1、第二单元 化学能与电能的转化 基础课时4 原电池的工作原理 专题一 化学反应与能量变化 学 习任 务1通过以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2通过进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。必备知识自主预习储备 NO.1一、原电池的工作原理1回顾必修教材中原电池的构造与工作原理 铜锌原电池如图所示，请回答下列问题：(1)有关的实验现象 锌片逐渐，铜片逐渐，硫酸铜溶液颜色；
2、电 流 计 的 指 针，装 置 中 的 能 量 变 化是。溶解加厚变亮变浅发生偏转化学能转化为电能(2)电极名称和电极反应 锌电极为极，发生反应，电极反应式是 Zn2e=Zn2；铜电极为极，发生反应，电极反应式是 Cu22e=Cu；电池总反应的离子方程式是 ZnCu2=Zn2Cu。负氧化正还原(3)电子流动方向和电流方向 外电路：电子由电极经过导线流向电极，电流由电极经导线流向电极；内电路：阳离子移向，阴离子移向。(4)原电池构成的条件：具有不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入中，且能自发地发生氧化还原反应。锌铜铜锌铜电极(正极)锌电极(负极)活动性电解质溶液或熔融电解质2实验探究：
3、锌和硫酸铜溶液反应中能量转化 操作向一支小烧杯中加入 1.0 molL1CuSO4 溶液约 30 mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度 现象Zn 逐渐，有物质生成，溶液温度，颜色 能量转化化学能转化为_ 原因解释Zn 把电子直接传递给 Cu2，离子方程式：_ 溶解红色升高变浅热能ZnCu2=Zn2Cu3实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)装置示意图 现象锌片，铜片上，电流表指针发生能量转换转化为 微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的失去电子形成进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的获得电子变成沉积在铜片上 逐渐溶解有红色物质生成偏转化学能电能ZnZn2Cu2Cu电子或离子移动方向电子：
4、极流向极 盐桥：移向 ZnSO4 溶液，移向 CuSO4溶液 负极：Zn2e=Zn2(反应)正极：Cu22e=Cu(反应)工作原理，电极反应式总反应：ZnCu2=Zn2Cu 负正ClK氧化还原【特别提醒】(1)盐桥(以铜锌原电池为例)的理解 成分：含有 KCl 饱和溶液的琼脂。离子移动方向：Cl移向 ZnSO4 溶液(负极区)，K移向 CuSO4溶液(正极区)。作用：a使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。b避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。(2)原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。(正确的打“”，错误的打“”)(1)原电池中电流的方
5、向是负极导线正极()(2)原电池中负极发生的反应是还原反应()(3)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极()(4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极()(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属()二、实验探究原电池的设计 请根据离子反应 FeCu2=Fe2Cu 设计一个原电池 1将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极的电极反应式。负极：；正极：。Cu22e=CuFe2e=Fe22确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；如为气体(如 H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如 Pt、碳棒)作负极。发生还原反应的电极材
6、料一般不如负极材料活泼。本例中可用铁作负极，用铜作正极。3确定电解质溶液(1)负极区用作电解液；(2)正极区用作电解液；(3)如果原电池中没有盐桥，可用作电解液。4构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。CuCl2溶液FeCl2溶液CuCl2溶液5确定装置图 无盐桥 有盐桥关键能力情境探究达成 NO.2学习任务1 学习任务2 原电池的工作原理、正负极的判断及电极反应式的书写A B(注：盐桥中装有 KCl 饱和溶液的琼脂)如图是某原电池装置示意图，结合本图讨论原电池的工作原理、正负极的判断及电极反应式的书写。问题 1 盐桥的作用是什么？盐桥中阴阳离子的运动方向是怎样的？提示 作用：使两
7、个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。离子移动方向：Cl移向 CuCl2 溶液，K移向 FeCl3 溶液。问题 2 在该原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？提示 由于金属 Cu 比金属 Pt 活泼，Cu 失去电子，电子通过导线流向铂片。电子不能通过电解质溶液。在 A 中，盐桥中的 K移向 FeCl3 溶液，在 B 中，盐桥中的 Cl移向 CuCl2 溶液，导线中电子的定向移动形成电流，溶液中阴、阳离子的定向移动形成电流。问题 3 在该原电池中，得失电子的物质是什么？各发生什么反应类型？P
8、t 和 Cu 各为什么电极？提示 Cu 失电子发生氧化反应、FeCl3 溶液中 Fe3得电子发生还原反应；Pt 为正极，Cu 为负极。问题 4 写出 Pt 和 Cu 的电极反应式及该原电池的总反应。提示 Pt：Fe3e=Fe2 Cu：Cu2e=Cu2 总反应为 2Fe3Cu=Cu22Fe2。1原电池工作原理示意图 轻巧记忆(锌铜原电池工作原理)：2原电池正负极的判断 3原电池的电极材料“两注意”(1)注意电解质溶液对电极类型的影响 一般较活泼金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池，则是较不活泼的金属作负极。例如：镁铝电极在稀硫酸中构成
