1、第2节化学能转化为电能电池基础课时3原电池的工作原理学习任务1.能通过双液电池的实验探究活动，了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应式。培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2能利用身边的材料设计简单的原电池。提升科学探究和创新意识的学科素养。一、原电池1铜锌原电池实验探究(1)实验装置(2)实验现象检流计指针电极表面变化情况(a)发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加(b)发生偏转锌片质量减少，铜片质量增加2.原电池原电池的概念：将化学能转化为电能的装置。简单原电池的构成条件：(正确的打“”，错误的打“”)(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。()(2)由于反应CaOH2O=Ca
2、(OH)2可以自发进行，且放出大量的热，故可以设计成原电池。()(3)反应Cu2Ag=2AgCu2能以原电池的形式来实现。()提示(1)原电池是将化学能转化为电能的装置。(2)该反应不是氧化还原反应。(3)此反应为自发进行的氧化还原反应，可以设计为原电池。下列图示装置能形成原电池的有哪些，请分析原因。ABCDE提示：根据构成原电池的条件可以判断装置A、D能形成原电池。B装置中两电极相同且没有自发进行的氧化还原反应，C装置中甘油为非电解质，E装置中的两容器没有形成闭合回路。二、原电池的工作原理1装置：铜锌原电池装置()示意图铜锌原电池装置()示意图2铜锌原电池工作原理分析负极正极电极材料锌片铜片
3、电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反应类型氧化反应还原反应电池反应ZnCu2=CuZn2电子流向由锌极通过导线流向铜极离子移向阳离子移向正极，阴离子移向负极盐桥作用构成闭合回路，使离子通过，传导电流(正确的打“”，错误的打“”)(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。()(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。()(3)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池效率高。()(4)原电池放电时，外电路中电流由负极流向正极。()答案(1)(2)(3)(4)某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作为电极，但
4、甲同学将电极放入6 molL1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如图所示。甲乙写出甲池中发生的有关电极反应的方程式：负极：_，正极：_。写出乙池中发生的有关电极反应的方程式：负极：_，正极：_。总反应离子方程式为_。解析甲池中电池总反应方程式为MgH2SO4=MgSO4H2，Mg为负极，电极反应式为Mg2e=Mg2；Al为正极，电极反应式为2H2e=H2。乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成Al(OH)4，电极反应式为2Al8OH6e=2Al(OH)4；正极产物为H2，电极反应
5、式为6H2O6e=6OH3H2。答案Mg2e=Mg22H2e=H22Al8OH6e=2Al(OH)46H2O6e=6OH3H22Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2深度理解原电池工作原理甲乙1打开甲、乙两装置中的K1与K2，检流计及锌片有何现象？提示：检流计指针均不发生偏转，甲装置中锌片溶解且有气泡产生，乙装置中锌片上无明显变化。2闭合K1、K2，甲、乙装置中的检流计、铜片及锌片有何现象？提示：检流计指针均发生偏转，铜片上均有气泡生成，锌片均溶解。3乙中盐桥的作用是什么？提示：离子在盐桥中能够定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流传导，形成闭合回路。4甲、乙两原电池中
6、哪个工作效率高？提示：乙电池工作效率高，甲电池中锌片和硫酸电解质溶液直接接触，少量锌会与硫酸直接反应，降低工作效率。1原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)2原电池正负极的判断3原电池电极反应式书写的一般步骤【例题】(双选)某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO410FeSO48H2SO4=2MnSO45Fe2(SO4)3K2SO48H2O，设计如图原电池，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法正确的是()Ab电极上发生还原反应B外电路电子的流向是从a到bC电池工作时，盐桥中SO移向乙烧杯Da电极上发生的反应为MnO8H5e=Mn24H2OCD根据反应方程式判断b电极FeSO4发生氧化反应，
7、b极为负极，A错误；a电极为正极，电子由负极经外电路流向正极，即从b流向a，B错误。原电池电极反应式在书写时应注意的问题(1)电极反应常用“=”而不用“”连接。(2)电极反应中若有气体生成，需加“”，弱电解质或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。(3)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。(4)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一)；反之，总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。1锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池
