化學課件原電池的工作原理

第2節(jié)化學能轉(zhuǎn)化為電能——電池第1課時原電池的工作原理一、原電池1.原電池的概念:將_____能轉(zhuǎn)化為___能的裝置。2.簡單原電池的構(gòu)成條件必備知識·素養(yǎng)奠基化學電【巧判斷】(1)原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。 (

)提示:√。原電池是將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)CaO+H2O====Ca(OH)2是放熱反應(yīng),可設(shè)計成原電池。 (

)提示:×。此反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng),因此不能設(shè)計成原電池。(3)反應(yīng)Cu+2Ag+====2Ag+Cu2+能以原電池的形式來實現(xiàn)。 (

)提示:√。此反應(yīng)為自發(fā)的氧化還原反應(yīng),可以設(shè)計為原電池?！疚⑺伎肌肯铝袌D示裝置能形成原電池的有哪些,請分析原因。提示:AD。根據(jù)構(gòu)成原電池的條件可以判斷裝置A、D能形成原電池。B裝置中兩電極相同且沒有自發(fā)的氧化還原反應(yīng),C裝置中甘油為非電解質(zhì),E裝置中的兩容器沒有形成閉合回路。二、原電池工作原理1.裝置2.實驗現(xiàn)象檢流計指針電極表面變化情況Ⅰ發(fā)生_____鋅片質(zhì)量_____,銅片質(zhì)量_____Ⅱ發(fā)生_____鋅片質(zhì)量_____,銅片質(zhì)量_____偏轉(zhuǎn)減少增加偏轉(zhuǎn)減少增加3.銅鋅原電池工作原理分析:負極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)____________________________反應(yīng)類型_____反應(yīng)_____反應(yīng)電池反應(yīng)Zn+Cu2+====Cu+Zn2+電子流向由___極流向___極離子移向陽離子移向___極,陰離子移向___極鹽橋作用構(gòu)成閉合回路,使離子通過,傳導電流Zn-2e-====Zn2+Cu2++2e-====Cu氧化還原鋅銅正負【巧判斷】(1)原電池正極發(fā)生氧化反應(yīng),負極發(fā)生還原反應(yīng)。 (

)提示:×。原電池的正極發(fā)生的是得電子的還原反應(yīng),負極發(fā)生的是失電子的氧化反應(yīng)。(2)原電池的內(nèi)電路中陽離子向正極移動。 (

)提示:√。原電池中帶正電的陽離子向正極移動。(3)帶鹽橋的銅鋅原電池中,若將鹽橋移走,仍可構(gòu)成原電池。 (

)提示:×。若將鹽橋移走,兩池不能構(gòu)成閉合回路,因此不能形成原電池。關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成知識點一原電池的工作原理及電極判斷【重點釋疑】1.原電池工作原理(1)原理圖示(2)電極名稱與反應(yīng)類型正極→還原反應(yīng);負極→氧化反應(yīng)。(3)電子流向:負極→正極。(4)電流方向:正極→負極。(5)離子流向:陽離子→正極;陰離子→負極。2.原電池正負極判斷:【思考·討論】

(1)Cu、Ag與稀硫酸能否設(shè)計成原電池?提示:不能。Cu、Ag與稀硫酸都不能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(2)外電路中電流方向與電子的流動方向有何關(guān)系?提示:電流方向與電子的流動方向相反。(3)試分析用鎂、鋁作電極,氫氧化鈉溶液作離子導體構(gòu)成原電池時的正、負極及電子得失情況。提示:鎂、鋁、氫氧化鈉溶液構(gòu)成的原電池中,發(fā)生反應(yīng):2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑,鋁失去電子,應(yīng)該作負極,H2O得到電子,鎂作正極?！景咐痉丁俊镜淅?2020·泰安高二檢測)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.電池工作一段時間后,甲池的c()減小C.電池工作一段時間后,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極和正極移動,保持溶液中電荷平衡【解題指南】解答本題時注意以下幾點:(1)注意原電池的正負極的判斷方法;(2)陽離子能通過陽離子交換膜;(3)注意原電池中離子的移動方向?！窘馕觥窟xC。原電池反應(yīng)為Zn+CuSO4====ZnSO4+Cu。Cu電極作正極,Cu2+在正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),A項錯誤;由于兩半池中的陰離子

不能透過半透膜,故c()都不變,B項錯誤;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2++2e-====Cu,則乙池中的CuSO4部分變?yōu)閆nSO4,導致乙池中溶液總質(zhì)量變大,C項正確;陰離子不能透過半透膜,D項錯誤?！灸割}追問】(1)寫出上述電池的正負極電極反應(yīng)式。提示:Cu電極為正極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-====Cu;Zn電極為負極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-====Zn2+。(2)若將題目中“陽離子交換膜”換為“陰離子交換膜”其余不變是否還構(gòu)成原電池?若構(gòu)成原電池請分析甲乙兩池溶液質(zhì)量的變化?提示:能,甲池溶液質(zhì)量增加,乙池溶液質(zhì)量減少。甲池Zn→Zn2+,并且陰離子交換膜允許陰離子通過,因此

