新教材2023版高中化學(xué)第1章化學(xué)反應(yīng)與能量變化第2節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能-電池第1課時(shí)原電池的工作原理課件魯科版選擇性必修1

第1課時(shí)原電池的工作原理學(xué)業(yè)基礎(chǔ)核心素養(yǎng)當(dāng)堂評(píng)價(jià)核心微網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)新目標(biāo)1.通過(guò)對(duì)銅鋅原電池的分析，了解原電池的原理及其構(gòu)成條件。2．了解根據(jù)電流的方向判斷原電池的正、負(fù)極的方法，了解電極反應(yīng)的概念。學(xué)業(yè)基礎(chǔ)一、原電池1．原電池：將_____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___能的裝置。2．簡(jiǎn)單原電池的構(gòu)成條件(1)兩個(gè)__________的金屬(或一種金屬與一種能導(dǎo)電的非金屬)電極；(2)離子導(dǎo)體；(3)形成_____回路(用導(dǎo)線連接或直接接觸)；(4)能_____進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)?；瘜W(xué)電活潑性不同閉合自發(fā)二、工作原理1．裝置2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

檢流計(jì)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(fù)極正極電極材料鋅片銅片電極反應(yīng)______________________________反應(yīng)類(lèi)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(yáng)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(guò)，傳導(dǎo)電流Zn—2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化還原鋅銅正負(fù)狀元隨筆單液原電池和雙液原電池的比較相同點(diǎn)：都能發(fā)生氧化還原反應(yīng)；都有兩個(gè)電極；都能產(chǎn)生電流；外電路均是電子的定向移動(dòng)，內(nèi)電路均是離子的定向移動(dòng)。不同點(diǎn)：?jiǎn)我弘姵豘n和Cu2＋直接接觸，兩個(gè)半反應(yīng)在同一區(qū)域進(jìn)行，能量轉(zhuǎn)化率低，電流強(qiáng)度弱、不穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間短。雙液電池Zn和Cu2＋不直接接觸，兩個(gè)半反應(yīng)在不同區(qū)域進(jìn)行。能量轉(zhuǎn)化率高，電流強(qiáng)度大、穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?！炯磳W(xué)即練】1．判斷下列說(shuō)法是否正確，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)原電池工作時(shí)電子是從正極流出，經(jīng)導(dǎo)線流入負(fù)極(

)(2)銅鋅原電池中若將鹽橋移走，仍可構(gòu)成原電池。(

)(3)原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。(

)(4)CaO＋H2O===Ca(OH)2是放熱反應(yīng)，可設(shè)計(jì)成原電池。(

)(5)反應(yīng)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋能以原電池的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。(

)×××√√2．[2022·泰安高二檢測(cè)]關(guān)于如圖所示裝置的敘述，正確的是(

)

A．銅是陽(yáng)極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B．銅片質(zhì)量逐漸減少C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D．氫離子在銅片表面被還原答案：D解析：從圖中可以看出這是原電池，原電池的電極名稱(chēng)應(yīng)說(shuō)是正、負(fù)極，故A錯(cuò)；而原電池是活潑金屬被消耗，故B錯(cuò)；負(fù)極(Zn)的電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極(Cu)，故電流方向與電子流向相反，故C錯(cuò)。3．(雙選)如圖所示的裝置中有電流產(chǎn)生，以下說(shuō)法不正確的是(

)A．Fe是負(fù)極，C是正極B．負(fù)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Fe電極流向石墨電極答案：BD解析：圖示裝置為原電池，負(fù)極(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋，正極(C)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)不正確；內(nèi)電路中，F(xiàn)e電極失電子，生成Fe2＋，吸引陰離子，C項(xiàng)正確；外電路中，電流由正極(C)流向負(fù)極(Fe)，D項(xiàng)不正確。4．[2022·南京高二檢測(cè)]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?。籦極質(zhì)量增加b極有氣體產(chǎn)生；c極無(wú)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(

)A．a(chǎn)>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a(chǎn)>b>d>c答案：C解析：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a>b，對(duì)于第二個(gè)裝置，依據(jù)還原性規(guī)律知，金屬活動(dòng)性b>c，第三個(gè)裝置的金屬活動(dòng)性d>c，由第四個(gè)裝置電流從a→d，則電子從d→a，故金屬活動(dòng)性d>a。5．(雙選)[2022·合肥高二檢測(cè)]如圖，下列說(shuō)法不正確的是(

