高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池（第1课时）原电池的工作原理导学案2 鲁科版选修4.doc

第1章第3节 化学能转化为电能-电池第1课时原电池的工作原理【学习目标】1.知识与技能（1）了解原电池的工作原理及构成条件。（2）能正确书写电极反应式和电池总反应方程式。（3）通过实验培养学生化学实验的观察操作及设计能力。2.过程与方法（1）让全体学生经历探究的过程，学习科学探究方法，提高科学探究的能力。培养他们归纳演绎的学法。（2）培养学生科学的思维方式和问题意识。激励学生学习兴趣和智慧潜能，培养学生实践能力和创造力。3.情感态度与价值观（1） 体验科学探究的艰辛和喜悦，（2） 培养学生勇于创新，积极实践等科学精神和科学态度（3）学会与他人合作，主动交流.【学习过程】一、原电池的工作原理1. 按下图所示装置，完成实验并回答下列问题：(1)有关的实验现象是锌片_，铜片_，cuso4溶液颜色_；电流表的指针_，装置中的能量变化是_。该装置称作原电池。(2)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。下列图示装置能形成原电池的是_。(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_电极流向_电极。锌电极为_极，铜电极为_极。内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)电极反应：负极反应式是_，发生_反应；正极反应式是_，发生_反应；电池总反应的离子方程式是_。2按下图所示装置完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，能观察到的实验现象是锌片_，铜片_；电流表指针_；cuso4溶液的颜色_。(2)离子移动方向硫酸锌溶液中：_向盐桥移动；硫酸铜溶液中：_向铜极移动；盐桥中：k移向_区(cuso4溶液)，cl移向_区(znso4溶液)。(3)若取出装置中的盐桥，电流表的指针是否还会发生偏转？为什么？3实验结论：与问题1中的原电池装置相比较，问题2中双液原电池具有的特点：(1)具有盐桥。取下盐桥，_；(2)两个半电池完全隔开，cu2无法移向锌片，可以获得_。【归纳总结】1.原电池原理原电池原理是将_进行，还原剂在_极上失去电子发生_反应，电子通过导线流向_极，氧化剂在_极上得到电子发生_反应。2.原电池电极及电极反应特点(1)_为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较_的金属或某些还原剂，电极被_，发生_反应。(2)_为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较_的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被_，发生_反应。3原电池的设计从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液：一般能与_反应，或者溶解在溶液中的物质(如o2)与_反应。(2)电极材料：一般较活泼的金属作_，较不活泼的金属或非金属导体作_。【例题学习】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xy2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，其电极反应是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二原电池的电极判断及电极反应式的书写1原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：判断依据正极负极电极材料电子流向电极反应电极现象离子移向阳离子移向阴离子移向2.将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：_；负极反应式：_；总反应方程式：_。3有一纽扣电池，其电极分别为zn和ag2o，以koh溶液为电解质溶液，电池的总反应为znag2oh2o=2agzn(oh)2。(1)zn发生_反应，是_极，电极反应式是_。(2)ag2o发生_反应，是_极，电极反应式是_。【归纳总结】1.一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。2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)。【例题学习】3某电池的总反应为fe2fe3=3fe2，能实现该反应的原电池是()正极负极电解质溶液acufefecl3溶液bcfefe(no3)2溶液cfeznfe2(so4)3溶液dagfecuso4溶液4.设计原电池zn2fe3=zn22fe2，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。负极：_，电极反应： _。正极：_，电极反应：_。【学习小结】导学案参考答案一、原电池的工作原理1(1)溶解加厚变亮变浅发生偏转化学能转化为电能(2)活动性电解质溶液ad(3)锌铜铜锌负正(4)zn2e=zn2氧化cu22e=cu还原zncu2=zn2cu2(1)溶解加厚变亮发生偏转变浅(2)zn2cu2正极负极(3)不偏转。如果要使电流表指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路。若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，电流表指针不会发生偏转。3(1)无法形成闭合回路，反应不能进行，可控制原电池反应的进行(2)单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能归纳总结1氧化反应和还原反应分开负氧化正正还原2(1)负极强氧化氧化(2)正极差还原还原3(1)负极负极(2)负极正极【例题学习】1d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fe，y为碳棒，b错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，c错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性xy。