向甲池移動,從而導致甲池溶液的質(zhì)量增加;而乙池Cu2+→Cu析出,且

從乙池移到甲池,故溶液的質(zhì)量減少?！具w移·應(yīng)用】1.(2020·商丘高二檢測)關(guān)于下圖所示的原電池,下列說法正確的是(

)A.電子從鋅電極通過檢流計流向銅電極B.鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移C.銅電極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)是2H++2e-====H2↑D.取出鹽橋后,檢流計指針仍會偏轉(zhuǎn),銅電極在反應(yīng)前后質(zhì)量不變【解析】選A。鋅片作負極,銅片作正極,電子從負極流向正極,A選項正確;鹽橋中的陰離子向負極移動,B選項錯誤;負極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng),銅電極發(fā)生的反應(yīng)為Cu2++2e-====Cu,C選項錯誤;取出鹽橋后不能形成原電池,檢流計指針不偏轉(zhuǎn),D選項錯誤。2.(2020·蘇州高二檢測)如圖所示裝置中,觀察到電流計指針偏轉(zhuǎn),M棒變粗,N棒變細,由此判斷下表中所列M、N、P物質(zhì),其中可以成立的是(

)選項MNPA鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液【解析】選C。該原電池中M棒變粗,N棒變細,說明原電池反應(yīng)時N棒溶解作負極,溶液中有金屬析出在M棒上。M棒作正極。A、B選項中,電解質(zhì)溶液均為稀酸溶液,故正極均產(chǎn)生H2,不符合題意;C項,總反應(yīng)為Zn+2AgNO3====Zn(NO3)2+2Ag,合理;D項,M極鋅失電子溶解,不符合題意?！狙a償訓練】

1.(2020·唐山高二檢測)關(guān)于鋅、銅和稀硫酸構(gòu)成的原電池的下列說法中正確的是 (

)A.鋅是正極,銅是負極B.電子從銅片經(jīng)導線流向鋅片C.負極的反應(yīng)式為2H++2e-====H2↑D.反應(yīng)一段時間后,溶液的pH升高【解析】選D。鋅比銅活潑,應(yīng)為原電池的負極,銅為正極,則A項錯誤;電子從負極流向正極,即電子從鋅片經(jīng)導線流向銅片,故B項錯誤;鋅為負極,發(fā)生氧化反應(yīng),負極的反應(yīng)式為Zn-2e-====Zn2+,故C項錯誤;正極上氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng),則氫離子濃度減小,所以反應(yīng)一段時間后,溶液的pH升高,D項正確。2.(2020·南京高二檢測)如圖所示的原電池裝置,X、Y為兩電極,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,外電路中的電子流向如圖所示,對此裝置的下列說法正確的是(

)A.外電路的電流方向為:X→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和石墨棒,則X為石墨棒,Y為ZnC.若兩電極都是金屬,則它們的活動性為X>YD.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng),Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)【解析】選C。由圖可知,電子的流動方向是X→外電路→Y,則電流的方向就為Y→外電路→X;X為原電池的負極,Y為正極,X的活動性比Y的強;X極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng),Y極應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)?！舅仞B(yǎng)提升】利用原電池原理可以將一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)設(shè)計為原電池。(1)利用反應(yīng)Cu+Fe2(SO4)3====2FeSO4+CuSO4設(shè)計一個原電池,畫出實驗裝置圖(不含鹽橋),并寫出電極反應(yīng)式。提示:根據(jù)反應(yīng)Cu+Fe2(SO4)3====2FeSO4+CuSO4可知,反應(yīng)中Cu被氧化,應(yīng)為原電池負極,失電子而被氧化,正極應(yīng)為活潑性比Cu弱的金屬或非金屬材料,Fe3+在正極得到電子而被還原,電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3等,以此畫出實驗裝置圖:電極反應(yīng)式分別為:正極Fe3++e-====Fe2+,負極Cu-2e-====Cu2+。(2)某同學將反應(yīng)2Al+6H+====2Al3++3H2↑設(shè)計為原電池,裝置如下,

