高中化學(xué)化學(xué)反應(yīng)原理學(xué)案131原電池的工作原理

第3節(jié)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)習(xí)目標(biāo)定位]1.以銅鋅原電池為例，熟悉原電池的工作原理。2.會(huì)正確判斷原電池的正極和負(fù)極。3.學(xué)會(huì)原電池電極反應(yīng)式的書寫方法。一原電池的工作原理1.按右圖所示裝置，完成實(shí)驗(yàn)并回答下列問題：(1)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是①鋅片________，銅片________________，CuSO4溶液顏色________。②檢流計(jì)的指針________________，該裝置中的能量變化是________能轉(zhuǎn)化為____能。(2)電子流動(dòng)方向和電流方向①外電路：電子由________電極經(jīng)過導(dǎo)線流向______電極，電流由________電極流向________電極。②內(nèi)電路：電流由____電極流向____電極。(3)電極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)式是________________________________；正極反應(yīng)式是________________________________；總反應(yīng)式是___________________________。(4)用溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，其變化是________________________________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．按下圖所示裝置，完成實(shí)驗(yàn)，并回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)過程中，你能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_________________________________________________________________。(2)用溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，其結(jié)果是________________________________，由此可說明____________________________________________________________________。(3)離子移動(dòng)方向①硫酸鋅溶液中：________向鹽橋方向移動(dòng)；②硫酸銅溶液中：________向銅極方向移動(dòng)；③鹽橋中：K＋移向________極區(qū)(CuSO4溶液)，Cl－移向________極區(qū)(ZnSO4溶液)。(4)若取出裝置中的鹽橋，檢流計(jì)的指針是否還會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？為什么？3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：與問題1中的原電池裝置相比較，問題2中雙液原電池具有的特點(diǎn)是(1)具有鹽橋。取下鹽橋，無法形成________________，反應(yīng)不能進(jìn)行。(2)兩個(gè)半電池完全隔開，Cu2＋無法移向鋅片，防止____________與________反應(yīng)，有利于最大程度地將__________轉(zhuǎn)化為________。1.原電池的工作原理2．原電池正負(fù)極的判斷3．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。關(guān)鍵是選擇合適的電解質(zhì)溶液和兩個(gè)電極。(1)電解質(zhì)溶液：一般能與________反應(yīng)，或者溶解在溶液中的物質(zhì)(如O2)與________反應(yīng)。(2)電極材料：一般較活潑的金屬作為________，較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體作為________。1．關(guān)于下圖所示的原電池，下列說法正確的是()A．電子從鋅電極通過檢流計(jì)流向銅電極B．鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移C．鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)；銅電極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)是2H＋＋2e－=H2↑D．取出鹽橋后，檢流計(jì)仍會(huì)偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應(yīng)前后質(zhì)量不變2．根據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，畫出原電池示意圖并在圖中加入檢流計(jì)，注明電極材料名稱和電解質(zhì)溶液，其中鹽橋?yàn)轱柡蚄NO3瓊脂溶液。請(qǐng)回答下列問題：(1)銀電極為電池的________極，寫出兩電極的電極反應(yīng)式：Ag電極：________________________________________________________________；Cu電極：________________________________________________________________。(2)外電路中的電子是從________電極流向________電極。(3)鹽橋中向CuSO4溶液中遷移的離子是________(填字母)。A．K＋B．NOeq\o\al(－,3)C．Ag＋D．SOeq\o\al(2－,4)二原電池的電極判斷及電極反應(yīng)式的書寫1．原電池電極(正極、負(fù)極)的判斷依據(jù)有多種。試填寫下表：判斷依據(jù)正極負(fù)極電極材料電子流向電極反應(yīng)電極現(xiàn)象2.將鐵片、銅片用導(dǎo)線連接后，置于稀硫酸中，形成原電池，其正極反應(yīng)式________________________________________________________________________；負(fù)極反應(yīng)式____________________________________________________________；總反應(yīng)方程式___________________________________________________________。3．有一紐扣電池，其電極分別為Zn和Ag2O，以KOH溶液為電解質(zhì)溶液，電池的總反應(yīng)為Zn＋Ag2O＋H2O=2Ag＋Zn(OH)2。(1)Zn發(fā)生________反應(yīng)，是________極，電極反應(yīng)式是________________________________。(2)Ag2O發(fā)生________反應(yīng)，是________極，電極反應(yīng)式是____________________________。1.一般電極反應(yīng)式的書寫方法(1)定電極，標(biāo)得失。按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。(2)看環(huán)境，配守恒。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)讓其結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要依據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒、得失電子守恒等加以配平。(3)兩式加，驗(yàn)總式。兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證。2．已知電池總反應(yīng)式，書寫電極反應(yīng)式(1)分析化合價(jià)，確定正極、負(fù)極的反應(yīng)物與產(chǎn)物。(2)在電極反應(yīng)式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子守恒。(3)根據(jù)質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式。(4)eq\x(復(fù)雜電極反應(yīng)式)＝eq\x(總反應(yīng)式)－eq\x(簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式)3．利用反應(yīng)Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2設(shè)計(jì)成如下圖所示原電池，回答下列問題：(1)寫出電極反應(yīng)式：正極________________________________________________________________________；負(fù)極________________________________________________________________________。