1、第一节原电池第一课时原电池的工作原理明课程标准扣核心素养1.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。2能正确判断原电池的电极并书写电极反应式。3认识化学能转化成电能的实际意义及其重要应用。1.宏观辨识与微观探析：能从宏观与微观相结合的角度认识原电池的构成条件及工作原理。2证据推理与模型认知：能利用原电池的理论模型，建立对原电池装置的系统分析的思维模板，并能解决相关实际问题。用锌片、铜片、CuSO4溶液、ZnSO4溶液及装有KCl饱和溶液的盐桥组成下面甲、乙两套装置，观察到甲、乙两装置中的电流表的指针均发生了偏转。问题探讨1装置乙中取出盐桥，电流表的指针如何变化？为什么会出现这种现象？
2、提示：取出盐桥，装置乙中电流表的指针不再发生偏转；取出盐桥后，不能形成闭合回路，不能形成原电池，故电流表指针停止偏转。2装置乙是由两个半电池组成，请指出原电池的正、负极，并写出电极反应式。提示：Zn电极为负极，电极反应式为Zn2e=Zn2；Cu电极为正极，电极反应式为Cu22e=Cu。3装置乙中电子在导线中的移动方向是怎样的？盐桥中的K、Cl的移动方向是怎样的？提示：电子的移动方向是Zn(负极)电流表Cu(正极)；盐桥中的Cl移向负极，K移向正极。4装置乙中，盐桥的作用是什么？提示：形成闭合回路；保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生。5装置甲中观察到锌片逐渐溶解，表面有少量红色固体析出，该
3、红色固体的成分是什么？装置甲的最大缺点是什么？提示：红色固体物质是铜；装置甲中Zn片与CuSO4溶液直接接触发生反应，造成一部分负极材料Zn的损耗，故装置甲中产生的电量少。1原电池(1)概念：将化学能转化为电能的装置。(2)实质：利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。2原电池的构成条件 3原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转电极名称Zn电极负极Cu电极正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu总反应式ZnCu2=Zn2Cu4盐桥的作用盐桥在原电池中起导电作用，使
4、整个装置形成闭合回路，盐桥导电利用的是阴、阳离子的定向移动，使电解质溶液保持电中性，从而使原电池能相对持续、稳定地产生电流。名师点拨(1)自发进行的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液发生的反应，也可能是电极与溶液中溶解的O2等发生的反应，如将铁与石墨相连浸入食盐水中，Fe与O2发生反应。(2)电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动；离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动。原电池中的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象的描述为“电子不下水，离子不上岸”。(3)带盐桥的原电池装置中，负极半电池：还原性强的材料作负极，失去电子被氧化；正极半电池：电解质溶液中氧化性强的
5、离子在正极得到电子被还原，其中盐桥不能用导线代替。1下列关于原电池的叙述中正确的是()A构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属B原电池是将化学能转化为电能的装置C原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应D原电池放电时，电流从负极流向正极解析：选B原电池的电极材料可以是金属，也可以是能导电的非金属等；原电池是将化学能转化为电能的装置；原电池工作时，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；原电池放电时电流从正极流向负极。2下列关于如图所示装置的说法错误的是()A铜电极是负极B铜电极上发生的反应为Cu2e=Cu2C外电路中的电流是从银电极流向铜电极D盐桥中的阴离子会进入硝酸银溶液解析：选
6、D铜电极是负极，发生的反应为Cu2e=Cu2，A、B正确；铜是负极，银是正极，外电路中的电流是从银电极流向铜电极，C正确；原电池中，阴离子移向负极，则盐桥中的阴离子会进入硫酸铜溶液，D错误。1加快化学反应的进行(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应速率加快。(2)应用：实验室中用Zn与稀H2SO4反应制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的Cu、稀H2SO4构成了原电池，加快了反应的进行。2比较金属的活动性强弱(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属作极，活动性较弱的金属作极。(2)应用：A、B两种金属
7、用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上有气泡冒出，则金属活动性：AB。3利用原电池原理设计原电池原电池装置的设计思路是“两极一液一连线”。以FeCuSO4=FeSO4Cu反应为例，原电池装置设计思路如下。第一步：将电池总反应拆成两个半反应，分别作原电池的负极和正极的反应。电极反应式分别为负极：Fe2e=Fe2，正极：Cu22e=Cu。第二步：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。负极材料：失电子的物质(还原剂)作负极材料，即Fe。正极材料：比负极材料金属活动性弱的金属或非金属导体作正极材料，如Cu、Ag或C等。电解质溶液：含有氧化剂的物质作电解质，即CuSO4溶液，如果两个半反应分别
