高三化学单元高中同步测控优化设计第四章第一节第1课时 原电池的工作原理

高中同步测控优化设计GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第1课时原电池的工作原理第四章第一节2022内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑课堂小结课标定位素养阐释1.知道原电池的工作原理,会判断原电池的正、负极。2.会写原电池的电极反应式和电池总反应方程式。3.能利用氧化还原反应设计原电池。自主预习新知导学一、原电池1.原电池的工作原理。以锌铜原电池为例,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。如图:(1)实验现象:接通电路时,电流表的指针发生偏转,将盐桥取出,电流表的指针回到零点。(2)工作原理。

2.原电池工作的一般条件。(1)有能自发进行的氧化还原反应。(2)有两个活动性不同的电极(通常活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极),并插入电解质溶液中,形成闭合回路。二、原电池的设计1.能设计为原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应。2.用还原性较强的物质作负极,向外电路提供电子;用氧化性较强的物质作正极,从外电路得到电子。3.原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。【自主思考】

上述锌铜原电池装置中,盐桥起什么作用?提示:

连接内电路,形成闭合回路;平衡电荷,使原电池不断产生电流。【效果自测】

1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(

)(2)在原电池中,发生还原反应的一极一定是正极。(

)(3)用Mg、Al分别作电极,用NaOH溶液作电解质溶液组成的原电池,Mg为负极。(

)(4)在锌铜原电池中,因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路,所以有电流产生。(

)(5)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动。(

)√√×××(6)两种活动性不同的金属组成原电池的两极,活动性较强的金属可能作正极。(

)(7)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高。(

)(8)反应CaO+H2O══Ca(OH)2可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池。(

)√√×2.如图,以锌片、铜片为电极,稀硫酸为电解质溶液组成的原电池。(1)该原电池的负极是

,电极反应式为

;正极是

,电极反应式为

。

(2)该原电池总反应的离子方程式为

,电池工作过程中,铜片上的现象是

;工作一段时间后,电解质溶液的pH

。

答案:(1)Zn

Zn-2e-══Zn2+

Cu

2H++2e-══H2↑(2)Zn+2H+══Zn2++H2↑有气泡产生增大合作探究释疑解惑探究任务1原电池的工作原理及正、负极的判断【问题引领】

化学反应中有能量的转化,借助一定的装置可以实现将化学能转化为电能,这种装置叫做原电池。如图所示装置就是一种原电池。1.写出该装置所依据的化学反应的离子方程式。提示:Zn+Cu2+══Zn2++Cu。2.指出反应中发生氧化反应和发生还原反应的物质。提示:Zn失电子,发生氧化反应;Cu2+得电子,发生还原反应。3.该装置有何缺点?如何改进?提示:还原性物质Zn与氧化性物质Cu2+直接接触,电流衰减快。可改为带盐桥的双液电池,如图。【归纳提升】

1.原电池的判定首先,原电池无外接直流电源,有外接直流电源的装置一定不是原电池;然后依据原电池的工作条件分析判断:①两电极为导体,且存在活动性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极);②两极插入电解质溶液中;③形成闭合回路或两电极在溶液中直接接触;④有能自发进行的氧化还原反应发生。2.原电池的工作原理3.原电池正、负极的一般判断方法(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电子移动方向(或电流方向)判断。电子由负极移向正极;电流由正极流向负极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内,阳离子移向正极,阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。失电子,发生氧化反应的是负极;得电子,发生还原反应的是正极。(5)根据现象判断。一般情况下,电极发生溶解的一极为负极,电极增重或有气体逸出的一极为正极。判断电极时,不能简单地依据金属的活动性顺序来判断,还要看电解质溶液。例如:Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极;常温下,Fe、Al在浓硝酸中发生钝化,比Cu等金属更难失电子,Cu等金属作负极,Fe、Al作正极。【典型例题】

【例题1】

如图为双液原电池装置示意图,下列叙述中正确的是(

)。A.铜离子在铜片表面被还原B.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液C.电流从锌片经导线流向铜片D.铜是正极,铜片上有气泡产生答案:A解析:该原电池中,活动性较强的金属锌作负极,活动性较弱的铜作正极,电子由负极锌流出,经导线流向铜电极,电流的方向与电子的移动方向相反,C项错误;正极发生还原反应,电极反应式为Cu2++2e-══Cu,A项正确,D项错误;盐桥中的阳离子向正极区硫酸铜溶液中迁移,B项错误。【变式训练1】

(双选)下图所示装置中能组成原电池的是(

)。答案:BD解析:根据原电池工作的一般条件分析,A项中两电极相同,C项中酒精不是电解质,不能导电,不能形成闭合回路,A项、C项不能组成原电池。B项中Zn作负极,Cu作正极,电池反应

Zn+2H+══Zn2++H2↑;D项中Al作负极,Cu作正极,电池反应

2Al+2H2O+2OH-══2+3H2↑。方法技巧判断一个装置是否组成原电池,考虑两点:一是看是否有自发进行的氧化还原反应存在;二是看装置中是否有两个活动性不同的电极、电极是否插入电解质溶液或在电解质溶液中接触形成闭合回路。【问题引领】

探究任务2原电池原理的应用原电池原理在化学研究和社会生活中有许多应用。原电池反应在许多方面是有积极意义的,例如,利用原电池原理,可以比较金属活动性的不同;利用原电池反应,可以增大制取氢气的反应速率;利用原电池原理,可以设计各种各样的原电池。在某些方面也有消极的表现,例如钢铁的锈蚀发生的主要是原电池反应。写出在酸性较强的环境中,钢铁发生锈蚀的电极反应式。提示:Fe作负极,Fe-2e-══Fe2+;C作正极,2H++2e-══H2↑。【归纳提升】

1.比较金属活动性强弱方法是:将金属a和b用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a溶解,b上有气泡产生。据此推断a是负极,b是正极,金属活动性a>b。该法中,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝酸或NaOH溶液等试剂,否则可能得出相反的结论。2.增大化学反应速率实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。原理是:锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池,使产生氢气的速率增大。3.设计原电池例如,以2FeCl3+Fe══3FeCl2为依据,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:Fe-2e-══Fe2+,正极:2Fe3++2e-══2Fe2+。(2)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极;若发生氧化反应的物质为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼,也可选用石墨棒。本例中可用铁棒作负极,用石墨棒作正极。(3)确定电解质溶液。电解质是使负极放电的物质,因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。本例中应选择FeCl3溶液作电解质溶液。如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液一般选择含有与电极材料相同的阳离子的盐溶液。本例中与铁电极组成半电池的电解质溶液可选择FeCl2溶液,与石墨棒组成半电池的电解质溶液应选择FeCl3溶液。(4)构成闭合回路:将电极用导线连接,并插入电解质溶液中,使之构成闭合回路。如下图。设计原电池时,若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质。为了增强水的导电性,通常加入强碱或强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。思考以Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag为依据设计双液原电池,如何选择电极材料和电解质溶液?提示:必须用铜棒作负极,可用石墨棒作正极;可用Cu(NO3)2溶液和Cu组成一个半电池,用AgNO3溶液和石墨棒组成另一个半电池;用导线和盐桥构成闭合回路。【典型例题】

【例题2】

(双选)某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe══3Fe2+,不能实现该反应的原电池是(

)。A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C.正极为Fe,负极为Zn,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液答案:CD解析:由2Fe3++Fe══3Fe2+得出负极电极反应式为Fe-2e-══Fe2+,正极电极反应式为2Fe3++2e-══2Fe2+,可知负极