9、原电池，镁为负极，铝为正极；但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。(2)注意电极材料是否参与反应 负极材料不一定参与反应，如燃料电池；负极和正极材料都参与反应，如铅蓄电池。4一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。(2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的 H应让其结合 OH生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。(3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。5已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负
10、极的反应物与反应产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。1分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中 Mg 作为负极，中 Fe 作为负极 B中 Mg 作为正极，电极反应式为 6H2O6e=6OH3H2 C中 Fe 作为负极，电极反应式为 Fe2e=Fe2 D中 Cu 作为正极，电极反应式为 2H2e=H2 B Mg 比 Al 活泼，在中 Mg 作负极，但在 NaOH 溶液中，Mg 不反应，而 Al 可以反应，故中 Al 是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故 Cu 为负极，Fe 为正极。在
11、中由于不断向 Cu 极附近通入空气，而 O2 比溶液中的 H得电子能力强，故 Fe 失去电子，在 Cu 极O2 得到电子发生还原反应，电极反应式为 O22H2O4e=4OH。2某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O，盐桥中装有饱和 K2SO4 溶液。下列叙述中正确的是()甲 乙 A甲烧杯中溶液的 pH 逐渐减小 B乙烧杯中发生还原反应 C外电路的电流方向是从 a 到 b D电池工作时，盐桥中的 SO24 移向甲烧杯 C 甲烧杯中发生的电极反应为 MnO4 8H5e=Mn24H2O，氢离子浓度
12、减小，导致溶液的 pH 增大，A 项错误；a 电极发生还原反应，Mn 元素的化合价降低，电极反应式为 MnO4 8H5e=Mn24H2O，b 电极亚铁离子失去电子发生氧化反应，Fe2e=Fe3，B 项错误；由上述分析可知，a 为正极，b 为负极，则电流方向为从 a 到 b，C 项正确；阴离子向负极移动，则盐桥中的SO24 移向乙烧杯，D 项错误。原电池原理的应用如图所示，铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里，电流表中有电流通过，可以构成原电池，那么怎样设计原电池呢？怎样加快氧化还原反应的速率呢？怎样比较金属活动性的强弱呢？问题 1 锌与 H2SO4 反应制 H2 时向溶液中加少量 CuSO
13、4 溶液后为什么反应速率加快？提示 锌置换出铜构成原电池。问题 2 设计实验比较 Mg 和 Cu 的活泼性。提示 将镁片和铜片用导线连接，插入稀硫酸中，观察到镁片溶解，铜片上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活泼性：MgCu。稀硫酸可用稀盐酸、CuSO4 溶液等代替。问题 3 NaOHHCl=NaClH2O、CO2C=高温 2CO 这两个反应能设计成原电池吗，为什么？提示 不能，前者因为它不是氧化还原反应。后者虽然是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。问题 4 根据反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 设计原电池，确定正负极和电解质溶液，写出正负极的电极反应式。提示 负极：C
14、u 正极：石墨(或 Pt)；电解质溶液：CuCl2 溶液、FeCl3 溶液。负极：Cu2e=Cu2、正极：2Fe32e=2Fe2。1加快氧化还原反应的速率 例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量 CuSO4 溶液能使产生 H2 的速率加快。2比较金属活动性的强弱 例如：有两种金属 a 和 b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a 极溶解，b 极上有气泡产生。根据电极现象判断出 a 是负极，b 是正极，由原电池原理可知，金属活动性 ab。3设计原电池 设计思路实例 以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧
15、化反应(负极)：Cu2e=Cu2 还原反应(正极)：2Fe32e=2Fe2 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液负极铜和 CuCl2 溶液 正极碳(或铂)和 FeCl3 溶液 画出示意图 1a、b 两个烧杯中均盛有 100 mL 等浓度的稀 H2SO4，将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中，同时向 a 中加入少量 CuSO4 溶液，下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是()A B C D B H2SO4 的物质的量相等、Zn 粉过量，H2 的量由 H2SO4 的物质的量决定。a 中部分 Zn 与 CuSO4 发生反应置换出 Cu 并形成“Zn|H2SO4|Cu”原电池，反应速率