8、在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。第三步：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液，如图。名师点拨(1)通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属 用导线相连需浸入非氧化性酸中(如稀H2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如MgAlNaOH溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：MgAl。(2)设计原电池时，正极材料若无合适的金属，则可用石墨棒作正极，如将反应2FeCl3Fe=3FeCl2设计成原电池时，用铁作负极，石墨棒作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。(3)设计原电池时，若氧化还原
9、反应中无明确的电解液，可以用水作电解液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。110 mL浓度为1 molL1的硫酸与过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成的氢气的总量，可采用的方法是()A加入适量的3 molL1的硫酸B加入适量的蒸馏水C加入数滴硫酸铜溶液D加入适量的硫酸钠溶液解析：选C向溶液中再加入硫酸，H的物质的量增加，生成的H2的总量也增加，A错误；向原溶液中加入水或硫酸钠溶液都会使溶液中H的浓度下降，反应速率变慢，B、D错误；加硫酸铜溶液后，锌置换出的少量铜附着在锌片上，形成了锌铜原电池，使反应速率加快，又因为锌过量，所以生成的H2的总量取决于硫酸的量，硫酸的物质
10、的量不变化，生成H2的总量不受影响，C正确。2有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()AabcdBbcdaCdabc Dabdc解析：选C由第一个装置中a极质量减小，可知a极是负极，金属活动性：ab；对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性：bc；第三个装置中d极溶解，可知金属活动性：dc；由第四个装置中电流从ad，则电子从da，故金属活动性：da。综上分析知四种金属的活动性顺序为dabc。3已知某原电池的电极反应式
11、分别为Fe2e=Fe2，Cu22e=Cu，据此设计该原电池，并回答下列问题。(1)若原电池装置为图中甲：电极材料A是_，B是_。(写名称)观察到A电极的现象是_ _。(2)若原电池装置为图中乙：电极材料X是_(填字母，下同)。a铁 b铜c石墨电解质Y是_。aFeSO4 cCuSO4 cCuCl2解析：(1)甲装置是把Fe与Cu2分开，即电极材料A为Cu或石墨，B为铁；A电极为正极，电极反应式为Cu22e=Cu，现象是A电极上有红色物质析出(或A电极变粗)。(2)根据原电池的构成条件知，铁作负极，X为正极，电极材料X的金属性比Fe弱，可以是Cu或石墨，故b、c正确；根据题意知，正极的电极反应式为
12、Cu22e=Cu，则电解质溶液中含有Cu2，因此b、c正确。答案：(1)铜(或石墨)铁有红色物质析出(或变粗)(2)bcbc设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)，铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。提示：(下列三幅图中，作出任意一幅即可)(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极有什么现象？提示：电极逐渐溶解。(3)甲、乙两种原电池中更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因
13、是_。提示：甲；乙池的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；甲池的负极不与所接触的电解质溶液发生化学反应，化学能在转化为电能时损耗较小。设计原电池的思路构成原电池的基本条件，也是进行原电池设计的基本依据。名师点拨(1)电极材料的选择：负极一般是活泼的金属材料，正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。(2)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属阳离子。1下列反应理论上能用于设计成原电池的个数为()HClNaOH=NaClH2OH02CH3OH(l)
14、3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H04Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H02H2(g)O2(g)=2H2O(l)H0A1个B2个C3个 D4个解析：选C不是氧化还原反应，不能设计成原电池，不选；2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H0是能自发进行的放热的氧化还原反应，能设计成原电池，故要选；4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0是能自发进行的放热的氧化还原反应，能设计成原电池，故要选；2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H0是能自发进行的放热的氧化还原反应，能设计成原电池，故要选。2试用
