2011年高中化學(xué) 1.3《第1課時 原電池工作原理》課件 魯科版選修4

1、第第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池電池 第第1課時原電池工作原理課時原電池工作原理1了解原電池的工作原理。了解原電池的工作原理。2掌握構(gòu)成原電池的條件。掌握構(gòu)成原電池的條件。3會設(shè)計原電池。會設(shè)計原電池。一、銅鋅原電池的實驗探究一、銅鋅原電池的實驗探究1裝置裝置2鹽橋鹽橋(1)成分：成分：KCl飽和溶液。飽和溶液。(2)離子移動方向：離子移動方向：Cl移向移向 溶液；溶液；K移向移向 溶液。溶液。(3)作用作用使兩個半電池溶液連成一個通路。使兩個半電池溶液連成一個通路。使兩溶液保持電中性。使兩溶液保持電中性。ZnSO4CuSO43實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象 電流計指針是電流計指針是否偏轉(zhuǎn)否偏

2、轉(zhuǎn)電極表面變化情況電極表面變化情況鋅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)量，銅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)量，銅片質(zhì)量偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)減少減少減少減少增加增加增加增加4.實驗分析及電極反應(yīng)實驗分析及電極反應(yīng) Zn極極Cu極極電子流動電子流動得失電得失電子子電子經(jīng)導(dǎo)線由電子經(jīng)導(dǎo)線由 流向流向電極名電極名稱稱電極反電極反應(yīng)應(yīng)反應(yīng)類反應(yīng)類型型失電子失電子負(fù)極負(fù)極氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)溶液中溶液中Cu2得電子得電子正極正極Cu22eCuZnZn22e負(fù)極負(fù)極正極正極二、原電池二、原電池1定義定義：將：將 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為 的裝置。的裝置。2構(gòu)成條件構(gòu)成條件(1)由兩種活潑性不同的金屬或由金屬和非金屬作電

3、極，一由兩種活潑性不同的金屬或由金屬和非金屬作電極，一般較活潑金屬作般較活潑金屬作 ，較不活潑金屬或非金屬作，較不活潑金屬或非金屬作 。(2)兩電極必須同時浸在兩電極必須同時浸在 中。中。(3)兩電極之間要用導(dǎo)線兩電極之間要用導(dǎo)線(或鹽橋或鹽橋)形成形成 。(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)(有明顯電流產(chǎn)生時需具備此有明顯電流產(chǎn)生時需具備此條件條件)。化學(xué)能化學(xué)能電能電能負(fù)極負(fù)極正極正極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液閉合回路閉合回路3工作原理工作原理(以銅鋅原電池為例以銅鋅原電池為例)開放探究開放探究(1)構(gòu)成原電池的化學(xué)反應(yīng)有何特點？構(gòu)成原電池的化學(xué)反應(yīng)有何特點？(2)如何用反應(yīng)如

4、何用反應(yīng)2Fe3Fe=3Fe2設(shè)計原電池？設(shè)計原電池？提示：提示：(1)必須是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，原電池是化學(xué)能必須是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，發(fā)生的反應(yīng)必定是放熱反應(yīng)，即反應(yīng)的焓轉(zhuǎn)化為電能的裝置，發(fā)生的反應(yīng)必定是放熱反應(yīng)，即反應(yīng)的焓變小于零。變小于零。(2) (其他答案合理也可其他答案合理也可) 1在理論上不能用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是在理論上不能用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0B2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=

5、4Fe(OH)3(s) H0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)HM，故，故A、D項不符合題意。項不符合題意。B項的正極項的正極反應(yīng)為：反應(yīng)為：2H2eH2，不符合題意。，不符合題意。C項：負(fù)極反應(yīng)為項：負(fù)極反應(yīng)為ZnZn22e，正極反應(yīng)為，正極反應(yīng)為2Ag2e2Ag，符合題意。，符合題意。答案：答案：C 1剪約剪約6 cm長、長、2 cm寬的銅片、鋁片各一片，分別用接線寬的銅片、鋁片各一片，分別用接線柱平行地固定在一塊塑料板上柱平行地固定在一塊塑料板上(間隔間隔2 cm)。將銅片與鋁片分別和。將銅片與鋁片分別和電流表的兩接線柱相連，電流表指針

6、調(diào)在中間位置。取兩個電流表的兩接線柱相連，電流表指針調(diào)在中間位置。取兩個50 mL的小燒杯，在一個燒杯中注入約的小燒杯，在一個燒杯中注入約40 mL的濃硫酸，在另一只的濃硫酸，在另一只燒杯中注入燒杯中注入40 mL 0.5 molL1的硫酸溶液。試回答下列問題的硫酸溶液。試回答下列問題(已已知電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電子流向一致知電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電子流向一致)：(1)兩電極同時插入稀硫酸中，電流表指針偏向連接兩電極同時插入稀硫酸中，電流表指針偏向連接_(填填“鋁鋁”或或“銅銅”)的接線柱。的接線柱。(2)兩電極同時插入濃硝酸時，電流表指針偏向連接兩電極同時插入濃硝酸時，電流表指針偏向連接_(填

