高中化學(xué) 專題1 第2單元 第1課時(shí) 原電池的工作原理 蘇教版選修4

1、第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第第1課時(shí)原電池的工作原理課時(shí)原電池的工作原理1電流是怎樣形成的？電流是怎樣形成的？【答案】【答案】電子的定向移動(dòng)形成電流。電子的定向移動(dòng)形成電流。2什么是氧化還原反應(yīng)？什么是氧化還原反應(yīng)？【答案】【答案】有電子得失或共用電子對(duì)偏移的化學(xué)反應(yīng)叫氧化有電子得失或共用電子對(duì)偏移的化學(xué)反應(yīng)叫氧化還原反應(yīng)，表現(xiàn)為化合價(jià)的變化。還原反應(yīng)，表現(xiàn)為化合價(jià)的變化。1以銅鋅原電池為例，熟練掌握原電池的工作原理。以銅鋅原電池為例，熟練掌握原電池的工作原理。2能正確判斷原電池的正負(fù)極。能正確判斷原電池的正負(fù)極。3熟練書寫原電池的電極、電池反應(yīng)方程式。熟練書寫原電池

2、的電極、電池反應(yīng)方程式。如右圖所示是如右圖所示是_裝置，是借助裝置，是借助_反應(yīng)將反應(yīng)將_轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為_的裝置。的裝置。Zn是是_，Cu是是_，外電路，外電路電子由電子由_通過導(dǎo)線流向通過導(dǎo)線流向_。請(qǐng)分別寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式：請(qǐng)分別寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式：負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：_；正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：_；總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：_。篤學(xué)一篤學(xué)一原電池原電池原電池原電池氧化還原氧化還原化學(xué)能化學(xué)能電能電能負(fù)極負(fù)極正極正極ZnCu2工作原理工作原理原電池原理是把原電池原理是把_分開進(jìn)行，還原劑分開進(jìn)行，還原劑在在_極上失去電子發(fā)生極上失去電子發(fā)生_反應(yīng)，電子通過導(dǎo)線流向反

3、應(yīng)，電子通過導(dǎo)線流向_極，氧化劑在極，氧化劑在_極上得到電子發(fā)生極上得到電子發(fā)生_反應(yīng)。反應(yīng)。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)負(fù)負(fù)氧化氧化正正正正還原還原1.設(shè)計(jì)原電池時(shí)，用設(shè)計(jì)原電池時(shí)，用_的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)極的物質(zhì)作為負(fù)極，負(fù)極向外電路提供電子；用向外電路提供電子；用_的物質(zhì)作為正極，正極從的物質(zhì)作為正極，正極從外電路得到電子。外電路得到電子。2在原電池的內(nèi)部，兩極浸在在原電池的內(nèi)部，兩極浸在_中，并通過中，并通過_的定向運(yùn)動(dòng)而形成內(nèi)電路。的定向運(yùn)動(dòng)而形成內(nèi)電路。3放電時(shí)，負(fù)極上的電子通過導(dǎo)線流向放電時(shí)，負(fù)極上的電子通過導(dǎo)線流向_，再通過，再通過溶液中離子形成的溶液中離子形成的_構(gòu)成回

4、路。構(gòu)成回路。篤學(xué)二篤學(xué)二原電池的設(shè)計(jì)原電池的設(shè)計(jì)還原性較強(qiáng)還原性較強(qiáng)氧化性較強(qiáng)氧化性較強(qiáng)電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液陰、陽(yáng)離子陰、陽(yáng)離子正極正極內(nèi)電路內(nèi)電路【慎思【慎思1】 鹽橋內(nèi)盛放的是什么物質(zhì)？其作用是什么？鹽橋內(nèi)盛放的是什么物質(zhì)？其作用是什么？【答案】【答案】鹽橋內(nèi)通常裝有含有瓊脂的鹽橋內(nèi)通常裝有含有瓊脂的KCl飽和溶液。離子飽和溶液。離子在鹽橋中能定向移動(dòng)，通過鹽橋?qū)蓚€(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接在鹽橋中能定向移動(dòng)，通過鹽橋?qū)蓚€(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。使用鹽橋?qū)蓚€(gè)半電池完全隔開，起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。使用鹽橋?qū)蓚€(gè)半電池完全隔開，使副反應(yīng)減至最小程度，可以獲得單純的電極反