請分析此同學設(shè)計的裝置是否正確,為什么?提示:不正確。因為此裝置中的電解質(zhì)溶液為濃硝酸,屬于強氧化性酸,Al在濃硝酸中會發(fā)生鈍化而被保護。應(yīng)將濃硝酸改為稀鹽酸或稀硫酸。同時,Mg、Al的金屬活動性Mg>Al,在稀酸中Mg失電子被氧化,故將Mg換為比Al金屬性差的金屬,例如Cu。(3)某校化學興趣小組進行探究性活動:將氧化還原反應(yīng):2Fe3++2I-

2Fe2++I2設(shè)計成帶鹽橋的原電池。提供的試劑:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任選。①請畫出設(shè)計的原電池裝置圖,并標出電極材料、電極名稱及電解質(zhì)溶液。提示:

②寫出相關(guān)的電極反應(yīng)式。提示:正極反應(yīng)為Fe3++e-====Fe2+,負極反應(yīng)為2I--2e-====I2。③在實驗過程中觀察到靈敏電流計的“讀數(shù)變?yōu)榱恪?請分析原因。提示:由于此反應(yīng)為可逆反應(yīng),“讀數(shù)變?yōu)榱恪笔怯捎谠摽赡娣磻?yīng)達到了化學平衡狀態(tài)。知識點二原電池原理的應(yīng)用【重點釋疑】1.加快氧化還原反應(yīng)速率如實驗室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制H2,常用粗鋅,它產(chǎn)生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸形成原電池,加快了鋅的反應(yīng),使產(chǎn)生H2的速率加快。2.比較金屬的活潑性強弱原電池中,負極一般為活潑性較強的金屬,正極一般為活潑性較弱的金屬。3.設(shè)計原電池原電池的設(shè)計一定要滿足構(gòu)成原電池的幾個條件。設(shè)計思路:以自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ),把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng),從而確定電極反應(yīng),以兩極反應(yīng)為依據(jù),確定電極材料及電解質(zhì)溶液,最后畫出裝置圖。【思考·討論】

(1)若純鋅與粗鋅(含F(xiàn)e、C等)分別與同濃度的稀硫酸反應(yīng)制取H2,哪種方法產(chǎn)生H2的速率快?提示:粗鋅。粗鋅中的鐵可以與鋅構(gòu)成原電池,從而加快反應(yīng)速率。(2)根據(jù)反應(yīng)HCl+NaOH====NaCl+H2O能設(shè)計成原電池嗎?為什么?提示:不能;因為這個反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng),反應(yīng)過程中沒有電子的轉(zhuǎn)移,不符合原電池的構(gòu)成條件?！景咐痉丁俊镜淅?2020·啟東高二檢測)某化學興趣小組利用反應(yīng)Zn+2FeCl3====ZnCl2+2FeCl2,設(shè)計了如圖所示的原電池裝置,下列說法正確的是 (

)A.Zn為負極,發(fā)生還原反應(yīng)B.b電極反應(yīng)式為2Fe3++2e-====2Fe2+C.電子流動方向是a電極→FeCl3溶液→b電極D.電池的正極材料可以選用石墨、鉑電極,也可以用銅【解題指南】分析原電池設(shè)計的思維流程如下:(1)氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個反應(yīng),從而確定電極反應(yīng);(2)以兩電極反應(yīng)原理為依據(jù),確定電極材料和電解質(zhì)溶液;(3)用導線連接構(gòu)成閉合回路?！窘馕觥窟xD。根據(jù)Cl-的移動方向可知,b電極為負極,a電極為正極,根據(jù)電池反應(yīng)式可知,Zn發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),即b電極反應(yīng)式為Zn-2e-====Zn2+,A、B項錯誤;電子流動方向是b電極→導線→a電極,C錯誤;正極材料的活潑性應(yīng)比負極材料弱,D正確?！具w移·應(yīng)用】1.(2020·濟南高二檢測)某原電池的電池反應(yīng)為Fe+2Fe3+====3Fe2+,與此電池反應(yīng)不符的原電池是 (

)A.銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池B.石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池C.鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池D.銅片、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池【解析】選C。由電池反應(yīng)可知,鐵作負極,鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。C項中,由于鋅的活潑性大于鐵,故鋅作負極,發(fā)生氧化反應(yīng),與電池反應(yīng)不符。2.(2020·鎮(zhèn)江高二檢測)根據(jù)下圖,可判斷出下列離子方程式中錯誤的是 (

)A.2Ag(s)+Cd2+(aq)====2Ag+(aq)+Cd(s)B.Co2+(aq)+Cd(s)====Co(s)+Cd2+(aq)C.2Ag+(aq)+Cd(s)====2Ag(s)+Cd2+(aq)D.2Ag+(aq)+Co(s)====2Ag(s)+Co2+(aq)【解析】選A。由第一個裝置圖中正負極的標注可知,Cd失去電子作負極,則金屬性Cd>Co;由第二個裝置圖正負極的標注可知,Co失去電子被氧化作負極,則金屬性Co>Ag,綜上分析可知三者金屬性的強弱順序為Cd>Co>Ag。根據(jù)活潑性強的金屬能將活潑性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來的規(guī)律判斷A項錯誤。【補償訓練】