7、填“鋁鋁”或或“銅銅”)的接線柱，此時鋁是的接線柱，此時鋁是_(填填“正正”或或“負(fù)負(fù)”)極。極。答案：答案：(1)鋁鋁(2)銅正銅正二、原電池的設(shè)計二、原電池的設(shè)計以以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2為例，設(shè)計一個原電池。為例，設(shè)計一個原電池。1確定電極反應(yīng)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)確定電極反應(yīng)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極，電極反應(yīng)式為：兩個半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極，電極反應(yīng)式為：負(fù)極：負(fù)極：CuCu22e正極：正極：2Fe32e2Fe22確定電極材料確定電極材料如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接做負(fù)如發(fā)生氧化

8、反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接做負(fù)極；如為氣體極；如為氣體(如如H2)或溶液中的還原性離子，可作惰性電極或溶液中的還原性離子，可作惰性電極(如如Pt、碳棒、碳棒)做負(fù)極。做負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負(fù)極材料不活潑。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負(fù)極材料不活潑。本例中可用銅棒做負(fù)極，用鉑絲或碳棒做正極。本例中可用銅棒做負(fù)極，用鉑絲或碳棒做正極。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溶液做電解液。溶液做電解液。4構(gòu)成閉合回路，畫出示意圖。構(gòu)成閉合回路，畫出示意圖。(合理即可合理即可) 依據(jù)氧化

9、還原反應(yīng)：依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)，設(shè)計一個最簡單的原電池。，設(shè)計一個最簡單的原電池。(1)在下邊方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為在下邊方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為_，電極反應(yīng)式為電極反應(yīng)式為_；負(fù)極為負(fù)極為_，電極反應(yīng)式為，電極反應(yīng)式為_。(2)該反應(yīng)還可設(shè)計成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如該反應(yīng)還可設(shè)計成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如圖所示：圖所示：請回答下列問題：請回答下列問題：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)，電解質(zhì)溶液溶液Z是是_。鹽橋的作用是鹽橋的作用是_。外電路中的電子是從外電路中的電子是從_電極

10、流向電極流向_電極。電極。本題考查原電池的原理和設(shè)計，解題時應(yīng)明確設(shè)計思路，本題考查原電池的原理和設(shè)計，解題時應(yīng)明確設(shè)計思路，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)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)計原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)計原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)(即氧化即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)反應(yīng)和還原反應(yīng))： CuCu22e，2Ag2e2Ag；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點，分析可知，該電池的負(fù)極應(yīng)該用該用Cu作材料，正極要保證作材料，正極要保證Ag得到負(fù)極失去的電子，一般用得

11、到負(fù)極失去的電子，一般用不能還原不能還原Ag的材料如的材料如Pt或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能用含或碳棒等，電解質(zhì)溶液只能用含Ag的的電解質(zhì)溶液如電解質(zhì)溶液如AgNO3溶液。在帶鹽橋的原電池組成半電池時，溶液。在帶鹽橋的原電池組成半電池時，注意電極材料與溶液中的離子一般要相對應(yīng)，如注意電極材料與溶液中的離子一般要相對應(yīng)，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。答案：答案：(1)實驗裝置圖如圖：實驗裝置圖如圖：Pt2Ag2e2AgCuCuCu22e(2)CuAgAgNO3將兩個隔離將兩個隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)CuAg2一個原電池總反應(yīng)為一個原電池總反應(yīng)為

12、ZnCu2=Zn2Cu，該電池，該電池材料及電解質(zhì)溶液可能是材料及電解質(zhì)溶液可能是(雙選雙選)()正極正極負(fù)極負(fù)極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DFeZnCuSO4解析：解析：原電池總反應(yīng)：原電池總反應(yīng)：ZnCu2=Zn2Cu，可得出，可得出其負(fù)極反應(yīng)：其負(fù)極反應(yīng)：ZnZn22e(氧化反應(yīng)氧化反應(yīng))，正極反應(yīng)：，正極反應(yīng)：Cu22eCu(還原反應(yīng)還原反應(yīng))，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是原電池負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是原電池負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為原電池正極，因此負(fù)極材料只能是發(fā)生還原反應(yīng)的一極為原電池正極，因此負(fù)極材料只能是Zn。正極為正極為Cu2得