)A．在①裝置中鋅棒逐漸變細(xì)，銅棒無(wú)變化B．在②裝置中鋅棒逐漸變細(xì)，銅棒逐漸變粗C．在②裝置中部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化成了熱能D．在①②裝置中鋅棒均被還原答案：BD解析：A項(xiàng)，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(xì)，銅不與氫離子反應(yīng)，銅棒沒(méi)有變化；B項(xiàng)，在②裝置中鋅棒與銅棒通過(guò)導(dǎo)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(xì)，氫離子在銅棒上得電子生成氫氣，銅棒不會(huì)變粗；C項(xiàng)，②裝置實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化，但電解質(zhì)H2SO4接觸鋅棒導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；D項(xiàng)，在①②裝置中，鋅均失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。核心素養(yǎng)目標(biāo)一原電池的工作原理及正負(fù)極的判斷例1(1)將Al片和Cu片用導(dǎo)線相連，插入稀H2SO4中組成原電池，寫(xiě)出電極名稱(chēng)及電極反應(yīng)式：Al片(

)__________________________________；Cu片(

)___________________________________。

2Al－6e－===2Al3＋負(fù)極正極6H＋＋6e－===3H2↑(2)若將Al片和Cu片用導(dǎo)線相連，插入濃HNO3中能否組成原電池？_____(填“能”或“不能”)。若不能，則不用回答下面的問(wèn)題；若能，寫(xiě)出電極名稱(chēng)及電極反應(yīng)式：Al片(

)__________________________________；Cu片(

)__________________________________。能正極

負(fù)極Cu－2e－===Cu2＋狀元隨筆(1)原電池正、負(fù)極判斷的基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，如果給出電池的總反應(yīng)，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來(lái)判斷。發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。(2)原電池的電極類(lèi)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)，如Mg、Al、稀硫酸構(gòu)成的原電池中，Mg作負(fù)極，Al作正極；但若以NaOH溶液作電解質(zhì)溶液，則Al作負(fù)極，Mg作正極，因?yàn)镸g不能與NaOH溶液反應(yīng)而Al能。易錯(cuò)：較活潑的金屬不一定作原電池的負(fù)極，哪種電極材料容易與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，哪種物質(zhì)就作負(fù)極。[提升1]氮的化合物可以通過(guò)電化學(xué)轉(zhuǎn)化，如圖為NO轉(zhuǎn)化為NO2的工作原理示意圖，下列說(shuō)法正確的是(

)A．Pt電極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)B．Pt電極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．每轉(zhuǎn)化1molNO，消耗O2的體積為11.2LD．外電路中電子由NiO電極向Pt電極移動(dòng)答案：D解析：Pt電極上氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為O2－，Pt電極作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，A錯(cuò)、B錯(cuò)；沒(méi)有指明溫度和壓強(qiáng)，無(wú)法確定氧氣的體積，C錯(cuò)；NiO是負(fù)極，NO失去電子，外電路中電子由NiO電極向Pt電極移動(dòng)，D對(duì)。關(guān)鍵能力原電池工作原理(1)原理圖示

(2)電極名稱(chēng)與反應(yīng)類(lèi)型正極→還原反應(yīng)；負(fù)極→氧化反應(yīng)。(3)電子流向：負(fù)極→正極。(4)電流方向：正極→負(fù)極。(5)離子流向：陽(yáng)離子→正極；陰離子→負(fù)極。狀元隨筆目標(biāo)二原電池原理的應(yīng)用例2某?；瘜W(xué)興趣小組進(jìn)行探究性活動(dòng)：將氧化還原反應(yīng)2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2，設(shè)計(jì)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。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)請(qǐng)將原電池的裝置圖補(bǔ)充完整，在括號(hào)內(nèi)填上正負(fù)極的材料、電解質(zhì)溶液。解析：(1)依據(jù)原電池原理分析，氧化還原反應(yīng)中Fe3＋在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，I－在負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極所在的電解質(zhì)溶液為KI溶液，正極所在的電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液。電極材料可選取惰性電極，如石墨或其他不活潑的金屬。(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極反應(yīng)式為_(kāi)________________。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，外電路導(dǎo)線中____(填“有”或“無(wú)”)電流通過(guò)。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，當(dāng)固體全部溶解后，則此時(shí)該溶液中電極變?yōu)開(kāi)___(填“正”或“負(fù)”)極。2I－－2e－===I2無(wú)負(fù)解析：(2)發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極，I－失電子。(3)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，從左到右和從右到左移動(dòng)的電子數(shù)目相等，故無(wú)電流產(chǎn)生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固體，反應(yīng)2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I(xiàn)2的平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)Fe2＋失電子，電極變成負(fù)極。狀元隨筆(1)原電池產(chǎn)生電流的本質(zhì)是兩極存在電勢(shì)差。該電勢(shì)差驅(qū)使電子在兩極間發(fā)生轉(zhuǎn)移，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而不是因?yàn)榘l(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電勢(shì)差。(2)原電池兩極材料的活潑性不同造成了失電子的能力不同，負(fù)極失電子能力更強(qiáng)。所以負(fù)極失電子，電子沿導(dǎo)線流向正極，電子的定向移動(dòng)形成電流。[提升2]有A、B、C、D四塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)插入稀H2SO4中，A極為負(fù)極；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中，電子由C→導(dǎo)線→D；③A、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)。則四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?

