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第3节 化学能转化为电能 电池 第1课时 原电池的工作原理 课标要求 体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池的工 作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 课标解读 1.通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理，根 据电流的方向判断原电池的正极和负极的方法，以及电池反应 的概念。 2根据原电池的工作原理，能写出其电极反应及电池反 应方程式。 课 标 解 读重 点 难 点 1.了解原电池的工作原理 及构成条件。 2.正确判断原电池的正 负极。 3.掌握电极反应式的书 写。 1.判断原电池的正、负 极，能正确写出其电极 反应式和电池反应方程 式。(重难点) 2.掌握原电池原理的应 用。(重点) 你知道了吗 新课导入 随着经济的发展、人民生活水平的提高以及 科技的进步，电池已经深入到我们工作、学习和生活 中的每一个角落，如计算器、闹钟、电蚊拍、手电筒 、MP3、手机等，都需要电池才能工作。其用量越来 越大，生产量也就越来越大。电池是如何产生电能的 ？电池的工作原理和电解的工作原理有什么异同？ 1.铜锌原电池装置及实验现象分析 (1)装置 原电池的工作原理 原电池的工作原理 A 锌 e e - - e e - - 铜 SO42- Cu2+ SO42- Cu2+ Cu2+ ZnZn 2 2+ + Cu2+ Cu2+ SO42- CuSO4溶液 Cu2+ SO42- e e - - e e - - e e - - e e - - + 思考与讨论该电池的电子流向？电极反应？ 原电池的工作原理 思考： CuZn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 盐桥：在U形管中装满用饱和 KCl溶液和琼胶制作成的冻胶。 改进的装置： 盐桥的作用(1)通过离子在盐桥中的定向移动使两个隔 离的电解质溶液连接起来。使电流持续传导。 （2）使用盐桥将两个半反应完全隔离，使副反应减少 到最低 (2)实验现 象 检流计指 针 电极表面变化情况 _ 锌片质量_，铜片质量 _ _ 锌片质量_，铜片质 量_ 发生偏转 发生偏转 减小 增加 减小 增加 (3)实验分析 Zn极Cu极 电子流向由_极流向_极 电子得失_ 电极名称_ 能量转化_能转化为_能 ZnCu 失电子溶液中Cu2得电电 子 负极正极 化学电 2原电池的概念、构成条件 (1)概念 将_转变为 _的装置。 (2)构成条件 活动性_的两种 _(或一种金属和一种能 够_)；_溶液；_电路； 能自发进行的_。 (3)电极的判断 负极：较_的金属，发生_反应。正极 ：较_的金属或非金属，发生_反应。 化学能 电能 不同 金属 导电的非金属电解质闭合 氧化还原反应 活泼氧化 不活泼还原 2原电池的内外电路是由何种带电微粒的定向 移动而产生的电流？ 【提示】 外电路中是电子的定向移动，由负极 流向正极，内电路中是离子的定向移动，阳离子向正 极移动，阴离子向负极移动。 【问题导思】 电流的方向与电子流向相同吗？ ZnCu稀H2SO4原电池中，H和SO42分别向 什么方向移动？ MgAl稀H2SO4和MgAlNaOH溶液所形 成的原电池中，Al分别作原电池的哪一极？ 原电池两极的判断和电极反应式的书写 1两极的判断 判断依据负极正极 电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或石 墨 电子流向电子流出极电子流入极 离子移动 方向 阴离子移向的极阳离子移向的极 发生反应氧化反应还原反应 反应现象溶解的极增重或有气泡冒出的极 2.电极反应式的书写 如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为： 总反应式: CH42O2=CO22H2O 正极反应式: 2O28H8e=4H2O 负极反应式: CH42H2O8e=CO2 8H 电极反应式用“=”；电极反应式中若有气 体生成需加“”。原电池的总反应式，一般把正、负 极的电极反应式相加而得。若电解质为弱电解质， 则相加时应把离子改为相应的化学式。 (2014福建泉州一中高二上学期期中)我国首创的 海洋电池以铝板、铂网为电极，海水为电解质溶液，空气中 的氧气与铝反应产生电流。电池总反应式为：4Al3O2 6H2O=4Al(OH)3。下列说法不正确的是( ) A电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 B正极反应式为：O22H2O4e=4OH C以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D该电池通常只需更换铝板就可继续使用 【解析导引】 【解析】 铝电极作负极，流出电子，电流方向 与此相反，A错；正极上氧化剂O2得电子与H2O生成 OH，B正确；铂网作正极，可使更多O2与电极接触 ，增大电池效率，C正确；正极反应物来自于空气， 电解质溶液为海水，来源丰富，只有负极铝板损耗后 需更换，D正确。 