1、第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 发展目标体系构建 1.通过铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正极和负极。3.学会书写电极反应式，掌握书写电极反应式的技巧与方法。自主预习 必 备 知 识 一、原电池的工作原理1原电池：利用反应原理将能转化为电能的装置。2原电池的构成条件 化学氧化还原3原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置现象锌片，铜片上有，电流表指针发生 偏转逐渐溶解红色物质析出电极名称Zn 电极负极Cu 电极正极得失电子失电子得电子电子流向_反应类型反应反应 电极反应式Zn2e=Zn2Cu22e=Cu 总反应式ZnCu2=Zn2
2、Cu流出流入氧化还原 盐桥在原电池中有何作用？若撤去盐桥，电流表的指针如何变化？提示 盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路。若撤去盐桥、电流表的指针会不发生偏转。二、原电池工作原理的应用 1加快氧化还原反应的速率如：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比较金属活动性强弱3设计原电池(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与电极材料具有相
3、同的阳离子。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)原电池是将化学能转化为电能的装置。()(2)CaOH2O=Ca(OH)2 是放热反应，可设计成原电池。()(3)原电池正极发生氧化反应，负极发生还原反应。()2某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是()(盐桥中装有含琼胶的 KCl 饱和溶液)AFe 作正极，发生氧化反应B工作一段时间后，两烧杯中溶液 pH 均不变C负极反应：2H2e=H2D工作一段时间后，NaCl 溶液中 c(Cl)增大D 该装置是原电池。A 项，在该原电池中 Fe 作负极，发生氧化反应；B 项，工作一段时间后，左边的烧杯中会含有大量的 Fe2，溶液的 pH 减
4、小，右边烧杯中的 H不断放电产生氢气，因此烧杯中溶液 pH 会逐渐增大；C 项，负极反应是 Fe2e=Fe2；D 项，工作一段时间后，左侧烧杯中由于 Fe2不断进入溶液，根据溶液呈电中性原则，盐桥中的 Cl会进入该烧杯溶液中，则该烧杯溶液中c(Cl)增大。3为了避免锌片与 Cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置。按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_，电池总反应式为_。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成_，铜和铜盐溶液组成_，中间通过盐桥连接起来。(3)电池工作时，硫酸锌溶液中 SO24 向_移动，硫酸铜溶液中 SO24 向_移动。(4)此盐桥内
5、为饱和 KCl 溶液，盐桥是通过_移动来导电的。在工作时，K移向_。解析 该装置为锌铜原电池，总反应式为 ZnCu2=CuZn2。电池工作时，观察到电流计指针发生偏转，锌片不断溶解，铜片上有红色物质析出。其中 Zn 与 ZnSO4 溶液组成锌半电池，Cu 与 CuSO4 溶液组成铜半电池。电池工作时，ZnSO4 溶液中SO24 向负极(锌电极)移动，CuSO4 溶液中 SO24 向盐桥移动，而盐桥中的 K向正极区(CuSO4 溶液)移动，Cl向负极区(ZnSO4 溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路。答案(1)电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出 ZnCu2=Zn2Cu(
6、2)锌半电池 铜半电池(3)锌电极 盐桥(4)离子 正极区(CuSO4 溶液)核心突破 关 键 能 力 探究原电池的构成与工作原理(素养养成宏观辨识与微观探析)1786 年意大利解剖学和医学教授伽伐尼，在一次解剖青蛙的实验中意外发现，当用两种不同金属材质的解剖刀同时触碰青蛙腿时，蛙腿会发生痉挛。此后伽伐尼变换各种条件，重复这个实验。最后他得出猜想：动物体内存在生物电流。当时很多人赞同这一猜想，但是化学家伏打却产生了疑惑：已死去的青蛙为何还会产生“生物电”？为什么蛙腿只有与铜制品和铁制品同时接触时才会抽动？为此，伏打把自己当成了青蛙，做起了实验：首先，他将一种金属放在自己的舌头上，没有太多感觉。
7、接着，他将 2 种金属制的弯棒，一端放入嘴里，另一端跟眼接触，瞬间眼睛里有光亮的感觉。接下来他发现只要将 2 种不同的金属相接触，中间隔有湿纸、湿布等，都有电流产生。问题 1 阅读上述材料总结构成原电池的条件有哪些？提示 具有活泼性不同的两个电极，两电极插入电解质溶液中，形成闭合回路，且两电极能自发地发生放热的氧化还原反应。问题 2 下列装置中，哪些能构成原电池？其他不能构成原电池的原因是什么？提示 装置 D 能构成原电池；装置 A 不能构成原电池，原因是酒精为非电解质；装置 B 不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路；装置 C 不能构成原电池，原因是两个金属电极的活泼性相同。问题 3 铁制品
8、和铜制品与蛙腿接触时，铁制品发生氧化反应还是还原反应？写出反应的电极反应式。提示 铁制品与蛙腿接触时发生氧化反应。电极反应式为 Fe2e=Fe2。问题 4 原电池工作时，电子和离子分别怎样移动？提示 电子是从负极经过导线移向正极；在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。1原电池的工作原理(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(2)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2原电池电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写方法定电极，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
9、电子的数量。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。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。(2)已知总反应式，书写电极反应式分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。根据质量守恒配平电极反应式。复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。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()AZn 作为原电池的负极发生还原反应B电子从锌片经电解质溶液流向铜片C电池工作一段
10、时间后，乙池的溶液质量增大D电池工作一段时间后，甲池的 c(Zn2)增大C 在 Zn、Cu 和硫酸铜构成的原电池中。锌为负极，发生失去电子的氧化反应，A 错误；原电池工作时，电子从负极锌沿导线流向正极铜，电子不能进入溶液中，B 错误；Zn、Cu 和硫酸铜构成原电池中，锌为负极，电极反应式为 Zn2e=Zn2，铜为正极，电极反应式为 Cu22e=Cu，甲池转移 1 mol Zn2到乙池，则乙池有 1 mol Cu 析出，但 1 mol Zn2的质量大于 1 mol Cu 的质量，所以乙池的溶液质量增大，C 正确；原电池工作时，由于阳离子交换膜的作用，内电路中阳离子 Zn2由负极Zn 移向正极 C
