[思考]原電池中可以將電解質(zhì)溶液換成酒精等非電解質(zhì)溶液嗎?提示:不可以。酒精等非電解質(zhì)溶液不能產(chǎn)生自由移動的離子,所以不能形成原電池。判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)HCl+NaOH===NaCl+H2O是放熱反應(yīng),可以設(shè)計成原電池。(×)提示:原電池的本質(zhì)為自發(fā)地氧化還原反應(yīng)。(2)原電池中正極材料一定發(fā)生還原反應(yīng)。(×)提示:原電池中正極一定發(fā)生還原反應(yīng),但電極一般不反應(yīng)。(3)在銅-鋅-稀硫酸原電池中,電子由鋅極通過導(dǎo)線流向銅極,再由銅極通過電解質(zhì)溶液到達(dá)鋅極。(×)提示:電子不下水,不能在電解質(zhì)溶液中移動。(4)原電池中陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)極移動。(√)提示:離子運(yùn)動方向為陽正陰負(fù)。(5)原電池中負(fù)極材料參加反應(yīng)時,其金屬活動性一定比正極強(qiáng)。(×)提示:例如Al-Mg(NaOH溶液),Mg比Al活潑,但是Al作負(fù)極,是否作負(fù)極主要是正確判斷自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。核心要點·歸納1.原電池裝置的判斷——四看一看本質(zhì):有無自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生;二看電極:兩極為導(dǎo)體,且存在活潑性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極);三看溶液:兩極插入電解質(zhì)溶液中;四看回路:形成閉合回路。2.原電池正、負(fù)極的判斷微點撥·拓教材雙液原電池:由兩個半電池組成鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液,瓊膠的作用是防止管中溶液流出,又能使K+和Cl-能在瓊膠內(nèi)自由移動。優(yōu)點:能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。學(xué)力診斷·測評1.如圖所示8個裝置中,能形成原電池的是()A.①②④B.③④⑤C.①⑥⑧D.④⑥⑦【解析】選D。①②不存在兩個電極,不是原電池;③兩個電極相同,不是原電池;④滿足原電池的構(gòu)成條件,是原電池;⑤酒精是非電解質(zhì),不是原電池;⑥滿足原電池的構(gòu)成條件,是原電池;⑦滿足原電池的構(gòu)成條件,是原電池;⑧未構(gòu)成閉合回路,不是原電池。2.西紅柿中含有礦物鹽、有機(jī)酸等,某同學(xué)利用題圖所示裝置探究原電池原理。下列說法正確的是()A.Zn電極是該電池的正極B.Cu電極表面產(chǎn)生的氣體是H2C.電子經(jīng)外電路由Cu電極流入Zn電極D.該裝置可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能【解析】選B。Zn比Cu活潑,如圖所示裝置探究中,Zn作負(fù)極,A錯誤;Cu作正極,H+在正極得到電子生成H2,B正確;Zn作負(fù)極,Cu作正極,電子經(jīng)外電路由Zn電極流入Cu電極,C錯誤;該裝置是原電池,該裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,D錯誤。3.(2024·東營高一檢測)如圖所示,電流計發(fā)生偏轉(zhuǎn),同時A極逐漸變細(xì),B極逐漸變粗,C為電解質(zhì)溶液,則A、B、C應(yīng)是下列各組中的()A.A是Zn、B是Zn、C為稀硫酸B.A是Cu、B是Ag、C為稀硫酸C.A是Fe、B是Ag、C為AgNO3溶液D.A是Ag、B是Fe、C為AgNO3溶液【解析】選C。A.A是Zn、B是Zn、C為稀硫酸,兩個電極相同,不能構(gòu)成原電池,故不選A;B.A是Cu、B是Ag、C為稀硫酸,Cu、Ag與稀硫酸均不反應(yīng),不能構(gòu)成原電池,故不選B;C.A是Fe、B是Ag、C為AgNO3溶液,Fe的活潑性大于Ag,Fe作負(fù)極、Ag作正極,負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+,負(fù)極變細(xì);正極:2Ag++2e-===2Ag,正極變粗,故選C;D.A是Ag、B是Fe、C為AgNO3溶液,Fe的活潑性大于Ag,Fe作負(fù)極、Ag作正極,該項與題意不符,故不選D?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示是Zn和Cu形成的原電池,某實驗興趣小組做完實驗后,記錄如下,其中描述合理的是()①Zn為正極,Cu為負(fù)極②H+向負(fù)極移動③電子流動方向:從Zn經(jīng)外電路流向Cu④Cu極上有H2產(chǎn)生⑤Zn極上發(fā)生氧化反應(yīng)⑥正極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+A.①②③ B.③④⑤C.④⑤⑥ D.②③④【解析】選B。在該原電池中,Zn比Cu活潑,故Zn作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),負(fù)極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+,①、⑥錯誤,⑤正確;Cu作正極,電子由Zn流出經(jīng)外電路流向銅片,正極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,在溶液中H+向正極移動,②錯誤,③、④正確。