高三化學(xué)單元高中同步測(cè)控優(yōu)化設(shè)計(jì)第四章第一節(jié)第1課時(shí) 原電池的工作原理

高中同步測(cè)控優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第1課時(shí)原電池的工作原理第四章第一節(jié)2022內(nèi)容索引010203自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)合作探究釋疑解惑課堂小結(jié)課標(biāo)定位素養(yǎng)闡釋1.知道原電池的工作原理,會(huì)判斷原電池的正、負(fù)極。2.會(huì)寫原電池的電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式。3.能利用氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池。自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)一、原電池1.原電池的工作原理。以鋅銅原電池為例,鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠。如圖:(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:接通電路時(shí),電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),將鹽橋取出,電流表的指針回到零點(diǎn)。(2)工作原理。

2.原電池工作的一般條件。(1)有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(2)有兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極(通常活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極,活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬作正極),并插入電解質(zhì)溶液中,形成閉合回路。二、原電池的設(shè)計(jì)1.能設(shè)計(jì)為原電池的反應(yīng)必須是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2.用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作負(fù)極,向外電路提供電子;用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作正極,從外電路得到電子。3.原電池輸出電能的能力,取決于組成原電池的反應(yīng)物的氧化還原能力。【自主思考】

上述鋅銅原電池裝置中,鹽橋起什么作用?提示:

連接內(nèi)電路,形成閉合回路;平衡電荷,使原電池不斷產(chǎn)生電流?！拘Ч詼y(cè)】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”。(1)理論上說,任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池。(

)(2)在原電池中,發(fā)生還原反應(yīng)的一極一定是正極。(

)(3)用Mg、Al分別作電極,用NaOH溶液作電解質(zhì)溶液組成的原電池,Mg為負(fù)極。(

)(4)在鋅銅原電池中,因?yàn)橛须娮油ㄟ^電解質(zhì)溶液形成閉合回路,所以有電流產(chǎn)生。(

)(5)原電池工作時(shí),溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng),鹽橋中的陽離子向正極移動(dòng)。(

)√√×××(6)兩種活動(dòng)性不同的金屬組成原電池的兩極,活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬可能作正極。(

)(7)一般來說,帶有“鹽橋”的原電池比不帶“鹽橋”的原電池效率高。(

)(8)反應(yīng)CaO+H2O══Ca(OH)2可以放出大量的熱,故可把該反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池。(

)√√×2.如圖,以鋅片、銅片為電極,稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成的原電池。(1)該原電池的負(fù)極是

,電極反應(yīng)式為

;正極是

,電極反應(yīng)式為

。

(2)該原電池總反應(yīng)的離子方程式為

,電池工作過程中,銅片上的現(xiàn)象是

;工作一段時(shí)間后,電解質(zhì)溶液的pH

。

答案:(1)Zn

Zn-2e-══Zn2+

Cu

2H++2e-══H2↑(2)Zn+2H+══Zn2++H2↑有氣泡產(chǎn)生增大合作探究釋疑解惑探究任務(wù)1原電池的工作原理及正、負(fù)極的判斷【問題引領(lǐng)】

化學(xué)反應(yīng)中有能量的轉(zhuǎn)化,借助一定的裝置可以實(shí)現(xiàn)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,這種裝置叫做原電池。如圖所示裝置就是一種原電池。1.寫出該裝置所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)的離子方程式。提示:Zn+Cu2+══Zn2++Cu。2.指出反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)和發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)。提示:Zn失電子,發(fā)生氧化反應(yīng);Cu2+得電子,發(fā)生還原反應(yīng)。3.該裝置有何缺點(diǎn)?如何改進(jìn)?提示:還原性物質(zhì)Zn與氧化性物質(zhì)Cu2+直接接觸,電流衰減快?？筛臑閹}橋的雙液電池,如圖?！練w納提升】

1.原電池的判定首先,原電池?zé)o外接直流電源,有外接直流電源的裝置一定不是原電池;然后依據(jù)原電池的工作條件分析判斷:①兩電極為導(dǎo)體,且存在活動(dòng)性差異(燃料電池的電極一般為惰性電極);②兩極插入電解質(zhì)溶液中;③形成閉合回路或兩電極在溶液中直接接觸;④有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生。2.原電池的工作原理3.原電池正、負(fù)極的一般判斷方法(1)由組成原電池的電極材料判斷。一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極,活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。(2)根據(jù)電子移動(dòng)方向(或電流方向)判斷。電子由負(fù)極移向正極;電流由正極流向負(fù)極。(3)根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的移動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi),陽離子移向正極,陰離子移向負(fù)極。(4)根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)的是負(fù)極;得電子,發(fā)生還原反應(yīng)的是正極。(5)根據(jù)現(xiàn)象判斷。一般情況下,電極發(fā)生溶解的一極為負(fù)極,電極增重或有氣體逸出的一極為正極。判斷電極時(shí),不能簡(jiǎn)單地依據(jù)金屬的活動(dòng)性順序來判斷,還要看電解質(zhì)溶液。例如:Al在強(qiáng)堿性溶液中比Mg更易失電子,Al作負(fù)極,Mg作正極;常溫下,Fe、Al在濃硝酸中發(fā)生鈍化,比Cu等金屬更難失電子,Cu等金屬作負(fù)極,Fe、Al作正極。【典型例題】

