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1、- 1 -第二单元 化学能与电能的转化1-2 课时 1 原电池的工作原理知能定位1.了解原电池的工作原理及构成条件。2.能正确判断原电池的正、负极。3.能写出原电池电极反应式和电池反应方程式。4.能根据氧化还原反应设计原电池。情景切入原电池可将化学能转化为电能，如何来实现呢？自主研习一、原电池的工作原理1.原电池定义将化学能转化为电能的装置。2.原电池的构成条件（1）活泼性不同的电极材料。（2）电解质溶液。（3）形成闭合回路。（4）能自发地发生氧化还原反应。3.原电池的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而形成电流，实现了
2、化学能向电能的转化。以铜锌原电池为例分析装置示意图现象 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转电极 Zn 电极 Cu 电极电极名称 负极 正极得失电子 失电子 得电子电子流向 从负极流出 流向正极反应类型 氧化反应 还原反应电极反应式 Zn=Zn2+2e Cu2+2e-=Cu- 2 -总反应式 Zn+Cu2+=Cu+Zn2+二、原电池的设计理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。1.外电路负极（还原性较强的物质） 正极 e导线2.内电路将两极浸入电解质溶液中，使正、负离子作定向移动。3.闭合电路规律方法：原电池的设计思路一般是先依据反应式中的氧
3、化剂和还原剂来确定正、负极材料，然后再看电解质溶液是否符合题意，只有自发进行的氧化还原反应才可以设计成原电池，其中发生氧化反应的物质作负极，发生还原反应的物质作正极。一般选用酸、碱或能参与负极反应的氧化性物质作电解质溶液。课堂师生互动知识点原电池电极反应式的书写原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，正极发生还原反应 ，负极发生氧化反应，据此书写电极反应的方法如下：（1）确定原电池的正、负极，以及两极上发生反应的 物质。负极：失去电子被氧化，发生氧化反应；正极：得到电子被还原，发生还原反应。（2）书写电极反应式时，注意电解质溶液是否参加反应。电极反应也遵守质量守恒、电荷守恒及正、负两极得
4、失电子数守恒的规律。（3）将两极的电极反应式相加可得原电池的总反应式，反过来，也可以将总反应式与其中一个电极反应相减得另一个电极反应式。考例分析下图所示的四个原电池装置，结论正确的是（）A.（1） （2）中 Mg 作负极， （3） （4）中 Fe 作负极B.（2）中 Mg 作正极，电极反应式为：6H 2O+6e-=6OH-+3H2C.（3）中 Fe 作电池负极D.（4）中 Cu 作正极，电极反应式为：2H +2e-=H2解析：本题考查原电池的正、负极的判断及电极反应式的书写，电解质溶液不同，导致两极发生改变。考查学生知识的迁移能力和灵活应变能力。思路如下：当稀硫酸是电解质溶液时，Mg 作负极（
5、活泼性 MgAl） ；当 NaOH 是电解质溶液时，Al 作负极（Mg 不与 NaOH 溶液反应） ；（3）中 Cu 作负极，反应式为：Cu-2e -=Cu2+，Fe 作正极，因为常温下，Fe 被浓硝酸钝化， （4）中 Cu 作正极，电极反应式为：- 3 -2H2O+O2+4e-=4OH-。答案： B变式探究 1 （2011安徽卷，12）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl下列“水” 电池在海水中放电时的有关说法正确的是（ ）A.正极反应式：Ag+Cl -e-
6、=AgClB.每生成 1 mol Na2Mn5O10转移 2 mol 电子C.Na+不断向“水”电池的负极移动D.AgCl 是还原产物答案： B解析：本题综合考查原电池和氧化还原反应的相关知识。正极反应该得电子，因此 A 错；原电池中电解质溶液中的阳离子应该向正极移动，C 错；Ag 是反应的还原剂，因此 AgCl 是氧化产物，D 错。变式探究 2 (2008广东卷，5)用铜片、银片、Cu(NO 3) 2溶液、AgNO 3溶液、导线和盐桥（装有琼脂KNO 3的 U 型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Ag +e-=Ag实验过程中
7、取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入 AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A. B.C D.答案： C解析：原电池工作时外电路中电流由正极流向负极，应由银电极流向铜电极，中取出盐桥不能形成闭合回路，原电池不能继续工作。变式探究 3 （2010新课标卷）根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是 ()A.2Ag（s）+Cd 2+（aq）= =2Ag+（s）+Cd（s）B.Co2+（aq）+Cd（s）= =Co（s）+Cd 2+（aq）C.2Ag+（aq）+Cd（s）= =2Ag（s）+Cd 2+（aq）D.2Ag+（aq）+Co（s）= =2Ag（s）+Co 2+（aq）答案： A解