學(xué)習(xí)任務(wù)二:原電池正負(fù)極的判斷及電極反應(yīng)式書寫必備知識·探究某化學(xué)興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用,設(shè)計并進(jìn)行了以下一系列實驗,實驗結(jié)果記錄如下。編號電極材料電解質(zhì)溶液電流表指針偏轉(zhuǎn)方向①Al、Mg稀鹽酸偏向Al②Al、Cu稀鹽酸偏向Cu③Al、C(石墨)稀鹽酸偏向石墨④Al、Mg氫氧化鈉溶液偏向Mg⑤Al、Zn冷濃硝酸偏向Al根據(jù)上表中的實驗現(xiàn)象回答下列問題:(1)實驗①、②中,Al所作的電極是否相同?寫出實驗①中正極、負(fù)極的電極反應(yīng)式。提示:不同;負(fù)極:Mg-2e-===Mg2+,正極:2H++2e-===H2↑。(2)實驗③中Al作哪一極?寫出Al電極的電極反應(yīng)式。提示:負(fù)極;Al-3e-===Al3+。(3)實驗④中的Al作哪一極?試解釋原因并寫出鋁電極的電極反應(yīng)式。提示:負(fù)極;Al與NaOH溶液自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng),而Mg與NaOH溶液不反應(yīng);Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-。(4)解釋實驗⑤中電流表指針偏向Al的原因。提示:鋁在冷濃硝酸中形成致密氧化物薄膜,Zn在濃硝酸中發(fā)生反應(yīng),即在濃硝酸中Al作原電池的正極。(5)根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負(fù)極的因素。提示:另一個電極材料的活動性、電解質(zhì)溶液等。核心要點·歸納電極反應(yīng)式書寫方法——四步法學(xué)力診斷·測評1.如圖所示為發(fā)光二極管連接檸檬電池。下列說法不正確的是()A.該裝置的能量轉(zhuǎn)化形式主要為化學(xué)能→電能B.電子的流向:Zn→外電路→Cu→檸檬液→ZnC.鋅片是負(fù)極,質(zhì)量不斷減小D.銅片上的電極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑【解析】選B。該裝置的能量轉(zhuǎn)化是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A正確;鋅為負(fù)極,銅為正極,電子從鋅流出,經(jīng)過外電路,流向銅,電子不能通過溶液,B錯誤;鋅為負(fù)極,反應(yīng)生成鋅離子,質(zhì)量不斷減小,C正確;銅為正極,溶液中的氫離子得到電子生成氫氣,D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖所示電流計的指針會偏轉(zhuǎn),M極變粗,N極變細(xì)。符合這種現(xiàn)象的是()A.M是銅,N是鋅,R是硫酸B.M是鋅,N是銅,R是硫酸銅溶液C.M是銀,N是鋅,R是硝酸銀溶液D.M是鐵,N是銅,R是硝酸銅溶液【解析】選C。M極變粗,N極變細(xì),說明M極是正極,N極是負(fù)極,電解質(zhì)溶液中的金屬離子要在正極上被還原,析出金屬單質(zhì)。M極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,無法析出金屬單質(zhì),故A不符合題意;鋅比銅活潑,作負(fù)極,M極變細(xì),故B不符合題意;N極是鋅,發(fā)生的電極反應(yīng)式為Zn-2e-===Zn2+,鋅逐漸溶解,N極變細(xì),M極發(fā)生的電極反應(yīng)式為Ag++e-===Ag,M極變粗,故C符合題意;鐵比銅活潑,作負(fù)極,發(fā)生的電極反應(yīng)式為Fe-2e-===Fe2+,M極變細(xì),故D不符合題意。2.(2024·淄博高一檢測)實驗探究是提高學(xué)習(xí)效果的有力手段。某同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理,下列說法錯誤的是()A.若將圖1裝置的Zn、Cu下端接觸,Zn片逐漸溶解,Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B.圖2中H+向Zn片移動C.若將圖2中的Zn片改為Mg片,Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D.圖2中Cu電極產(chǎn)生H2,圖3中Cu電極產(chǎn)生Cu【解析】選B。Zn、Cu直接接觸就能構(gòu)成閉合回路而形成原電池,Zn片逐漸溶解,Cu片上可看到有氣泡產(chǎn)生,A正確;圖2中原電池工作時,Zn作負(fù)極,Cu作正極,H+帶正電荷,應(yīng)該向正極Cu片移動,B錯誤;由于Mg的失電子能力強(qiáng)于Zn,所以將Zn片改為Mg片后,電子轉(zhuǎn)移速率加快,生成H2的速率也加快,C正確;圖2中負(fù)極消耗Zn,正極產(chǎn)生H2,而圖3中負(fù)極消耗Zn,正極析出Cu,D正確。[規(guī)律]其他條件相同時,電極活潑性差別越大,反應(yīng)越劇烈。3.寫出下列原電池的電極反應(yīng)和總反應(yīng)(屬于離子反應(yīng)的,用離子方程式表示)。項目負(fù)極正極電解質(zhì)溶液(1)鐵銅稀硫酸(2)銅銀AgNO3溶液(3)銅石墨FeCl3溶液(1)負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+;

