第1課時(shí)原電池的工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解原電池的工作原理。(重點(diǎn))2.能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。(重點(diǎn))3.學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡單原電池裝置。自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知1銅鋅原電池實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)裝置(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象檢流計(jì)指針電極表面變化情況發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量減少，銅片質(zhì)量增加發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量減少，銅片質(zhì)量增加(3)電極材料及電極反應(yīng)負(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)Zn2e=Zn2Cu22e=Cu反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電池反應(yīng)ZnCu2=CuZn2電子流向由鋅極通過導(dǎo)線流向銅極離子移向陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極鹽橋作用構(gòu)成閉合回路，使離子通過，傳導(dǎo)電流微點(diǎn)撥：外電路中由電子的定向移動(dòng)產(chǎn)生電流，而電解質(zhì)溶液內(nèi)部只有離子的定向移動(dòng)，沒有電子的移動(dòng)。2原電池的工作原理(1)原電池定義：能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電極名稱及電極反應(yīng)。負(fù)極：電子流出的一極，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極：電子流入的一極，發(fā)生還原反應(yīng)。原電池的構(gòu)成條件。a兩個(gè)活潑性不同的電極(兩種金屬或一種金屬和一種能導(dǎo)電的非金屬)。b將電極插入電解質(zhì)溶液。c構(gòu)成閉合回路。d能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。(2)工作原理外電路中電子由負(fù)極流向正極；內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液)中陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極；電子發(fā)生定向移動(dòng)從而形成電流，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化?；A(chǔ)自測1判斷對錯(cuò)(對的在括號(hào)內(nèi)打“”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“”。)(1)所有的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。()(2)原電池中，負(fù)極材料一定比正極材料活潑。()(3)原電池工作時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。()(4)原電池中，電流從負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極。()(5)銅鋅原電池中，溶液中的陽離子移向鋅極。()提示(1)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池。(2)原電池的負(fù)極材料不一定比正極材料活潑，如MgAlNaOH(aq)原電池中，Al作負(fù)極。(3)(4)原電池中，電流由正極經(jīng)導(dǎo)線流向負(fù)極。(5)銅鋅原電池中，Cu2移向銅極。2如圖所示的裝置能夠組成原電池的是()BA項(xiàng)，兩電極材料相同；C項(xiàng)，不能形成閉合回路；D項(xiàng)，為電解池。教師備選下列反應(yīng)，不可以設(shè)計(jì)成原電池的是()A2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2BNaOHHCl=NaClH2OC2Fe3Br2=2FeBr3D2KMnO45SO22H2O=K2SO42MnSO42H2SO4BNaOHHCl=NaClH2O不屬于氧化還原反應(yīng)，故不能設(shè)計(jì)成原電池。3據(jù)圖分析，下列有關(guān)該原電池的敘述正確的是()A工作時(shí)，鹽橋中的K會(huì)移向CuSO4溶液B取出鹽橋后，檢流計(jì)指針依然發(fā)生偏轉(zhuǎn)C銅電極上有氣泡逸出D反應(yīng)前后銅電極的質(zhì)量不變A在該原電池中，Zn作負(fù)極，Cu作正極，陽離子移向正極，A項(xiàng)正確；取出鹽橋后，不能構(gòu)成原電池，故檢流計(jì)指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Cu電極為正極，電極反應(yīng)式為Cu22e=Cu，無氣泡逸出，且銅電極的質(zhì)量增加，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。合 作 探 究攻 重 難原電池的構(gòu)成條件1799年，意大利科學(xué)家伏特發(fā)明了世界上最早的電池伏特電池。1836年，英國科學(xué)家丹尼爾對“伏特電池”進(jìn)行了改良，制造了一個(gè)能穩(wěn)定工作的銅鋅原電池，稱為“丹尼爾電池”。其基本構(gòu)造如圖所示。思考交流1該裝置中電子移動(dòng)方向如何？溶液中的SO通過鹽橋移向鋅極嗎？提示該原電池中負(fù)極是鋅，正極是銅，電子由鋅極流向銅極，鹽橋中的K向正極移動(dòng)，Cl向負(fù)極移動(dòng)，從而平衡電荷，溶液中的SO不會(huì)通過鹽橋移向鋅極。2取出鹽橋，檢流計(jì)指針還會(huì)偏轉(zhuǎn)嗎？提示取出鹽橋，不能構(gòu)成閉合回路，檢流計(jì)指針不會(huì)偏轉(zhuǎn)。3將鹽橋改為銅導(dǎo)線連接兩種溶液，檢流計(jì)指針還能偏轉(zhuǎn)嗎？