(2020·福州高二檢測)有A、B、C、D四塊金屬片,進行如下實驗:①A、B用導線相連后,同時浸入稀硫酸中,A極為負極;②C、D用導線相連后,同時浸入稀硫酸中,電流由D→導線→C;③A、C相連后,同時浸入稀硫酸中,C極產(chǎn)生大量氣泡;④B、D相連后,同時浸入稀硫酸中,D極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此,判斷四種金屬的活動性順序是 (

)A.A>B>C>D

B.A>C>D>BC.C>A>B>D D.B>D>C>A【解析】選B。金屬與稀硫酸組成原電池,活潑金屬為負極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),較不活潑的金屬為正極,H+在正極電極表面得到電子生成H2,電子移動方向由負極→正極,電流方向則由正極→負極。在題述原電池中,A-B電池,A為負極;C-D原電池,C為負極;A-C原電池,A為負極;B-D原電池,D為負極。綜上可知,金屬活動性:A>C>D>B?！菊n堂回眸】課堂檢測·素養(yǎng)達標1.(教材改編題)下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是 (

)A.均發(fā)生了化學能轉(zhuǎn)化為電能的過程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過程中,電子均由Zn經(jīng)導線流向CuD.相同條件下,圖乙比圖甲的能量利用效率高【解析】選B。甲、乙均為原電池,A項正確;Zn為負極,電極反應(yīng)式為Zn-2e-====Zn2+,Cu為正極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-====Cu,B項錯誤;電子均由Zn經(jīng)導線流向Cu,C項正確;圖乙Zn沒有直接與CuSO4溶液接觸,能最大限度地將化學能轉(zhuǎn)化為電能,D項正確。2.(2020·聊城高二檢測)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構(gòu)成一個原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是 (

)①在外電路中,電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為Ag++e-====Ag③實驗過程中取出鹽橋,原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A.①② B.②③ C.②④ D.③④【解析】選C。①Cu為負極,電子由Cu電極流向Ag電極;③取出鹽橋,電池不能形成閉合回路,不能繼續(xù)工作。3.(2020·綿陽高二檢測)如圖所示的裝置中有電流產(chǎn)生,以下說法不正確的是 (

)A.Fe是負極,C是正極B.負極反應(yīng)式為Fe-3e-====Fe3+C.內(nèi)電路中陰離子移向FeCl2溶液D.電流由石墨電極流向Fe電極【解析】選B。圖示裝置為原電池,負極(Fe):Fe-2e-====Fe2+,正極(C):2Fe3++2e-====2Fe2+,A項正確,B項不正確;內(nèi)電路中,Fe電極失電子,生成Fe2+,吸引陰離子,C項正確;外電路中,電流由正極(C)流向負極(Fe),D項正確。4.(2020·合肥高二檢測)如圖,下列說法不正確的是 (

)A.在①裝置中鋅棒逐漸變細,銅棒無變化B.在②裝置中鋅棒逐漸變細,銅棒逐漸變粗C.在②裝置中部分化學能轉(zhuǎn)化成了電能D.在①②裝置中鋅棒均被氧化【解析】選B。A項,在①裝置中鋅與氫離子反應(yīng)生成鋅離子和氫氣,鋅棒變細,銅不與氫離子反應(yīng),銅棒沒有變化;B項,在②裝置中鋅棒與銅棒通過導線連接形成閉合回路,構(gòu)成原電池,鋅失去電子轉(zhuǎn)化為鋅離子,鋅棒變細,氫離子在銅棒上得電子生成氫氣,銅棒不會變粗;C項,②裝置實現(xiàn)了化學能到電能的轉(zhuǎn)化,但電解質(zhì)H2SO4接觸鋅棒導致部分化學能轉(zhuǎn)化為熱能;D項,在①②裝置中,鋅均失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。5.(2020·廈門高二檢測)M、N、P、E四種金屬:①M+N2+====N+M2+

②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中,M表面有大量氣泡③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中,電極反應(yīng)為E2++2e-====E,N-2e-====N2+。四種金屬的還原性由強到弱的順序是 (

)A.P、M、N、E B.E、N、M、PC.P、N、M、E D.E、P、M、N【解析】選A。由①知,金屬活動性:M>N;M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中,M表面產(chǎn)生氣泡,M作原電池正極,活動性:P>M;N、E構(gòu)成的原電池中N作負極,活動性:N>E。6.(新思維·新考向)某化學興趣小組的同學設(shè)計了如圖所示的