正極:2H++2e-===H2↑;

總反應(yīng)式:Fe+2H+===Fe2++H2↑。

【解析】(1)Fe作負(fù)極失2e-,被氧化生成Fe2+,溶液中H+得到電子被還原為H2。(2)負(fù)極:Cu-2e-===Cu2+;

正極:2Ag++2e-===2Ag;

總反應(yīng)式:Cu+2Ag+===Cu2++2Ag。

【解析】(2)Cu作負(fù)極失2e-,被氧化生成Cu2+,溶液中的Ag+得到電子被還原為Ag。(3)負(fù)極:Cu-2e-===Cu2+;

正極:2Fe3++2e-===2Fe2+;

總反應(yīng)式:2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。

【解析】(3)Cu作負(fù)極失2e-,被氧化生成Cu2+,Fe3+得e-被還原為Fe2+。[易錯提醒]書寫電極反應(yīng)的基本規(guī)則(1)兩極得失電子數(shù)目相等。(2)電極反應(yīng)式常用“===”表示,不用“→”表示。(3)電極反應(yīng)式中若有氣體生成,需加“↑”;而有固體生成時,由于固體附著在電極上,不必加“↓”。(4)書寫電極反應(yīng)式時要保證電荷守恒、元素守恒,可在電極反應(yīng)式一端根據(jù)需要添加H+、OH-或H2O。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下面是四個化學(xué)反應(yīng),你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是()A.2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑B.Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑C.Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2+2NH3↑D.4Al+3O2+6H2O===4Al(OH)3【解析】選C。A、B、D屬于能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),均可以設(shè)計為原電池。C不屬于氧化還原反應(yīng),不能設(shè)計成原電池。2.(雙選)利用下列裝置和表中物質(zhì)(M和N的形狀、大小完全一致)組合能產(chǎn)生持續(xù)電流,且鋁發(fā)生氧化反應(yīng)的是()選項MNPAAlCu稀鹽酸BAl石墨濃硫酸CAl鎂NaOH溶液DAl鐵酒精【解析】選A、C。A.能構(gòu)成原電池,Al作負(fù)極,故選A;B.常溫下,Al遇濃硫酸發(fā)生鈍化,不能產(chǎn)生持續(xù)電流,故不選B;C.Al能與NaOH溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng),鎂不能與NaOH溶液反應(yīng),能形成原電池,持續(xù)產(chǎn)生電流且Al作負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),故選C;D.酒精是非電解質(zhì),不導(dǎo)電,不能構(gòu)成原電池,不能產(chǎn)生持續(xù)電流,故不選D。3.某原電池的總反應(yīng)是Fe+Cu2+===Fe2++Cu,該原電池的正確組成是()【解析】選C。根據(jù)電池反應(yīng)知,鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)作負(fù)極,電解質(zhì)溶液中應(yīng)含有銅離子,選擇活潑性較弱的銅或石墨(C)等導(dǎo)體作正極,故C項符合題意。4.根據(jù)原電池原理,結(jié)合裝置圖,按要求解答問題:(1)若X為Zn,Y為硫酸銅溶液,則X為負(fù)極(填電極名稱),判斷依據(jù):鋅的活潑性比銅強(qiáng)(或Zn的還原性