提示將鹽橋改為銅導(dǎo)線連接兩種溶液，不能構(gòu)成原電池，檢流計(jì)指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。4根據(jù)以上現(xiàn)象分析，鹽橋起了什么作用？提示鹽橋起到了使整個(gè)裝置構(gòu)成閉合回路的作用，同時(shí)能阻止反應(yīng)物的直接接觸。鹽橋中Cl向ZnSO4溶液遷移，K向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。對點(diǎn)訓(xùn)練題組一原電池的工作原理1鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是()A銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO)減小C電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D陰陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶液中電荷平衡CACu作正極，電極上發(fā)生還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；B.電池工作過程中，SO不參加電極反應(yīng)，故甲池的c(SO)基本不變；C電池工作時(shí)，甲池反應(yīng)為Zn2e=Zn2，乙池反應(yīng)為Cu22e=Cu，甲池中Zn2會(huì)通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池，以維持溶液中電荷平衡，由電極反應(yīng)式可知，乙池中每有64 g Cu析出，則進(jìn)入乙池的Zn2為65 g，溶液總質(zhì)量略有增加，正確；D.由題干信息可知，陰離子不能通過陽離子交換膜。2圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實(shí)驗(yàn)時(shí)流入正極的電子的物質(zhì)的量，y軸表示()圖1圖2A銅棒的質(zhì)量Bc(Zn2)Cc(H)Dc(SO)C該裝置構(gòu)成原電池，Zn是負(fù)極，Cu是正極。A在正極Cu上溶液中的H獲得電子變?yōu)闅錃猓珻u棒的質(zhì)量不變，錯(cuò)誤；B.由于Zn是負(fù)極，不斷發(fā)生反應(yīng)Zn2e=Zn2，所以溶液中c(Zn2)增大，錯(cuò)誤；C由于反應(yīng)不斷消耗H，所以溶液的c(H)逐漸降低，正確；D.SO不參加反應(yīng)，其濃度不變，錯(cuò)誤。規(guī)避原電池基礎(chǔ)中的5個(gè)失分點(diǎn)(1)原電池的閉合回路有多種形式，如兩電極相接觸也是一種閉合。(2)鹽橋使兩池電解液相連接，構(gòu)成閉合，但不能用導(dǎo)線替換。(3)只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池，把多余的能量轉(zhuǎn)化成電能。(4)在原電池中，電子不能通過電解質(zhì)溶液。(5)電解液中的陰陽離子與導(dǎo)線中的電子各自的定向移動(dòng)，構(gòu)成一個(gè)完整的閉合回路，電子由負(fù)極移向正極，電解液中陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。題組二原電池正、負(fù)極及其產(chǎn)物的判斷3某原電池反應(yīng)的離子方程式為Fe2H=Fe2H2，下列說法正確的是()A可用硝酸作電解質(zhì)溶液B可用鋅作原電池正極C用鐵作負(fù)極，鐵的質(zhì)量不變D可用銅作原電池正極D由電池反應(yīng)的離子方程式可知，電池的負(fù)極為鐵，則正極應(yīng)是比鐵不活潑的金屬，B項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；在反應(yīng)中負(fù)極不斷被消耗，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由反應(yīng)中放出了氫氣并生成了Fe2，可知電解質(zhì)溶液不可能是硝酸，A項(xiàng)錯(cuò)誤。4某興趣小組為了提高電池的效率設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池。請回答下列問題。 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722035】(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，寫出電極名稱及電極反應(yīng)：Al片()_，Cu片()_。(2)若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，寫出電極名稱及電極反應(yīng)：Al片()_，Cu片()_。解析(1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，實(shí)質(zhì)上是由Al稀硫酸Cu組成的原電池，由于Al比Cu活潑，所以Al作負(fù)極，Al失電子被氧化為Al3，Cu作正極，溶液中的H得電子被還原為H2。(2)若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，實(shí)質(zhì)上是由Al濃硝酸Cu組成的原電池，常溫下由于Al遇濃硝酸發(fā)生鈍化，Al作正極，Cu作負(fù)極，Cu失電子被氧化為Cu2。答案(1)負(fù)極Al3e=Al3正極2H2e=H2(2)正極2NO4H2e=2NO22H2O負(fù)極Cu2e=Cu2原電池正、負(fù)極的判斷方法原電池原理的應(yīng)用已知如圖裝置：思考交流1Cd2、Co2、Ag的氧化性強(qiáng)弱如何排序？提示由裝置圖可知金屬活動(dòng)性：CdCoAg，故氧化性：Cd2Co2Ag。22Ag(s)Cd2(aq)=2Ag(aq)Cd(s)能否發(fā)生？說明理由。提示不能發(fā)生。由于金屬活動(dòng)性：CdAg，故Ag不能置換Cd。3設(shè)計(jì)原電池Cd2Ag=2AgCd2，畫出能形成穩(wěn)定電流的半電池形式的裝置圖。提示對點(diǎn)訓(xùn)練1有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減??