5、應(yīng)，便于分析使副反應(yīng)減至最小程度，可以獲得單純的電極反應(yīng)，便于分析放電過程，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。放電過程，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。【慎思【慎思2】 原電池形成的條件是什么？原電池形成的條件是什么？【答案】【答案】(1)兩個(gè)活潑性不同的電極，其中一個(gè)相對(duì)來說兩個(gè)活潑性不同的電極，其中一個(gè)相對(duì)來說較活潑，另一個(gè)相對(duì)來說較不活潑，二者直接或間接地連在一較活潑，另一個(gè)相對(duì)來說較不活潑，二者直接或間接地連在一起，插入電解質(zhì)溶液中。起，插入電解質(zhì)溶液中。(2)電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)溶液。(3)形成閉合回路。形成閉合回路。(4)能自發(fā)地發(fā)生放出能量的氧化還原反應(yīng)。能自發(fā)地發(fā)生放出能量

6、的氧化還原反應(yīng)?！旧魉肌旧魉?】 在原電池內(nèi)部，電解質(zhì)溶液中的陰、陽(yáng)離子是在原電池內(nèi)部，電解質(zhì)溶液中的陰、陽(yáng)離子是如何移動(dòng)的？如何移動(dòng)的？【答案】【答案】陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。陰離子移向負(fù)極，陽(yáng)離子移向正極。 原電池正、負(fù)極的判斷方法原電池正、負(fù)極的判斷方法【例【例1】將】將Mg條、條、Al條平行插入一定濃度的條平行插入一定濃度的NaOH溶液溶液中，用導(dǎo)線、電流計(jì)連接成原電池，此電池工作時(shí)，下列敘述中，用導(dǎo)線、電流計(jì)連接成原電池，此電池工作時(shí)，下列敘述正確的是正確的是()原電池的電極類型不僅跟電極材料有關(guān)，還與電解質(zhì)溶液原電池的電極類型不僅跟電極材料有關(guān)，還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān)。例

7、如：鎂的性質(zhì)有關(guān)。例如：鎂鋁電極在稀硫酸中構(gòu)成原電池，鎂為鋁電極在稀硫酸中構(gòu)成原電池，鎂為負(fù)極，鋁為正極，但若以氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液，則鋁為負(fù)極，鋁為正極，但若以氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液，則鋁為負(fù)極，鎂為正極。負(fù)極，鎂為正極?！倔w驗(yàn)【體驗(yàn)1】在下圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，】在下圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷下表中所列棒變細(xì)，由此判斷下表中所列M、N、P物質(zhì)，其物質(zhì)，其中可以成立的是中可以成立的是()選項(xiàng)選項(xiàng)MNPA鋅鋅銅銅稀硫酸溶液稀硫酸溶液B銅銅鐵鐵稀鹽酸稀鹽酸C銀銀鋅鋅硝酸銀溶液硝酸銀溶液D鋅鋅鐵鐵硝酸鐵溶液硝酸鐵溶液【答案】【答案】

8、C【解析】【解析】本題通過電極變化來確定電極，本題通過電極變化來確定電極，N棒變細(xì)，即棒變細(xì)，即N極上發(fā)生氧化反應(yīng)，極上發(fā)生氧化反應(yīng)，N棒金屬較活潑，排除棒金屬較活潑，排除A、D；由；由M棒變棒變粗，可知粗，可知B不正確。不正確。1加快氧化還原反應(yīng)的速率加快氧化還原反應(yīng)的速率例如：在鋅與稀例如：在鋅與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)加入少量反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液能使產(chǎn)溶液能使產(chǎn)生生H2的速率加快。的速率加快。2比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱例如：有兩種金屬例如：有兩種金屬a和和b，用導(dǎo)線連接后插入到稀，用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中，觀察到中，觀察到a極溶解，極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)

9、電極現(xiàn)象判斷出極上有氣泡產(chǎn)生。根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負(fù)極，是負(fù)極，b是正極，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性是正極，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性ab。原電池原理的應(yīng)用原電池原理的應(yīng)用(2)確定電極材料確定電極材料若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；若為氣體極；若為氣體(如如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如如Pt、碳棒、碳棒)作負(fù)極。作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負(fù)極材料活潑性差。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負(fù)極材料活潑性差。本例中可用銅棒作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。本例中可用銅棒

