高中化学 专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理 苏教版选修4

1、第二单元化学能与电能的转化第二单元化学能与电能的转化第第1课时原电池的工作原理课时原电池的工作原理1电流是怎样形成的？电流是怎样形成的？【答案】【答案】电子的定向移动形成电流。电子的定向移动形成电流。2什么是氧化还原反应？什么是氧化还原反应？【答案】【答案】有电子得失或共用电子对偏移的化学反应叫氧化有电子得失或共用电子对偏移的化学反应叫氧化还原反应，表现为化合价的变化。还原反应，表现为化合价的变化。1以铜锌原电池为例，熟练掌握原电池的工作原理。以铜锌原电池为例，熟练掌握原电池的工作原理。2能正确判断原电池的正负极。能正确判断原电池的正负极。3熟练书写原电池的电极、电池反应方程式。熟练书写原电池

2、的电极、电池反应方程式。如右图所示是如右图所示是_装置，是借助装置，是借助_反应将反应将_转化为转化为_的装置。的装置。Zn是是_，Cu是是_，外电路，外电路电子由电子由_通过导线流向通过导线流向_。请分别写出电极反应式和总反应方程式：请分别写出电极反应式和总反应方程式：负极反应式：负极反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；总反应方程式：总反应方程式：_。笃学一笃学一原电池原电池原电池原电池氧化还原氧化还原化学能化学能电能电能负极负极正极正极ZnCu2工作原理工作原理原电池原理是把原电池原理是把_分开进行，还原剂分开进行，还原剂在在_极上失去电子发生极上失去电子发生_反应，电子通过导线流向反

3、应，电子通过导线流向_极，氧化剂在极，氧化剂在_极上得到电子发生极上得到电子发生_反应。反应。氧化反应和还原反应氧化反应和还原反应负负氧化氧化正正正正还原还原1.设计原电池时，用设计原电池时，用_的物质作为负极，负极的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用向外电路提供电子；用_的物质作为正极，正极从的物质作为正极，正极从外电路得到电子。外电路得到电子。2在原电池的内部，两极浸在在原电池的内部，两极浸在_中，并通过中，并通过_的定向运动而形成内电路。的定向运动而形成内电路。3放电时，负极上的电子通过导线流向放电时，负极上的电子通过导线流向_，再通过，再通过溶液中离子形成的溶液中离子形成的_构成回

4、路。构成回路。笃学二笃学二原电池的设计原电池的设计还原性较强还原性较强氧化性较强氧化性较强电解质溶液电解质溶液阴、阳离子阴、阳离子正极正极内电路内电路【慎思【慎思1】 盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？【答案】【答案】盐桥内通常装有含有琼脂的盐桥内通常装有含有琼脂的KCl饱和溶液。离子饱和溶液。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。使用盐桥将两个半电池完全隔开，起来，可使电流持续传导。使用盐桥将两个半电池完全隔开，使副反应减至最小程度，可以获得单纯的电极反

5、应，便于分析使副反应减至最小程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。【慎思【慎思2】 原电池形成的条件是什么？原电池形成的条件是什么？【答案】【答案】(1)两个活泼性不同的电极，其中一个相对来说两个活泼性不同的电极，其中一个相对来说较活泼，另一个相对来说较不活泼，二者直接或间接地连在一较活泼，另一个相对来说较不活泼，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中。起，插入电解质溶液中。(2)电解质溶液。电解质溶液。(3)形成闭合回路。形成闭合回路。(4)能自发地发生放出能量的氧化还原反应。能自发地发生放出能量

6、的氧化还原反应。【慎思【慎思3】 在原电池内部，电解质溶液中的阴、阳离子是在原电池内部，电解质溶液中的阴、阳离子是如何移动的？如何移动的？【答案】【答案】阴离子移向负极，阳离子移向正极。阴离子移向负极，阳离子移向正极。 原电池正、负极的判断方法原电池正、负极的判断方法【例【例1】将】将Mg条、条、Al条平行插入一定浓度的条平行插入一定浓度的NaOH溶液溶液中，用导线、电流计连接成原电池，此电池工作时，下列叙述中，用导线、电流计连接成原电池，此电池工作时，下列叙述正确的是正确的是()原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。例