；b極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無變化d極溶解；c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()AabcdBbcdaCdabcDabdcC由第一個(gè)裝置a極溶解，可知a極是負(fù)極，金屬活動(dòng)性ab，對于第二個(gè)裝置，依據(jù)還原性規(guī)律知，金屬活動(dòng)性bc，第三個(gè)裝置的金屬活動(dòng)性dc，由第四個(gè)裝置電流從ad，則電子從da，故金屬活動(dòng)性da。2設(shè)計(jì)原電池Zn2Fe3=Zn22Fe2，在方框中畫出能形成穩(wěn)定電流的半電池形式的裝置圖(標(biāo)出電極材料、電解質(zhì)溶液) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722036】負(fù)極：_，電極反應(yīng)：_；正極：_，電極反應(yīng)：_。解析分析元素化合價(jià)的變化可知，Zn為負(fù)極，比Zn活潑性差的金屬或非金屬(石墨等)作正極，選擇與電極材料有相同離子的溶液作電解質(zhì)溶液。答案見下圖ZnZn2e=Zn2Pt2Fe32e=2Fe2原電池工作原理的應(yīng)用(1)加快化學(xué)反應(yīng)速率構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。如實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)快，或向溶液中滴入幾滴CuSO4溶液，反應(yīng)加快。(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱對于酸性電解質(zhì)，一般是作負(fù)極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)，作正極的金屬活動(dòng)性較弱。(3)設(shè)計(jì)原電池理論上，自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)成原電池。外電路負(fù)極還原性較強(qiáng)的物質(zhì)被氧化e正極氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)被還原內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽離子作定向移動(dòng)。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基1下列說法正確的是()A構(gòu)成原電池正極和負(fù)極的材料必須是金屬B在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原C實(shí)驗(yàn)室欲快速制取氫氣，可利用粗鋅與稀硫酸反應(yīng)D原電池可以把物質(zhì)內(nèi)部的能量全部轉(zhuǎn)化為電能C構(gòu)成原電池的電極材料可以是非金屬，如石墨，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在原電池中電子流出的一極是負(fù)極，失電子被氧化，B項(xiàng)錯(cuò)誤；粗鋅中含有雜質(zhì)，可形成原電池，C項(xiàng)正確；能量轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)到100%，D項(xiàng)錯(cuò)誤。教師備選下列四個(gè)裝置中，導(dǎo)線中的電子由左側(cè)一極流向右側(cè)一極的是()C電子由左側(cè) 一極流向右側(cè)一極，則左側(cè)電極作負(fù)極。2如圖所示是鋅、銅和稀硫酸形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上的記錄如下：卡片上的描述正確的是()ABCDB構(gòu)成原電池的正極是Cu，負(fù)極是Zn，故錯(cuò)誤；電子從Zn電極(負(fù)極)流出，流向Cu電極(正極)，H向正極移動(dòng)，在Cu電極上得到電子：2H2e=H2，故錯(cuò)誤，正確；此原電池中負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Zn2e=Zn2，錯(cuò)誤；總反應(yīng)方程式為Zn2H=Zn2H2，當(dāng)有1 mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，產(chǎn)生的H2為0.5 mol，故正確。3有M、N、P、E四種金屬，已知：MN2=NM2；M、P用導(dǎo)線連接后放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡產(chǎn)生；N、E用導(dǎo)線連接后放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E22e=E，N2e=N2。則四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是()AP、M、N、EBE、N、M、PCP、N、M、EDE、P、M、NA由知，還原性：MN；由知，M為原電池正極，故還原性：PM；由知，N為原電池負(fù)極，故還原性：NE。綜上所述，還原性：PMNE。4為了避免鋅片與Cu2直接接觸發(fā)生反應(yīng)而影響原電池的放電效率，有人設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，按要求完成以下填空： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722037】(1)此裝置在工作時(shí)，可以觀察到的現(xiàn)象是_，電池的總反應(yīng)式為_。(2)原電池工作時(shí)，CuSO4溶液中SO向_移動(dòng)。(3)鹽橋是通過_的定向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的，若此鹽橋內(nèi)為KCl飽和溶液，則該電池在工作時(shí)，K移向_(填“正”或“負(fù)”)極。解析該裝置為鋅銅原電池，總反應(yīng)式為ZnCu2=CuZn2，該電池工作時(shí)，觀察到檢流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片不斷溶解，銅片上有紅色物質(zhì)析出。該電池工作時(shí)，CuSO4溶液中SO向鹽橋移動(dòng)。在原電池中，鹽橋是通過離子定向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的，若鹽橋內(nèi)為KCl飽和溶液，K向正極移動(dòng)。答案(1)檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)析出ZnCu2=Zn2Cu(2)鹽橋(3)離子正