)A．A>B>C>DB．A>C>D>BC．C>A>B>DD．B>D>C>A答案：B解析：①A、B用導(dǎo)線相連后，同時(shí)插入稀H2SO4中，A極為負(fù)極，A的活潑性大于B；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中，電子由C→導(dǎo)線→D，C是負(fù)極，C的活潑性大于D；③A、C相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4，C極產(chǎn)生大量氣泡，A是負(fù)極、C是正極，A的活潑性大于C；④B、D相連后，同時(shí)浸入稀H2SO4中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)，D是負(fù)極，D的活潑性大于B；所以四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)锳>C>D>B。關(guān)鍵能力(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(duì)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)原電池原電池的設(shè)計(jì)一定要滿(mǎn)足構(gòu)成原電池的幾個(gè)條件。設(shè)計(jì)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(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)，以?xún)蓸O反應(yīng)為依據(jù)，確定電極材料及電解質(zhì)溶液，最后畫(huà)出裝置圖。當(dāng)堂評(píng)價(jià)

答案：B解析：A項(xiàng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，左邊燒杯中發(fā)生Fe3＋＋e－===Fe2＋，則左燒杯中溶液的紅色逐漸變淺，正確；C項(xiàng)，陰離子向原電池的負(fù)極移動(dòng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，若將甲燒杯中的溶液換成稀硝酸，銅被氧化，銅為負(fù)極，電流表指針偏轉(zhuǎn)方向不變，錯(cuò)誤。2．(雙選)用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U形管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(

)A．在外電路中，電流由銅電極流向銀電極B．正極反應(yīng)為Ag＋＋e－===AgC．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作D．將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同答案：BD解析：A項(xiàng)Cu為負(fù)極，電子由Cu電極流向Ag電極；C項(xiàng)取出鹽橋，電池不能形成閉合回路，不能繼續(xù)工作。3．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚(yú)雷和潛艇的儲(chǔ)備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為離子導(dǎo)體，使用時(shí)加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說(shuō)法不正確的是(

)A．水既是氧化劑又是溶劑B．放電時(shí)正極上有氫氣生成C．放電時(shí)OH－向正極移動(dòng)D．總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑答案：C解析：這種電池名稱(chēng)叫鋰水電池?？赏茰y(cè)其總反應(yīng)為2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，再寫(xiě)出其電極反應(yīng)：負(fù)極為2Li－2e－===2Li＋；正極為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，結(jié)合選項(xiàng)分析A、B、D都是正確的。4．某學(xué)習(xí)小組用如圖所示裝置A、B分別探究金屬鋅與稀硫酸的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中A燒杯內(nèi)的溶液溫度升高，B燒杯的電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，請(qǐng)回答以下問(wèn)題。(1)A燒杯中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________。(2)B中Zn板是____極，發(fā)生的電極反應(yīng)是________________，Cu板上的現(xiàn)象是____________，發(fā)生的電極反應(yīng)是_______________。(3)從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，A、B中反應(yīng)物的總能量________(填“大于”“小于”或“等于”)生成物總能量，A中是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)____，B中主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)_____。Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑負(fù)Zn－2e－===Zn2＋有無(wú)色氣體產(chǎn)生2H＋＋2e－===H2↑大于熱能電能解析：(1)鋅與氫離子反應(yīng)生成鋅離子與氫氣，離子方程式為Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；(2)鋅－銅－稀硫酸原電池中，活潑金屬鋅作負(fù)極，電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，氫離子在正極銅上得電子產(chǎn)生氫氣，電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑；(3)A燒杯中溫度升高，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物總能量大于生成物