13、電子還原成銅，電解質(zhì)應(yīng)為可溶性銅鹽，正極材得電子還原成銅，電解質(zhì)應(yīng)為可溶性銅鹽，正極材料為活潑性比料為活潑性比Zn弱的弱的Cu、Fe(或或C、Pt)等。等。答案：答案：CD1(2010余姚高二質(zhì)檢余姚高二質(zhì)檢)以下能形成原電池的是以下能形成原電池的是()ABC D解析：解析：水果中有電解質(zhì)溶液，如果酸等。水果中有電解質(zhì)溶液，如果酸等。符合原電符合原電池的構(gòu)成條件。池的構(gòu)成條件。答案：答案：C2關(guān)于如圖所示裝置的敘述，正確的是關(guān)于如圖所示裝置的敘述，正確的是()A銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生銅是陽極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B銅片質(zhì)量逐漸減少銅片質(zhì)量逐漸減少C電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅

14、片D氫離子在銅片表面被還原氫離子在銅片表面被還原解析：解析：從圖中看出裝置是原電池，從圖中看出裝置是原電池，Zn較活潑，發(fā)生失電較活潑，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，是負(fù)極，電子由子的氧化反應(yīng)，是負(fù)極，電子由Zn流向流向Cu，溶液中的，溶液中的H在銅在銅片上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成片上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，電流方向與電子流向相反，電流方向與電子流向相反，從銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片。從銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片。答案：答案：D3某原電池，將兩金屬某原電池，將兩金屬X、Y用導(dǎo)線連接，同時插入相應(yīng)用導(dǎo)線連接，同時插入相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中，發(fā)現(xiàn)的電解質(zhì)溶液中，發(fā)現(xiàn)Y電極質(zhì)量增加，則可能是下列情況中的電極質(zhì)量增加，則可

15、能是下列情況中的()AX是負(fù)極，電解質(zhì)溶液為是負(fù)極，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液溶液BX是負(fù)極，電解質(zhì)溶液為稀是負(fù)極，電解質(zhì)溶液為稀H2SO4溶液溶液CX是正極，電解質(zhì)溶液為是正極，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液溶液DX是正極，電解質(zhì)溶液為稀是正極，電解質(zhì)溶液為稀H2SO4溶液溶液 解析：解析：將金屬將金屬X、Y用導(dǎo)線連接，同時，插入相應(yīng)的電解用導(dǎo)線連接，同時，插入相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中，構(gòu)成原電池。負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，電質(zhì)溶液中，構(gòu)成原電池。負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，電子經(jīng)外電路流向正極，溶液中的陽離子在正極得電子而被還原，子經(jīng)外電路流向正極，溶液中的陽離子在正極得電子而被還原，若使若使

16、Y極質(zhì)量增加，四個選項中，只有極質(zhì)量增加，四個選項中，只有A正確；正確；X是負(fù)極；是負(fù)極；Y是是正極，電解質(zhì)是正極，電解質(zhì)是CuSO4溶液。溶液。答案：答案：A 4(2011馬鞍山高二質(zhì)檢馬鞍山高二質(zhì)檢)對于鋅對于鋅銅銅稀稀H2SO4組成的原電組成的原電池裝置中，當(dāng)導(dǎo)線中有池裝置中，當(dāng)導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，理論上的兩極變化是電子通過時，理論上的兩極變化是()鋅片溶解了鋅片溶解了32.5 g鋅片增重鋅片增重32.5 g銅片上析出銅片上析出1 g H2銅片上析出銅片上析出1 mol H2A和和 B和和C和和 D和和 解析：解析：鋅片做負(fù)極，電極反應(yīng)為鋅片做負(fù)極，電極反應(yīng)為ZnZn22e，所

17、，所以導(dǎo)線中有以導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，鋅片溶解了電子通過時，鋅片溶解了32.5 g；銅片做正極，；銅片做正極，電極反應(yīng)為電極反應(yīng)為2H2eH2，所以導(dǎo)線中有，所以導(dǎo)線中有1 mol電子通過電子通過時，銅片上析出氫氣時，銅片上析出氫氣0.5 mol (1g)。答案：答案：A 5(2011石獅高二質(zhì)檢石獅高二質(zhì)檢)已知：直流電池、導(dǎo)線已知：直流電池、導(dǎo)線電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁。電極材料：鐵、銅、銀、石墨、鋅、鋁。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、溶液、Fe2(SO4)3溶液、鹽酸。溶液、鹽酸。按要求回答下列問題：按要求回答下列問題：(1)電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使電工操作上規(guī)定：不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用。請說明原因用。請說明原因_。(2)若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外若電極材料選銅和石墨，電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液，外加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？加導(dǎo)線，能否構(gòu)成原電池？_，若能，請寫出電極反應(yīng)，若能，請寫出電極反應(yīng)，負(fù)極負(fù)極_，正極，正極_。解析：解析：此題考查的是原電池原理，只要有兩種活潑性不此題考查的是原電池原理，只要有兩種活潑性不同的電極相連，另有電解質(zhì)溶液且構(gòu)成閉合回路就可構(gòu)成原電同的電極相連，另有電解質(zhì)溶液且構(gòu)成閉合回路就可構(gòu)成原電池。池。(1)中銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連在一起在潮濕空氣中就構(gòu)成了原電中銅導(dǎo)