8、的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡C原电池反应为ZnCuSO4=ZnSO4Cu。Cu电极作正极，Cu2在正极得电子，发生还原反应，A项错误；由于两半池中的阴离子SO不能透过半透膜，故c(SO)都不变，B项错误；甲池中由于生成Zn2，而乙池中Cu22e=Cu，则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4，导致乙池中溶液总质量变大，C项正确；阴离子不能透过半透膜，D项错误。借题发挥(1)写出上述电池的正负极电极反应式。(2)若将题目中“阳离子交换膜”换为“阴离子交换膜”其余不变是否还能构成原电池？若构成原电池请分析甲乙两
9、池溶液质量的变化？提示：(1)Cu电极为正极，电极反应式为Cu22e=Cu；Zn电极为负极，电极反应式为Zn2e=Zn2。(2)能，甲池溶液质量增加，乙池溶液质量减少。甲池ZnZn2，并且阴离子交换膜允许阴离子通过，因此SO向甲池移动，从而导致甲池溶液的质量增加；而乙池Cu2Cu析出，且SO从乙池移到甲池，故乙池溶液的质量减少。2分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A中Mg是负极，中Fe是负极B中Mg是正极，电极反应为6H2O6e=6OH3H2C中Fe是负极，电极反应为Fe2e=Fe2D中Cu是正极，电极反应为2H2e=H2B中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应
10、失去电子，故Al是负极；中Fe在浓硝酸中钝化，Cu和浓硝酸反应失去电子，因此Cu是负极，A、C错误；中正极反应为6H2O6e=6OH3H2，B正确；中Cu是正极，电极反应为O22H2O4e=4OH，D错误。原电池原理的应用1将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？提示：a比b活泼。2实验室用稀硫酸与锌粒反应制取H2时常加入少量铜片，其目的是什么？提示：形成锌铜原电池，加快制取氢气的反应速率。3已知2Fe3Cu=2Fe2Cu2，如何设计成原电池装置？提示：根据氧化还原反应分析，Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为惰性电极或不如Cu活泼的金属，电解质溶液一
11、定含Fe3。1比较金属活动性强弱2加快化学反应速率构成原电池负极的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，锌(负极)反应加快。3设计原电池(1)理论上，自发进行的氧化还原反应，可以设计成原电池。(2)外电路(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。4制作干电池、蓄电池、燃料电池等。1某原电池的电池反应为Fe2Fe3=3Fe2，与此电池反应不符的原电池是()A铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D铜片、铁片、Fe
12、(NO3)3溶液组成的原电池C由电池反应可知，铁作负极，铁失去电子发生氧化反应。C项中，由于锌的活泼性大于铁，故锌作负极，发生氧化反应，与电池反应不符。2根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是()A2Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)BCo2(aq)Cd(s)=Co(s)Cd2(aq)C2Ag(aq)Cd(s)=2Ag(s)Cd2(aq)D2Ag(aq)Co(s)=2Ag(s)Co2(aq)A由第一个装置图中正负极的标注可知，Cd失去电子作负极，则金属性CdCo；由第二个装置图正负极的标注可知，Co失去电子被氧化作负极，则金属性CoAg，综上分析可知三者金属性的强弱顺序为C
13、dCoAg。根据活泼性强的金属能将活泼性弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律判断A项错误。1(素养题)“暖宝宝”采用的是铁的“氧化放热”原理，使其发生原电池反应，铁粉在原电池中充当()A正极B负极C阳极D阴极B铁粉与活性炭作为原电池的电极，食盐水作为电解质溶液，加快铁粉的氧化，即铁粉失电子作负极。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()Aabcd BbcdaCdabc DabdcC由第一个装置a极质量减小，可知a极是负极
14、，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，第三个装置的金属活动性dc，由第四个装置电流从ad，则电子从da，故金属活动性da。3如图所示为铜锌原电池(盐桥中含有KCl饱和溶液)，下列叙述错误的是()A盐桥中的K移向ZnSO4溶液B电池总反应为ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电子从负极流向正极D负极反应为Zn2e=Zn2A在原电池中，阳离子向正极移动，铜锌原电池中Zn为负极，Cu为正极，则盐桥中的K移向CuSO4溶液，A错误；该装置是铜锌原电池，电池总反应为ZnCu2=Zn2Cu，B正确；负极发生失电子的氧化反应，正极发生得电子的还原反应，在外电路中，电子由负极流向正极，C正确；Zn是负极，电极反应为Zn2e=Zn2，D正确。4(双选)如图所示装置中，观察到检流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()AC本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，应为负极，N棒金属较活泼，M棒变粗说明M极上有固体析出。