(2)圖中X溶液是________，Y溶液是________。(3)原電池工作時(shí)，鹽橋中的________(填“陽”或“陰”)離子向X溶液方向移動(dòng)。4．某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作為電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol·L－1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入6mol·L－1的NaOH溶液中，如圖所示。(1)寫出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極________________________________________________________________________，正極________________________________________________________________________。(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的反應(yīng)式：負(fù)極________________________________________________________________________，正極________________________________________________________________________?？偡磻?yīng)離子方程式為__________________________________________________________。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－=Ag③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)與該原電池反應(yīng)相同A．①②B．②③C．②④D．③④2．某小組為研究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)了如圖所示裝置。下列敘述不正確的是()A．a(chǎn)和b不連接時(shí)，鐵片上會(huì)有金屬銅析出B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí)，銅片上發(fā)生的反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=CuC．無論a和b是否連接，鐵片均會(huì)溶解，溶液均從藍(lán)色逐漸變成淺綠色D．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接后，電流由鐵電極經(jīng)導(dǎo)線流向銅電極3．某電池的總反應(yīng)為Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()正極負(fù)極電解質(zhì)溶液ACuFeFeCl3溶液BCFeFe(NO3)2溶液CFeZnFe2(SO4)3溶液DAgFeCuSO4溶液4.某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是()A．Fe為正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶液pH均不變C．負(fù)極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑D．工作一段時(shí)間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大5．(1)向等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b中分別加入過量的稀H2SO4，同時(shí)向a中加入少量CuSO4溶液，下列產(chǎn)生氫氣的體積(V)與時(shí)間(t)的關(guān)系基本正確的是________。(2)利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其正極電極反應(yīng)式為______________________________________________________________________________________________________________________________。

答案精析一新知導(dǎo)學(xué)1．(1)溶解加厚變亮變淺②發(fā)生偏轉(zhuǎn)化學(xué)電(2)①鋅銅銅鋅②鋅銅(3)Zn－2e－=Zn2＋Cu2＋＋2e－=CuZn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu(4)溶液的溫度略有升高還有部分Cu2＋直接在鋅電極上得電子被還原，部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能2．(1)①鋅片溶解，銅片加厚變亮；②檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；③CuSO4溶液的顏色變淺(2)溶液的溫度不升高(或無變化)CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向鋅片得電子被還原(3)①Zn2＋②Cu2＋③正負(fù)(4)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閉合回路，若取出鹽橋，很顯然該裝置未構(gòu)成閉合回路，檢流計(jì)指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。3．(1)閉合回路(2)負(fù)極ZnCu2＋化學(xué)能電能歸納總結(jié)1．氧化反應(yīng)電流還原反應(yīng)陰陽2．(從上到下，從左到右)弱入出陽還原強(qiáng)出入陰氧化3．(1)負(fù)極負(fù)極(2)負(fù)極正極活學(xué)活用1．A2.(1)正2Ag＋＋2e－=2AgCu－2e－=Cu2＋(2)CuAg(3)B解析由反應(yīng)方程式可知，該電池的電極反應(yīng)式為正極：2Ag＋＋2e－=2Ag，負(fù)極：Cu－2e－=Cu2＋。所以負(fù)極應(yīng)為Cu，正極為Ag，電解質(zhì)溶液應(yīng)為CuSO4溶液和AgNO3溶液，外電路中的電子從Cu極流向Ag極。鹽橋中的K＋移向正極(Ag極)，NOeq\o\al(－,3)移向負(fù)極(Cu極)。二新知導(dǎo)學(xué)1．(從左到右，從上到下)不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體活潑金屬電子流入電子流出還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電極增重或產(chǎn)生氣體電極減輕2．2H＋＋2e－=H2↑Fe－2e－=Fe2＋Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑解析負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。根據(jù)活潑性，鐵為負(fù)極。3．(1)氧化負(fù)Zn－2e－=Zn2＋(2)還原正Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－活學(xué)活用3．(1)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋Cu－2e－=Cu2＋(2)FeCl3CuCl2(3)陽解析該原電池中Cu為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋；C為正極，電極反應(yīng)式為2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。X應(yīng)為FeCl3溶液，Y應(yīng)為CuCl2溶液。原電池工作時(shí)，鹽橋中的陽離子向正極(C)移動(dòng)。4．(1)Mg－2e－=Mg2＋2H＋＋2e－=H2↑(2)2Al＋8OH－－6e－=2[Al(OH)4]－6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑2Al＋2OH－＋6H2O=2[Al(OH)4]－＋3H2↑解析(1)甲池中電池總反應(yīng)方程式為Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑，Mg為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg－2e－=Mg2＋；Al為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑。(2)乙池中電池總反應(yīng)方程式為2Al＋2NaOH＋