10、作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。(3)確定電解質(zhì)溶液確定電解質(zhì)溶液一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可，如本例中可用一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可，如本例中可用FeCl3溶液作電解質(zhì)溶液。溶液作電解質(zhì)溶液。(4)構(gòu)成閉合回路。構(gòu)成閉合回路。4尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源5用于金屬的防護(hù)用于金屬的防護(hù)(2)該反應(yīng)還可設(shè)計(jì)成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，該反應(yīng)還可設(shè)計(jì)成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如下圖所示：如下圖所示：請(qǐng)回答下列問題：請(qǐng)回答下列問題：電極電極X的材料是的材料是_，Y的材料是的材料是_，電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)溶液Z是是_。鹽橋的作用是鹽橋的作用是_。

11、外電路中的電子是從外電路中的電子是從_電極流向電極流向_電極。電極。解析解析本題考查原電池的原理和設(shè)計(jì)，解題時(shí)應(yīng)明確設(shè)計(jì)本題考查原電池的原理和設(shè)計(jì)，解題時(shí)應(yīng)明確設(shè)計(jì)思路，理解帶鹽橋的原電池的組成原理。思路，理解帶鹽橋的原電池的組成原理。根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是：首先將已根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用特點(diǎn)，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料，正極要

12、保作材料，正極要保證證Ag得到負(fù)極失去的電子，電解質(zhì)溶液只能用含得到負(fù)極失去的電子，電解質(zhì)溶液只能用含Ag的電解的電解質(zhì)溶液，如質(zhì)溶液，如AgNO3溶液。而正極材料的活潑性比溶液。而正極材料的活潑性比Cu弱。在帶弱。在帶鹽橋的原電池組成半電池時(shí)，注意電極材料與溶液中的離子一鹽橋的原電池組成半電池時(shí)，注意電極材料與溶液中的離子一般要相對(duì)應(yīng)，如般要相對(duì)應(yīng)，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。答案答案(1)實(shí)驗(yàn)裝置圖如右圖實(shí)驗(yàn)裝置圖如右圖Pt(合理即可合理即可)2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2(2)CuAgAgNO3溶液溶液將兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)將兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起

13、來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)CuAg(1)例析原電池的設(shè)計(jì)過程：例析原電池的設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路實(shí)例實(shí)例以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為以自發(fā)的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)基礎(chǔ)2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2把氧化還原反應(yīng)分解為氧把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)(負(fù)極負(fù)極)：Cu2e=Cu2還原反應(yīng)還原反應(yīng)(正極正極)：Fe3e=Fe2(2)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)溶液，可用水作電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿溶液，可用水作電解質(zhì)，但為了增

14、強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸，如燃料電池，水中一般要加入或一般的強(qiáng)酸，如燃料電池，水中一般要加入KOH或或H2SO4；若給出的是離子方程式，則電解質(zhì)溶液是含氧化性離子的酸或若給出的是離子方程式，則電解質(zhì)溶液是含氧化性離子的酸或可溶性鹽，此時(shí)電解質(zhì)可能不唯一。可溶性鹽，此時(shí)電解質(zhì)可能不唯一?！敬鸢浮俊敬鸢浮緾【解析】【解析】本題考查原電池的組成，活潑金屬為負(fù)極，且能本題考查原電池的組成，活潑金屬為負(fù)極，且能與電解質(zhì)溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。與電解質(zhì)溶液發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)?！景咐俊景咐?某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性

15、，他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們的金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案。請(qǐng)你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：方案方案：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放：有人提出將大小相等的鐵片和銅片，分別同時(shí)放入稀硫酸入稀硫酸(或稀鹽酸或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動(dòng)性。該原理的離子方程式為的活動(dòng)性。該原理的離子方程式為_。實(shí)驗(yàn)探究三原電池原理的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)探究三原電池原理的應(yīng)用判斷金屬活潑性判斷金屬活潑性方案方案：有人利用：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動(dòng)性。試畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料它們的活動(dòng)性。試畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)式：正極反應(yīng)式：_；負(fù)極反應(yīng)式：負(fù)極反應(yīng)式：_。方案方案：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證：結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，幫助他們?cè)僭O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案活動(dòng)性的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案(與方案與方案、不能雷同不能雷同)：_，用離子方，用離子方程式表示其反應(yīng)原理：程式表示其反應(yīng)原理：_?！敬鸢浮俊敬鸢浮縁e2H=Fe2H2如下圖所示如下圖所示