【例題1】

如圖為雙液原電池裝置示意圖,下列敘述中正確的是(

)。A.銅離子在銅片表面被還原B.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液C.電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D.銅是正極,銅片上有氣泡產(chǎn)生答案:A解析:該原電池中,活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬鋅作負(fù)極,活動(dòng)性較弱的銅作正極,電子由負(fù)極鋅流出,經(jīng)導(dǎo)線流向銅電極,電流的方向與電子的移動(dòng)方向相反,C項(xiàng)錯(cuò)誤;正極發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為Cu2++2e-══Cu,A項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;鹽橋中的陽離子向正極區(qū)硫酸銅溶液中遷移,B項(xiàng)錯(cuò)誤?！咀兪接?xùn)練1】

(雙選)下圖所示裝置中能組成原電池的是(

)。答案:BD解析:根據(jù)原電池工作的一般條件分析,A項(xiàng)中兩電極相同,C項(xiàng)中酒精不是電解質(zhì),不能導(dǎo)電,不能形成閉合回路,A項(xiàng)、C項(xiàng)不能組成原電池。B項(xiàng)中Zn作負(fù)極,Cu作正極,電池反應(yīng)

Zn+2H+══Zn2++H2↑;D項(xiàng)中Al作負(fù)極,Cu作正極,電池反應(yīng)

2Al+2H2O+2OH-══2+3H2↑。方法技巧判斷一個(gè)裝置是否組成原電池,考慮兩點(diǎn):一是看是否有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)存在;二是看裝置中是否有兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極、電極是否插入電解質(zhì)溶液或在電解質(zhì)溶液中接觸形成閉合回路。【問題引領(lǐng)】

探究任務(wù)2原電池原理的應(yīng)用原電池原理在化學(xué)研究和社會(huì)生活中有許多應(yīng)用。原電池反應(yīng)在許多方面是有積極意義的,例如,利用原電池原理,可以比較金屬活動(dòng)性的不同;利用原電池反應(yīng),可以增大制取氫氣的反應(yīng)速率;利用原電池原理,可以設(shè)計(jì)各種各樣的原電池。在某些方面也有消極的表現(xiàn),例如鋼鐵的銹蝕發(fā)生的主要是原電池反應(yīng)。寫出在酸性較強(qiáng)的環(huán)境中,鋼鐵發(fā)生銹蝕的電極反應(yīng)式。提示:Fe作負(fù)極,Fe-2e-══Fe2+;C作正極,2H++2e-══H2↑?！練w納提升】

1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱方法是:將金屬a和b用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中,觀察到a溶解,b上有氣泡產(chǎn)生。據(jù)此推斷a是負(fù)極,b是正極,金屬活動(dòng)性a>b。該法中,電解質(zhì)溶液通常用稀硫酸或稀鹽酸,不能使用濃硝酸或NaOH溶液等試劑,否則可能得出相反的結(jié)論。2.增大化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)室利用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時(shí),通常向稀硫酸中滴入幾滴硫酸銅溶液。原理是:鋅與置換出的銅及稀硫酸組成原電池,使產(chǎn)生氫氣的速率增大。3.設(shè)計(jì)原電池例如,以2FeCl3+Fe══3FeCl2為依據(jù),設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng),分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+,正極:2Fe3++2e-══2Fe2+。(2)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)極;若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子,可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑,也可選用石墨棒。本例中可用鐵棒作負(fù)極,用石墨棒作正極。(3)確定電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)是使負(fù)極放電的物質(zhì),因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)?；蛘唠娊赓|(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。本例中應(yīng)選擇FeCl3溶液作電解質(zhì)溶液。如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液一般選擇含有與電極材料相同的陽離子的鹽溶液。本例中與鐵電極組成半電池的電解質(zhì)溶液可選擇FeCl2溶液,與石墨棒組成半電池的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇FeCl3溶液。(4)構(gòu)成閉合回路:將電極用導(dǎo)線連接,并插入電解質(zhì)溶液中,使之構(gòu)成閉合回路。如下圖。設(shè)計(jì)原電池時(shí),若氧化還原反應(yīng)方程式中無明確的電解質(zhì)溶液,可用水作電解質(zhì)。為了增強(qiáng)水的導(dǎo)電性,通常加入強(qiáng)堿或強(qiáng)酸。如燃料電池,水中一般要加入KOH或H2SO4。思考以Cu+2AgNO3══Cu(NO3)2+2Ag為依據(jù)設(shè)計(jì)雙液原電池,如何選擇電極材料和電解質(zhì)溶液?提示:必須用銅棒作負(fù)極,可用石墨棒作正極;可用Cu(NO3)2溶液和Cu組成一個(gè)半電池,用AgNO3溶液和石墨棒組成另一個(gè)半電池;用導(dǎo)線和鹽橋構(gòu)成閉合回路?！镜湫屠}】

【例題2】

(雙選)某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++Fe══3Fe2+,不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是(

)。A.正極為Cu,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B.正極為C,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液C.正極為Fe,負(fù)極為Zn,電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液D.正極為Ag,負(fù)極為Fe,電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液答案:CD解析:由2Fe3++Fe══3Fe2+得出負(fù)極電極反應(yīng)式為Fe-2e-══Fe2+,正極電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-══2Fe2+,可知負(fù)極