2a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cu22e=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。二1(从左到右，从上到下)不活泼金属或非金属导体活泼金属电子流入电子流出还原反应氧化反应电极增重或产生气体电极减轻22h2e=h2fe2e=fe2feh2so4=feso4h23(1)氧化负zn2oh2e=zn(oh)2(2)还原正ag2o2eh2o=2ag2oh【例题学习】3a能实现反应fe2fe3=3fe2的原电池应符合以下条件：负极为fe，正极材料的活泼性比fe差；电解质溶液应为含fe3的溶液，b、d两项电解质溶液选错；c项负极材料选错。4.(答案合理即可)znzn2e=zn2pt2fe32e=2fe2解析由题意知所要求设计的装置图中有盐桥，分析元素化合价的变化可知，zn为负极，比zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。三、四、五、六、检测题1. 下列各装置能形成原电池的是()2. 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()a两烧杯中铜片表面均无气泡产生b甲中铜片是正极，乙中铜片是负极c两烧杯中溶液的ph均增大d产生气泡的速率甲比乙慢3. 下列关于实验现象的描述不正确的是()a把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡b用锌片作负极，铜片作正极，在cuso4溶液中，铜片质量增加c把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁d把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出的速率加快4. 以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是()a锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol h2b两极上溶解和析出的物质的质量相等c锌片溶解了31 g，铜片上析出了1 g h2d锌片溶解了1 mol，硫酸消耗了0.5 mol5. 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电极，但甲同学将电极放入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。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：负极_，正极_。总反应离子方程式为_。(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_活动性更强，而乙会判断出_活动性更强(填写元素符号)。(4)由此实验，可得到如下哪些结论？_。a利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的介质b镁的金属性不一定比铝的金属性强c该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值d该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体问题具体分析(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接判断原电池中正、负极”的做法_(填“可靠”或“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、负极可行的实验方案_。参考答案1. 【解析】判断一个装置能否构成原电池，要看是否符合原电池的构成条件：电极材料(活动性不同的金属、金属与非金属、金属与金属氧化物)；电解质溶液；构成闭合回路；能自发进行的氧化还原反应。a装置：由于两个电极是同种金属，不能形成原电池；b装置：酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；c装置：没有形成闭合回路，不能形成原电池；d装置：符合原电池构成的条件，能形成原电池。【答案】d2. 【解析】因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，a、b皆错；因甲烧杯中zn、cu用导线连接后构成原电池，加快了zn的溶解，故d错；又因两杯中的zn都能与稀h2so4反应产生h2而消耗h，故c正确。【答案】c3. 【解析】铜片和铁片紧靠并浸入稀h2so4中，铜片上的h获得由铁片传递过来的电子：2h2e=h2，所以可观察到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应zncu2=zn2cu，生成的cu在铜片上析出使其质量增加；铜片插入fecl3溶液中，发生的反应是cu2fe3=cu22fe2，并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试管中滴入几滴cucl2溶液，发生反应zncu2=zn2cu，置换出的cu与剩余的zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，加速2h2e=h2反应，可观察到气泡放出的速率加快。【答案】c4. 【解析】在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应式看：负极：zn2e=zn2；正极：2h2e=h2。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气得到 2 mol电子，得失电子守恒，这样即可推出a正确。【答案】a5. 【解析】(1)甲池中电池总反应方程式为mgh2so4=mgso4h2，mg作负极，电极反应式为mg2e=mg2，al作正极，电极反应式为2h2e=h2。(2)乙池中电池总反应方程式为2al2naoh2h2o=2naalo23h2，负极上为al被氧化生成al3后与oh反应生成alo，电极反应式为2al6e8oh=2alo4h2o；正极产物为h2，电极反应式为6h2o6e=6oh3h2。(3)甲池中mg为负极，al为正极；乙池中al为负极，mg为正极，若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断mg活动性强，乙