《2021_2021学年高中化学第1章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能__电池第1课时原电池的工作原理学案修订》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2021_2021学年高中化学第1章化学反应与能量转化第3节化学能转化为电能__电池第1课时原电池的工作原理学案修订(10页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第 1 课时原电池的工作原理 学习目标: 1. 了解原电池的工作原理。( 重点 )2. 能写出电极反应式和电池反应方程式。 ( 重点 )3. 学会设计简单原电池装置。 自 主 预 习探新 知 1铜锌原电池实验探究 (1) 实验装置 (2) 实验现象 检流计指针电极表面变化情况 发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加 发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加 (3) 电极材料及电极反应 负极正极 电极材料锌片铜片 电极反应Zn2e =Zn2 Cu 22e =Cu 反应类型氧化反应还原反应 电池反应ZnCu 2 =Cu Zn 2 电子流向由锌极通过导线流向铜极 离子移向阳离子移向正极,阴离子移向负极 盐桥作
2、用构成闭合回路,使离子通过,传导电流 微点拨:外电路中由电子的定向移动产生电流,而电解质溶液内部只有离子的定向移动, 没有电子的移动。 2原电池的工作原理 (1) 原电池 定义:能将化学能转化为电能的装置。 电极名称及电极反应。 负极:电子流出的一极,发生氧化反应; 正极:电子流入的一极,发生还原反应。 原电池的构成条件。 a两个活泼性不同的电极( 两种金属或一种金属和一种能导电的非金属) 。 b将电极插入电解质溶液。 c构成闭合回路。 d能自发发生的氧化还原反应。 (2) 工作原理 外电路中电子由负极流向正极;内电路 ( 电解质溶液 ) 中阴离子移向负极,阳离子移向正 极;电子发生定向移动从
3、而形成电流,实现了化学能向电能的转化。 基础自测 1判断对错 ( 对的在括号内打“”,错的在括号内打“”。) (1) 所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。( ) (2) 原电池中,负极材料一定比正极材料活泼。( ) (3) 原电池工作时,负极发生氧化反应。( ) (4) 原电池中,电流从负极经导线流向正极。( ) (5) 铜锌原电池中,溶液中的阳离子移向锌极。( ) 提示 (1) 自发的氧化还原反应才能设计成原电池。 (2) 原电池的负极材料不一定比正极材料活泼,如Mg Al NaOH(aq)原电池中, Al 作负极。 (3) (4) 原电池中,电流由正极经导线流向负极。 (5) 铜锌原电池
4、中,Cu 2 移向铜极。 2如图所示的装置能够组成原电池的是( ) BA 项,两电极材料相同;C项,不能形成闭合回路;D项,为电解池。 教师备选 下列反应,不可以设计成原电池的是( ) A2FeCl3 Cu=2FeCl2CuCl2 BNaOH HCl=NaCl H2O C2Fe3Br2=2FeBr3 D2KMnO 4 5SO22H2O=K2SO42MnSO42H2SO4 BNaOH HCl=NaClH2O不属于氧化还原反应,故不能设计成原电池。 3据图分析,下列有关该原电池的叙述正确的是( ) A工作时,盐桥中的K 会移向 CuSO 4溶液 B取出盐桥后,检流计指针依然发生偏转 C铜电极上有气
5、泡逸出 D反应前后铜电极的质量不变 A 在该原电池中,Zn作负极, Cu作正极,阳离子移向正极,A项正确;取出盐桥后, 不能构成原电池,故检流计指针不发生偏转,B项错误; Cu电极为正极,电极反应式为Cu 2 2e =Cu ,无气泡逸出,且铜电极的质量增加,C、D项错误。 合 作 探 究攻重 难 原电池的构成条件 1799 年,意大利科学家伏特发明了世界上最早的电池伏特电池。 1836 年,英国科学家丹尼尔对“伏特电池”进行了改良,制造了一个能稳定工作的铜 锌原电池,称为“丹尼尔电池”。其基本构造如图所示。 思考交流 1该装置中电子移动方向如何?溶液中的SO 2 4通过盐桥移向锌极吗? 提示
6、该原电池中负极是锌,正极是铜,电子由锌极流向铜极,盐桥中的K 向正极 移动, Cl 向负极移动,从而平衡电荷,溶液中的 SO 2 4不会通过盐桥移向锌极。 2取出盐桥,检流计指针还会偏转吗? 提示 取出盐桥,不能构成闭合回路,检流计指针不会偏转。 3将盐桥改为铜导线连接两种溶液,检流计指针还能偏转吗? 提示 将盐桥改为铜导线连接两种溶液,不能构成原电池,检流计指针不发生偏转。 4根据以上现象分析,盐桥起了什么作用? 提示 盐桥起到了使整个装置构成闭合回路的作用,同时能阻止反应物的直接接触。 盐桥中Cl 向 ZnSO 4溶液迁移, K 向 CuSO 4溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶液保持电
7、中性,反应可以继续进行。 对点训练 题组一原电池的工作原理 1锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有 关叙述正确的是( ) A铜电极上发生氧化反应 B电池工作一段时间后,甲池的c(SO 2 4) 减小 C电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 CACu作正极,电极上发生还原反应,错误;B.电池工作过程中,SO 2 4不参加电极 反应,故甲池的c(SO 2 4)基本不变; C电池工作时,甲池反应为Zn2e =Zn2,乙池反应 为 Cu 22e=Cu ,甲池中 Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池, 以维
8、持溶液中电荷平衡,由 电极反应式可知,乙池中每有64 g Cu析出,则进入乙池的Zn 2为 65 g ,溶液总质量略有 增加,正确; D.由题干信息可知,阴离子不能通过阳离子交换膜。 2图 1 是铜锌原电池示意图。图2 中,x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量,y 轴表示 ( ) 图 1 图 2 A铜棒的质量Bc(Zn 2) Cc(H ) Dc(SO 2 4) C 该装置构成原电池,Zn 是负极, Cu是正极。 A在正极 Cu上溶液中的H 获得电子 变为氢气, Cu棒的质量不变,错误;B.由于 Zn 是负极,不断发生反应Zn2e =Zn2,所 以溶液中c(Zn 2) 增大,错误; C由于反应