【答案】 A 1有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是( ) AA池中负极的电极反应为Mg2e=Mg2 BMg在A池中为负极，在B池中为正极 CB池中电子的流向：MgAl D原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大 【解析】 判断原电池正负极，除考虑活泼性外 还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来 说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来 说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极， B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg2e =Mg2，A对；B池中电子流向为AlMg，C项 错。A池中正极2H2e=H2，随着反应进行， c(H)减少，pH增大，D对。 【答案】 C 1在书写原电池电极反应式的时候常出现以下几种问 题： 正、负极判断错误。原因是没有真正从本质上理解正 、负极反应的实质。原电池的负极总是失电子发生氧化反应 ，其正极总是得电子发生还原反应。 电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时出现H；同 样，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时出现OH。正 确的写法为：若电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可 出现OH；若电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出 现H。 已知电池总反应式不知如何去写正、负极反应 式。书写电极反应式时应先列物质、标电子得失， 找出正、负极参加反应的离子，再根据总反应式中 物质的存在形式，判断电解质溶液的酸碱性，并写出 较易书写的一极的电极反应式。根据正、负极反应 式相加得总反应式的规律去书写另一极的电极反应 式。 据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的 铅蓄电池，因为锌电 池容量更大，而且没有铅污染 。其电池反应为2ZnO2=2ZnO，原料为锌粒、电 解质溶液和空气。则下列叙述正确的是( ) A锌为正极，空气进入负极反应 B负极反应为Zn2e=Zn2 C正极发生氧化反应 D电解质溶液肯定不是强酸 【答案】 BD 2电压高低与金属的活动性 在原电池中，构成两电极的金属其金属活动性相 差越大，电压表的读数越大。 将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在 浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图)。每次实验时 ，记录电压 表 指针的移动方向和电压表的读数如下： 金属电子流动方向电压/V AACu0.78 BCuB0.15 CCCu1.35 DDCu0.30 已知：构成两电极的金属其金属活动性相差越大 ，电压表的读数越大。请根据表中数据判断： (1)_金属可能是最强的还原剂，_ 金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。 (2)若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润 ，则在滤纸上看到有蓝色沉淀析出的是_金 属。其对应的原电池的电极反应式为：负极 _，正极_。 【解析】 由于题中已说明了电压高低与金属活动性的关 系，四种金属与Cu构成的原电池，其中Cu、金属C、盐溶液构 成的原电池电压读数最高，因此金属C是最强的还原剂，而金 属B与Cu构成的原电池中，电压读数最低，且为负值，B的活 动性不如Cu，因此金属B一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。 若看到有蓝色沉淀析出，则负极一定是Cu失去电子，因而 是金属B一组。 电极反应为：负极：2Cu4e=2Cu2 正极：O24e2H2O=4OH。 【答案】 (1)C B (2)B Cu2e=Cu2 O24e 2H2O=4OH 【问题导思】 实验室用纯锌和粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀 H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？为什么？ 将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气 泡，则a与b相比较，谁更活泼？ 哪种化学反应才能设计成原电池？ 【提示】 用粗锌的快。因发生原电池反应。 a比b活泼。 自发进行的氧化还原反应。 原电池原理的应用 1加快氧化还原反应的速率 如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌 ，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质，锌和稀硫酸形 成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。 