1、专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第1课时 原电池的工作原理 目标与素养：1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。(宏观辨识与微观探析)2.学会判断原电池的正、负极，掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。(宏观辨识与微观探析)3.掌握原电池原理的基本应用。(科学态度与社会责任)自 主 预 习 探 新 知 一、原电池的工作原理1原电池(1)概念：将 转化为 的装置。(2)构成条件两个 不同的电极(材料可以是 或导电的非金属)。溶液。形成 回路(或两极直接接触)。能自发地发生氧化还原反应。化学能电能活泼性金属电解质闭合一、原电池的工作原理2铜锌原电池的工作原理(1)用
2、温度计测量锌粉与 CuSO4 溶液反应的温度变化，说明该反应为 反应，该反应在物质变化的同时，实现 转化为 。放热化学能热能一、原电池的工作原理(2)铜锌原电池的工作原理装置 一、原电池的工作原理电极ZnCu 反应现象逐渐溶解铜片上有 物质析出 电极名称 极 极 得失电子 电子 电子电子流向电子 电子 红色负正失得流出流入一、原电池的工作原理反应类型_反应_反应 电极反应式_ 电池总反应式_ Zn2e=Zn2还原氧化Cu22e=CuZnCu2=Zn2Cu一、原电池的工作原理3.盐桥(以铜锌原电池为例)(1)成分：含有 KCl 饱和溶液的琼脂。(2)离子移动方向：Cl移向_溶液(负极区)，K移向
3、_溶液(正极区)。(3)作用：使两个半电池形成通路，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。CuSO4ZnSO4二、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：。Fe2e=Fe2Cu22e=Cu二、原电池的设计(2)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)作正极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用铁作负极，用铜作
4、正极。二、原电池的设计(3)确定电解质溶液负极区用作电解液；正极区用作电解液；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。FeCl2 溶液CuCl2 溶液CuCl2 溶液二、原电池的设计(5)画出装置图1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应。()(2)原电池中的盐桥是为了连通电路，也可用金属导线代替。()(3)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极。()(4)铜、锌与硫酸组成的原电池中，锌为负极，质量减少，铜为正极，质量不变。()答案：(1)(2)(3)(4)2关于如图所示的原电池，下列说法正
5、确的是()A电子从锌电极通过导线流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生还原反应D铜电极上发生的电极反应为2H2e=H2A 该原电池中，较活泼的金属锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极锌流出，经导线流向铜电极，电极反应分别为负极：Zn2e=Zn2，正极：Cu22e=Cu；盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移，故A正确，B、C、D错误。3.如图所示：(1)当K断开时，_片上有气泡产生，生成气体对应的离子方程式为_。(2)当K闭合时，_片上有气泡。生成气体对应的反应式为_。解析：(1)K断开时，Zn与盐酸直接发生置换反应，离子方程式为Zn2H=Z
6、n2H2。(2)K闭合时，Zn、Cu和盐酸构成原电池，Cu为正极，电极反应为2H2e=H2，因此铜片上产生气体。答案：(1)锌 Zn2H=Zn2H2(2)铜 2H2e=H2 核 心 突 破 攻 重 难 原电池正负极的判断及电极反应式的书写1原电池正负极的判断2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
7、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。3一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。4已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负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)
8、复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。【例1】如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A电极上发生还原反应，作原电池的负极B电极的电极反应式为：Cu22e=CuC该原电池的总反应为：2Fe3Cu=Cu22Fe2D若盐桥中装有含氯化钾的琼脂，则其作用是传递电子C 该原电池所发生的反应实质是Fe3与Cu的反应，C正确；电极上发生还原反应，作正极，A错；电极为负极，电极反应式为：Cu2e=Cu2，B错；电子在负极上产生后经导线聚集在正极上被吸收掉，不可能通过溶液和盐桥，D错。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“
9、”，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)注意电解质溶液的酸碱性，酸性溶液中进行的反应，电极反应中不能出现OH；碱性溶液中进行的反应，电极反应中不能出现H，电极反应中出现的离子要与电解质溶液的性质相吻合。(4)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。(5)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.如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法中正确的是 ()A外电路的电流方向为：X外电路YB若两电极分别为
10、Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeCX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XYD 由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y外电路X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为铁，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性XY。2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=6OH3H2C中Fe作为负极，电极反应式为Fe2e=Fe2D中Cu作为正极，电极反应式为2H2e=H2 B Mg比
11、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。原电池原理的应用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
12、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【例2】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电极上发生的电极反应式为_。(3)外电路中的电子是从_极流向_极。
13、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。电极反应式如下，负极：Cu2e=Cu2，正极：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)(1)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，还需要CuSO4溶液吗？(2)正极材料除了用金属Ag，还可以用哪些材料？提示：(1)不需要，只需要用AgNO3溶液。(2)还可以用金属Pt、石
14、墨电极等。3一个原电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该反应的原电池的正确组成是()正极负极电解质溶液 AZnCuCuCl2溶液 BCuZnH2SO4溶液CCuZnCuSO4溶液DMgZnCuCl2溶液C 根据ZnCu2=Zn2Cu知，Zn发生氧化反应，Zn2e=Zn2，是电池负极；正极反应为Cu22e=Cu，故正极材料可以是石墨或Cu等，电解质溶液应是可溶性铜盐溶液，C符合。当 堂 达 标 提 素 养 1下列装置不可以组成原电池的是()A BC DC C中的装置不能形成闭合回路。2关于原电池的说法，正确的是()A在正极上发生氧化反应B某电极上有氢气产生，则此电极为正极C在外电路
15、电子流出的为正极D在负极上发生还原反应B A项，正极发生还原反应；B项，产生H2的电极上得电子，发生还原反应，是正极；C项，外电路中电子由负极流出；D项，负极失去电子发生氧化反应。3铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A正极反应为：Zn=Zn22eB电池反应为：ZnCu2=Zn2CuC在外电路中，电流从负极流向正极D盐桥中的K移向ZnSO4溶液B 电池的正极得电子，A选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中涉及的氧化还原反应为ZnCu2=Zn2Cu，B选项正确；外电路中，电流从正极流向负极，C选项错误；在烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2，使得该烧杯中带正电荷的离子增加，为维持电中性
16、，盐桥中的Cl移向ZnSO4溶液，而K应该通过盐桥流向CuSO4溶液所在的右烧杯，D选项错误。4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极质量增大b上有气体产生，c上无变化在导线中，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 BbcdaCdabcDabdcC 根据装置可确定活动性：ab；根据装置可确定活动性：bc；根据装置可确定活动性：da。5现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O(B)Cu2Ag=Cu22Ag(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池：_。(2)如果不能，说明其原因：_。(3
17、)如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式和反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：_，_，_；正极：_，_，_；若导线上转移电子1 mol，则正极质量增加_g，电解质溶液为_。解析：(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。(3)根据电池反应式Cu2Ag=Cu22Ag可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电的非金属；Ag得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。答案：(1)(A)不能，(B)可以(2)(A)为非氧化还原反应，没有电子转移(3)Cu Cu2e=Cu2 氧化反应 碳棒、Ag、Pt、Au(任选一)2Ag2e=2Ag 还原反应 108 AgNO3溶液点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!