11、u，所以甲池的 c(Zn2)几乎不变，D 错误。2一个原电池反应的离子方程式是 ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的正确组成是()选项ABCD 正极ZnCuCuZn负极CuZnZnCu电解质溶液 CuCl2 溶液 H2SO4 溶液 CuSO4 溶液 CuCl2 溶液C 活泼金属为负极，且能与电解质溶液自发地发生氧化还原反应。3A、B、C、D 四种金属按下表中的装置进行实验。装置 现象二价金属 A 不断溶解C 的质量增加A 上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的 pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(
12、4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。解析 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中 A不断溶解，则 A 为负极、B 为正极，活动性 AB；乙中 C 极质量增加，即析出 Cu，则 B 为负极，活动性 BC；丙中 A 上有气体即 H2产生，则 A 为正极，活动性 DA，随着 H的消耗，pH 变大。答案(1)A2e=A2 (2)Cu2 2e=Cu(3)变大(4)DABC4依据氧化还原反应：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)。设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极 X 的材料是_；电解质溶液 Y 是_。(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应式为_；X 电极上发生的
13、电极反应式为_。(3)外电路中的电子是从_极流向_极。解析 原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极 X 的材料是 Cu，发生氧化反应，电解质溶液 Y 是可溶性银盐溶液，常用 AgNO3 溶液。负极反应式：Cu2e=Cu2，正极电极反应式：2Ag2e=2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。答案(1)Cu AgNO3 溶液(2)正 2Ag2e=2Ag Cu2e=Cu2(3)负(Cu)正(Ag)构建原电池思维模型随堂检测 双 基 达 标 1下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()A B C DA
14、 B、C 选项均无化学反应；D 选项 Zn 与稀硫酸反应，但装置不能形成闭合回路，只有 A 符合要求。2下列有关电化学知识的描述正确的是()A行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)是将化学能转化为电能B某原电池反应为 Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中的盐桥可以装有含琼胶的 KCl 饱和溶液C因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极D理论上，任何能自发进行的且能放出能量的氧化还原反应都可设计成原电池D 行人踩踏地板产生的振动不属于化学能，A 错误；在原电池的正极端氯离子和银离子反应，所以不可以用 KCl
15、 饱和溶液制得的琼脂，B 错误；Fe 在浓硝酸中发生钝化，Cu 能与浓硝酸反应，可组成原电池，但铁作正极、铜作负极，C 错误；原电池是将化学能转化为电能，需要自发进行的释放能量的氧化还原反应，D 正确。3关于下图所示的原电池，下列说法正确的是()A电子从锌电极通过电流表流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，电极反应是2H2e=H2D取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变A 锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A 选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B 选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为 Cu22
16、e=Cu，C 选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。4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 作负极，中 Fe 作负极B中 Mg 作正极，电极反应式为 6H2O6e=6OH3H2C中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe2e=Fe2D中 Cu 作正极，电极反应式为 2H2e=H2B 中 Mg 不与 NaOH 溶液反应，而 Al 能和 NaOH 溶液反应，失去电子，故 Al 作负极，中 Fe 在浓硝酸中易钝化，Cu 和浓硝酸反应失去电子，故 Cu 作负极，A、C 项错误；中电池总反应为 2Al2OH2H2O=2AlO2 3H2，负极电极反应式为
17、 2Al8OH6e=2AlO2 4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O6e=6OH3H2，B 项正确；中 Cu 作正极，电极反应式为 O22H2O4e=4OH，D 项错误。5(1)控制适合的条件，将反应 2Fe32I2Fe2I2 设计成如图所示的原电池。甲 乙请回答下列问题：反应开始时，乙中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。甲中石墨电极上发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。电流表读数为 0 时，反应达到平衡状态，此时在甲中加入 FeCl2固体，则乙中的石墨作_(填“正”或“负”)极，该电极的电极反应式为_。(2)利用反应 2CuO22H2SO
18、4=2CuSO42H2O 可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_。解析(1)根据反应 2Fe32I=2Fe2I2，原电池负极反应式：2I2e=I2，发生氧化反应。正极反应式：2Fe32e=2Fe2，发生还原反应。反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应；当电流表读数为0 时反应已平衡，此时，在甲中加入 FeCl2 固体，反应 2Fe32I2Fe2I2向左移动。因此，右侧石墨作正极，电极反应式为 I22e=2I；左侧石墨作负极，电极反应式为 2Fe22e=2Fe3。(2)Cu 作负极，O2 在正极上得电子，电极反应式：O24e4H=2H2O。答案(1)氧化 2I2e=I2 还原 2Fe32e=2Fe2 正 I22e=2I(2)O24e4H=2H2O点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!