2比较金属的活动性强弱 如有两种金属A和B，用导线连 接后插入到稀硫酸中，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极 是负极，B极是正极；一般情况下，由原电池原理可知，金属 活动性AB，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性 弱的金属为正极。 3设计原电池 以ZnH2SO4=ZnSO4H2为例说明。 (2014湖北省孝感高级中学高二期中)根据下式所 表示的氧化还原反应设计 一个原电池： Zn(s)2Ag(aq)=Zn2(aq)2Ag(s) (1)装置要采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图(要 求：作图规范写出电极材料、电解液名称)； 并在装置图中注明原电池的正极和负极以及外电路中电 子的流动方向。 (2)写出两个电极上的电极反应 负极_； 正极_。 (3)盐桥的作用是_。 【解析】 由反应Zn2Ag=Zn22Ag知，锌元素化 合价升高，锌作负极，银元素化合价降低，Ag为正极反应物 ，且应选用比Zn不活泼的金属或导电的非金属单质作正极，由 题给反应，负极应选用含有Zn2的溶液作电解质溶液，正极应 选用含有Ag溶液作电解质溶液，并用导线和盐桥相连接。 (1)原电池反应是一个自发进行的氧化还原反应； (2)负极发生氧化反应，正极发生还原反应； (3)有盐桥的原电池要注意电解质溶液与电极材料 相对应。 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： 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) Aabcd Bbcda Cdabc Dabdc 【解析】 由第一个装置可知a极溶解，故a极是 负极，可知金属活动性ab，第二个装置依据氧化性 、还原性的规律可知金属活动性bc，故第三个装置 的金属活动性dc，由第四个装置电流从ad，故电 子从da，故金属活动性da。 【答案】 C 1判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓住“ 一看二标”，一看是否有自发的氧化还原反应，二标是以 构成原电池的三个条件为标准：两个活动性不同的电极 、电极插入电解质溶液、形成闭合回路。 2正极材料活泼性负极材料活泼性，正极通常具 备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变等； 负极通常不断溶解，质量减少。 3设计原电池的基本思路： 1下列装置能形成原电池的是( ) A B C D 【解析】 原电池的构成条件：活泼性不同的两 个电极；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。 中未形成闭合回路，中乙醇为非电解质，中为 同种电极材料，均错。 【答案】 D 2下列说法中正确的是( ) A原电池是把电能转化为化学能的装置 B原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应 C原电池两极均发生氧化还原反应 D原电池中的阳离子向正极移动 【解析】 原电池是把化学能转化为电能的装置，A错。 原电池中电子从负极流出，流入正极，负极上发生氧化反应， 正极上发生还原反应，B、C错。在原电池中，阳离子移向正 极，阴离子移向负极，故D正确。 【答案】 D 3如图所示是某同学做ZnCu 原电池实验所做的读书卡 片记录，其中描述合理的组合是( ) A B C D 【解析】 ZnCu 原电池原理为Zn H2SO4=ZnSO4H2，则还原剂Zn是负极，负极反 应Zn2e=Zn2；Cu是正极，正极反应2H2e =H2，正确，错；H会向正极移动，错 ；电子由Zn流向Cu，正确；通过正极反应可知导线 中流过1 mol电子，生成氢气0.5 mol，正确；正确 的有。 【答案】 A 4关于右图所示的原电池，下列说法正确的是( ) A盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移 B锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应 C铜电极上发生的电极反应是2H2e H2 D电子从锌电极通过检流计流向铜电极 【解析】 有盐桥存在时，Zn失电子发生氧化反 应，释放的电子经导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2 从Cu片上得电子，发生还原反应，因c(Cu2)减小， 盐桥中的阳离子移向CuSO4溶液，保持电中性。 【答案】 D 5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，发生的电极反应为 _；X电极上发生的电极反应为_。 (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