15、Zn2H=Zn2H2的反应设计原电池。(1)原电池中使用的电解质溶液是_；(2)写出电极反应式：负极：_，正极：_；(3)在方框中画出此原电池的构造图，并标出电极材料的名称。解析：根据原电池的总反应：Zn2H=Zn2H2，确定其电解液为稀硫酸或稀盐酸，注意不能用弱酸或硝酸；负极(锌片)上发生氧化反应：Zn2e=Zn2；正极(碳棒、铜片等比锌片活动性弱的金属)发生还原反应：2H2e=H2；其原电池构造图如下：答案：(1)稀硫酸或稀盐酸(2)Zn2e=Zn22H2e=H2(3)见解析图分级训练课课过关_1下列有关原电池的说法正确的是()ACaOH2O=Ca(OH)2，反应放出大量的热，可把该反应设
16、计成原电池，把其中的化学能转化为电能B在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液(稀H2SO4)形成闭合回路，所以有电流产生C在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极发生氧化反应D在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应解析：选C反应CaOH2O=Ca(OH)2放出大量的热，但不属于氧化还原反应，因此不能把该反应设计成原电池，A错误；原电池中电子不能通过电解质溶液，只能通过导线传递，B错误；在原电池中电子流出的一极是负极，该电极发生失电子的氧化反应，C正确；在原电池中，正极材料本身可能参与电极反应，例如铅蓄电池，负极材料本身不一定要发生氧化反应，例如氢氧燃料电池
17、等，D错误。2锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法正确的是()A.铜片作负极B锌电极的反应式：Zn22e=ZnC电子从锌片流向铜片D盐桥的作用是传递电子解析：选CA项，Zn易失电子发生氧化反应而作负极，错误；B项，Zn易失电子发生氧化反应，锌电极的反应式：Zn2e=Zn2，错误；C项，铜作正极，电子由Zn片流向Cu片，正确；D项，盐桥的作用是传递离子，电子不能通过溶液，错误。3有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由
18、强到弱的顺序是()ADCABBDABCCDBAC DBADC解析：选B将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，该装置构成了原电池，原电池中较活泼的金属作负极，负极上金属失电子生成金属阳离子进入溶液而被腐蚀，较不活泼的金属作正极而不易腐蚀，B不易腐蚀，所以金属活动性：AB；金属和酸反应，较活泼的金属与酸反应较剧烈，将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，所以金属活动性：DA；金属之间的置换反应中，较活泼金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化，所以金属活动性：BCu；金属之间的置换反应中，较活泼金属能置换出较不活泼的金属，把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出，说明金属
19、活动性：CuC。所以它们的活动性由强到弱的顺序是DABC。4下列有关原电池的说法中正确的是()A2H2O2H2O2可设计成原电池BAl、Mg作原电池电极时，Al一定作正极C原电池工作时，阳离子向正极移动D原电池中氧化物不能作电极解析：选C2H2O2H2O2属于非自发的吸热反应，因此不能设计成原电池，A错误；Al、Mg作原电池电极时，Al不一定作正极，比如电解质是氢氧化钠溶液时，则铝是负极，B错误；原电池工作时电子从负极通过导线流向正极，溶液中阳离子向正极移动，C正确；原电池中氧化物可以作电极，例如铅蓄电池中二氧化铅作正极，D错误。5.如图所示是Zn和Cu组成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，
20、在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是()Cu为负极，Zn为正极；Cu极上有气泡产生，发生还原反应；SO向Cu极移动；若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体；正极反应式：Cu2e=Cu2，发生氧化反应；电子的流向：CuZnABC D解析：选D锌和铜组成的原电池中，锌为负极，铜为正极，故错误；铜为正极，溶液中的氢离子得到电子生成氢气，发生还原反应，故正确；SO向锌极移动，故错误；当有2 mol电子转移时，生成1 mol氢气，所以当有0.5 mol电子转移时，生成0.25 mol氢气，故正确；铜为正极，H在正极发生还原反应，电极反应式为2H2e=H2，故错误；电子从锌电
21、极经过导线流向铜电极，故错误。6以下甲、乙、丙为探究原电池原理的有关装置，试回答下列问题：(1)甲中预计可以观察到的现象是铜片上_(填“有”或“没有”)气泡产生，锌片上_(填“有”或“没有”)气泡产生。(2)乙中锌为原电池的_极，电极反应是_；铜为原电池的_极，电极反应是_。原电池总反应为_。(3)丙中电流计A的指针是否发生偏转：_(填“是”或“否”)。解析：(1)甲中由于Cu的活动性在H元素的后边，不能把酸中的H置换出来，所以预计可以观察到的现象是铜片上无气泡产生；Zn可以把酸中的H置换出来，因此锌片上有气泡产生。(2)乙中构成了原电池，由于金属活动性：ZnCu，所以锌为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应是Zn2e=Zn2；铜为原电池的正极，在正极上溶液中的H得到电子，发生还原反应，电极反应是2H2e=H2；该原电池的总反应是Zn2H=Zn2H2。(3)丙中由于乙醇是非电解质，不能构成原电池，因此电流计A的指针不发生偏转。答案：(1)没有有(2)负极Zn2e=Zn2正极2H2e=H2Zn2H=Zn2H2(3)否12