7、如：镁的性质有关。例如：镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。负极，镁为正极。【体验【体验1】在下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，】在下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其物质，其中可以成立的是中可以成立的是()选项选项MNPA锌锌铜铜稀硫酸溶液稀硫酸溶液B铜铜铁铁稀盐酸稀盐酸C银银锌锌硝酸银溶液硝酸银溶液D锌锌铁铁硝酸铁溶液硝酸铁溶液【答案】【答案】

8、C【解析】【解析】本题通过电极变化来确定电极，本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即棒变细，即N极上发生氧化反应，极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除棒金属较活泼，排除A、D；由；由M棒变棒变粗，可知粗，可知B不正确。不正确。1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量反应时加入少量CuSO4溶液能使产溶液能使产生生H2的速率加快。的速率加快。2比较金属活动性的强弱比较金属活动性的强弱例如：有两种金属例如：有两种金属a和和b，用导线连接后插入到稀，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到中，观察到a极溶解，极溶解，b极上有气泡产生。根据

9、电极现象判断出极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。原电池原理的应用原电池原理的应用(2)确定电极材料确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；若为气体极；若为气体(如如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如如Pt、碳棒、碳棒)作负极。作负极。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。本例中可用铜棒

10、作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3)确定电解质溶液确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用一般选用反应物中的电解质溶液即可，如本例中可用FeCl3溶液作电解质溶液。溶液作电解质溶液。(4)构成闭合回路。构成闭合回路。4寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源5用于金属的防护用于金属的防护(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如下图所示：如下图所示：请回答下列问题：请回答下列问题：电极电极X的材料是的材料是_，Y的材料是的材料是_，电解质溶液，电解质溶液Z是是_。盐桥的作用是盐桥的作用是_。

11、外电路中的电子是从外电路中的电子是从_电极流向电极流向_电极。电极。解析解析本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应即氧化反应和还原反应)：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然后结合原电池的电极反应；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要

12、保作材料，正极要保证证Ag得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含Ag的电解的电解质溶液，如质溶液，如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。在带弱。在带盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如般要相对应，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。答案答案(1)实验装置图如右图实验装置图如右图Pt(合理即可合理即可)2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2(2)CuAgAgNO3溶液溶液将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导将两个隔离的电解质溶液连接起

13、来，可使电流持续传导CuAg(1)例析原电池的设计过程：例析原电池的设计过程：设计思路设计思路实例实例以自发的氧化还原反应为以自发的氧化还原反应为基础基础2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2把氧化还原反应分解为氧把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应反应，从而确定电极反应氧化反应氧化反应(负极负极)：Cu2e=Cu2还原反应还原反应(正极正极)：Fe3e=Fe2(2)设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水作电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱溶液，可用水作电解质，但为了增

14、强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或或H2SO4；若给出的是离子方程式，则电解质溶液是含氧化性离子的酸或若给出的是离子方程式，则电解质溶液是含氧化性离子的酸或可溶性盐，此时电解质可能不唯一。可溶性盐，此时电解质可能不唯一。【答案】【答案】C【解析】【解析】本题考查原电池的组成，活泼金属为负极，且能本题考查原电池的组成，活泼金属为负极，且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。【案例】【案例】 某校化学研究性学习小组欲设计实验验证某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性

15、，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：完成有关实验项目：方案方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸入稀硫酸(或稀盐酸或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为的活动性。该原理的离子方程式为_。实验探究三原电池原理的应用实验探究三原电池原理的应用判断金属活泼性判断金属活泼性方案方案：有人利用：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试画出原电池装置图，标出原电池的电极材料它们的活动性。试画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。方案方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案活动性的简单实验方案(与方案与方案、不能雷同不能雷同)：_，用离子方，用离子方程式表示其反应原理：程式表示其反应原理：_。【答案】【答案】Fe2H=Fe2H2如下图所示如下图所示