9、不断消耗 H ,所以溶液的c(H ) 逐渐降低,正 确; D.SO 2 4不参加反应,其浓度不变,错误。 规避原电池基础中的5 个失分点 (1) 原电池的闭合回路有多种形式,如两电极相接触也是一种闭合。 (2) 盐桥使两池电解液相连接,构成闭合,但不能用导线替换。 (3) 只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池,把多余的能量转化成电能。 (4) 在原电池中,电子不能通过电解质溶液。 (5) 电解液中的阴阳离子与导线中的电子各自的定向移动,构成一个完整的闭合回路, 电子由负极移向正极,电解液中阳离子移向正极,阴离子移向负极。 题组二原电池正、负极及其产物的判断 3某原电池反应的离子方程式为Fe2
10、H =Fe2H 2,下列说法正确的是( ) A可用硝酸作电解质溶液 B可用锌作原电池正极 C用铁作负极,铁的质量不变 D可用铜作原电池正极 D 由电池反应的离子方程式可知,电池的负极为铁,则正极应是比铁不活泼的金属, B 项错误, D 项正确;在反应中负极不断被消耗,C 项错误;由反应中放出了氢气并生成了 Fe 2,可知电解质溶液不可能是硝酸, A项错误。 4某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。 【导学号: 41722035】 (1) 若 X是 AlCl3溶液, Y是稀硫酸,写出电极名称及电极反应: Al 片( )_ , Cu片( )_ 。 (2) 若 X是浓硝
11、酸, Y是 NaCl 溶液,写出电极名称及电极反应: Al 片( )_ , Cu片( )_ 。 解析 (1) 若 X 是 AlCl3溶液, Y是稀硫酸,实质上是由Al稀硫酸 Cu 组成的原电 池,由于 Al 比 Cu活泼,所以Al 作负极, Al 失电子被氧化为Al 3,Cu作正极,溶液中的 H 得电子被还原为 H2。(2) 若 X是浓硝酸, Y是 NaCl 溶液,实质上是由Al 浓硝酸 Cu组成 的原电池,常温下由于Al 遇浓硝酸发生钝化,Al 作正极, Cu 作负极, Cu失电子被氧化为 Cu 2。 答案 (1) 负极Al 3e =Al3 正极2H 2e=H 2 (2) 正极2NO 34H
12、 2e =2NO2 2H2O 负极Cu 2e =Cu2 原电池正、负极的判断方法 原电池原理的应用 已知如图装置: 思考交流 1Cd 2、 Co2、Ag的氧化性强弱如何排序? 提示 由装置图可知金属活动性:CdCoAg,故氧化性:Cd 2Co2Ag。 22Ag(s) Cd 2(aq)=2Ag (aq) Cd(s) 能否发生?说明理由。 提示 不能发生。由于金属活动性:CdAg,故 Ag不能置换 Cd。 3设计原电池Cd 2Ag =2Ag Cd2,画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图。 提示 对点训练 1有 a、b、c、d 四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下: 实验 装置 部分 实
13、验 现象 a 极质量减小; b 极 质量增加 b 极有气体产生;c 极无变化 d 极溶解; c 极有 气体产生 电流从 a 极流 向 d 极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) Aabc d B bcda Cdab c D abdc C 由第一个装置a 极溶解,可知a 极是负极,金属活动性ab,对于第二个装置, 依据还原性规律知,金属活动性bc,第三个装置的金属活动性dc,由第四个装置电流 从 ad,则电子从da,故金属活动性da。 2设计原电池Zn2Fe 3=Zn22Fe2 ,在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式 的装置图 (标出电极材料、电解质溶液) 【导学号: 41722036】
14、 负极: _,电极反应:_; 正极: _,电极反应:_。 解析 分析元素化合价的变化可知,Zn 为负极,比Zn 活泼性差的金属或非金属( 石 墨等 ) 作正极,选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。 答案 见下图 Zn Zn2e =Zn2 Pt 2Fe 3 2e =2Fe2 原电池工作原理的应用 (1) 加快化学反应速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时,粗锌比纯锌与稀 硫酸反应快,或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液,反应加快。 (2) 比较金属的活动性强弱 对于酸性电解质,一般是作负极的金属活动性强,作正极的金属活动性较弱。 (3) 设计原电池 理论上,自发的
15、氧化还原反应,可以设计成原电池。 外电路 负极还原性较强的物质被氧化 e 正极氧化性较强的物质被还原 内电路:将两电极浸入电解质溶液中,阴、阳离子作定向移动。 当 堂 达 标固双 基 1下列说法正确的是( ) A构成原电池正极和负极的材料必须是金属 B在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原 C实验室欲快速制取氢气,可利用粗锌与稀硫酸反应 D原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能 C 构成原电池的电极材料可以是非金属,如石墨,A项错误;在原电池中电子流出的 一极是负极,失电子被氧化,B项错误;粗锌中含有杂质,可形成原电池,C项正确;能量 转化率不可能达到100% ,D项错误。 教师备选 下列四个装置中,导线中的电子由左侧一极流向右侧一极的是( ) C 电子由左侧一极流向右侧一极,则左侧电极作负极。 2如图所示是锌、铜和稀硫酸形成的原电池,某实验兴趣小组同学做完实验后,在读 书卡片上的记录如下: 卡片: NO.28 时间: 2017.03.