16、加快，但产生 H2 的体积相等。2有 A、B、C、D 四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是()A、B 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，A 极为负极；C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，电流由 D导线C；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，C 极产生大量气泡；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，D 极发生氧化反应。AACDB BABCD CCABDDBDCA A 活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B 用导线相连后，同时插入稀 H2SO4 中，A 极为负极，则活动性：AB；C、D 用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负
17、极导线正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极 D导线负极 C，则活动性：CD；A、C 相连后，同时浸入稀硫酸中，C 极产生大量气泡，说明 C 为原电池的正极，较不活泼，则活动性：AC；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4 溶液中，D 极发生氧化反应，说明 D 为原电池的负极，则活动性：DB；所以有：ACDB，故 A 项正确。学习效果随堂评估自测 NO.31 2 3 4 5 1下列关于原电池的叙述正确的是()Cu(NO3)2 溶液 AgNO3 溶液 1 2 3 4 5 A在外电路中，电流由铜电极流向银电极 B正极反应为 Cu22e=Cu C实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 D将铜片直接浸
18、入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池化学反应相同 1 2 3 4 5 D 该原电池中铜片作负极，银片作正极，电极反应为 Cu2e=Cu2(负极)，2Ag2e=2Ag(正极)，盐桥起到了传递离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。D 选项正确。1 2 3 4 5 2原电池的电极反应式不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法错误的是()A由 Fe、Cu、FeCl3 溶液组成的原电池，负极反应式为 Cu2e=Cu2 B由金属 Al、Cu 和稀硫酸组成的原电池，负极反应式为 Al3e=Al3 1 2 3 4 5 C由 Al、Mg、NaOH 溶液组成的
19、原电池，负极反应式为 Al4OH3e=AlO2 2H2O D由金属 Al、Cu 和浓硝酸组成的原电池，负极反应式为 Cu2e=Cu2 1 2 3 4 5 A 铁比铜活泼，铁作负极，负极反应式为 Fe2e=Fe2，故 A 错误；铝比铜活泼，铝作负极，负极反应式为 Al3e=Al3，故 B 正确；虽然镁比铝活泼，但镁不与氢氧化钠溶液反应，因此铝作负极，负极反应式为 Al4OH3e=AlO2 2H2O，故 C 正确；Al 与浓硝酸发生钝化反应，则铜作负极，负极反应式为 Cu2e=Cu2，故 D 正确。1 2 3 4 5 3控制合适的条件，将反应 2Fe32I2Fe2I2 设计成如图所示的原电池。下列
20、判断不正确的是()甲 乙 1 2 3 4 5 A反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3被还原 C电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D电流表读数为零后，向甲中加入 FeCl2 固体，乙中的石墨电极为负极 1 2 3 4 5 D 由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3得到电子变为 Fe2，被还原，I失去电子变为 I2，被氧化，A、B 项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C 项正确；向甲中加入 FeCl2固体，对于 2Fe32I2Fe2I2，平衡向逆反应方向移动，此时 Fe2被氧化，I2 被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D 项
21、错误。1 2 3 4 5 4如图所示装置，电流表 A 发生偏转，同时 A 极逐渐变粗、B 极逐渐变细，C 为电解质溶液，则 A、B、C 应是下列各组中的()AA 是 Zn，B 是 Cu，C 为稀硫酸 BA 是 Cu，B 是 Zn，C 为稀硫酸 CA 是 Fe，B 是 Ag，C 为 AgNO3 溶液 DA 是 Ag，B 是 Fe，C 为 AgNO3 溶液 1 2 3 4 5 D 根据题意可知，在该原电池中，A 极逐渐变粗，B 极逐渐变细，所以 B 作负极，A 作正极，B 的活泼性大于 A 的活泼性，所以排除 A、C 选项；A 极逐渐变粗，说明有金属析出，B 选项中正极 H放电析出氢气，D 选项中正极析出金属 Ag，D 项正确。1 2 3 4 5 5根据化学反应设计原电池(选用相同的盐桥)时，下列各项中合理的是()选项ABCD 正极(金属/电解质溶液)Zn/ZnSO4 溶液Fe/FeCl2 溶液Zn/H2SO4(稀)Fe/ZnSO4 溶液 负极(金属/电解质溶液)Fe/H2SO4(稀)Zn/ZnSO4 溶液Fe/FeCl2 溶液Zn/FeCl2 溶液 1 2 3 4 5 B Zn 比 Fe 活泼，则 Zn 作负极，Fe 作正极，A、C 项不合理；双液原电池中电极材料不能与电解质溶液反应，D 项不合理。点击右图进入 基 础 课 时 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