8、析：第一个原电池装置中，Cd 作负极，Co 作正极，自发进行的氧化还原反应是 Co 2+ (aq)+Cd(s) =Co(s)+Cd2+ (aq)；第二个原电池装置中，Co 作负极，Ag 作正极，自发进行的氧化还原反应是 2Ag+(aq)+Co(s) =2Ag(s) +Co2+ (aq)。由以上两个方程式相加可得 2Ag + (aq) +Cd(s) =2Ag(s)+Cd2+ (aq)，因此 B、C、D 都正确，Cd 2+不能氧化 Ag，所以 A 不正确，故本题选 A。知识点原电池的极判断方法原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极。判断正极和负极的方法是：- 4 -（1）由组成原电池的两极材料判
9、断。一般是活泼性较强的金属为负极。活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。（2）根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。（3）根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动 方向。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极为负极。（4）根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。（5）X 极增重或减轻。工作后，X 极质量增加，说明溶液中的阳离子在 X 极（正极）放电，X 极活动性弱；反之，X 极质量减少，说明 X 极金属溶解，X 极为负极，活动性强。（6）X 极有气泡冒出。工作后，X 极
10、上有气泡冒出，是因为发生了析出 H2的电极反应，说明X 极为正极，活动性弱。考例在下图中的 8 个装置中，属于原电池的是哪几个？构成原电池要有四个基本条件。电解质溶液；两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼。两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中；能自发地发生氧化还原反应；形成闭合电路。答案：变式探究 4 在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（）A.正极附近的 SO2-4离子浓度逐渐增大B.电子通过导线由铜片流向锌片C.正极有 O2逸出D.铜片上有 H2逸出答案： D解析：本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线
11、)流向正极(铜)。负极锌片：Zn-2e -=Zn2+；正极铜片：2H +2e-=H2，总反应为：Zn+2H +=Zn2+H2，原电池中没有产生 O2。没有参与反应的 SO2-4离子浓度不会逐渐增大。特别提醒（1）原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。（2）原电池中并非只有负极电极材料参与化学反应。一般地，负极是活泼的金属材料。但有的两极都参与化学反应，如可充电电池。有的两电极材料都不参与化学反应，如氢氧燃料电池。- 5 -（3）原电池原理的应用判断金属的活动性在原电
12、池中，一般相对活泼的金属作负极，相对不活泼的金属作正极。加快反应速率构成原电池时反应速率比反应物直接接触发生反应的反应速率快，如粗锌与稀硫酸反应产生 H2的速率比纯锌与稀硫酸反应产生 H2的速率大，这是因为锌、杂质金属与稀硫酸构成了原电池。设计原电池，其具体方法是：首先将已知的氧化还原反应拆成两个半反应。然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料和电解质溶液。课后强化作业基础夯实1.关于如图所示装置的叙述，正确的是（ ）A.是阳极，铜片上有气泡产生B.片质量逐渐减少C.流从锌片经导线流向铜片D.离子在铜片表面被还原答案： D解析：本题主要考查有关原电池的知识。由所给图示可知 Z
13、n 为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极铜电极，溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为 H2。原电池只分正极、负极，不用阴极、阳极表示，电流与电子流的方向相反。2.把 a、b、c、d 四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b 相连时，a 为负极；c、d 相连时，电流由 d 到 c；a、c 相连时，c 极产生大量气泡，b、d 相连时，b 上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（ ）A.abcd B.acdbC.cabd D.bdca答案： B解析：根据原电池原理，作为负极的金属活动性比正极金属的活动性强。电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流
14、动方向相反，因此可作出如下判断：活动性：ab；cd；ac；db，综合得结论，金属活动性：acdb。3.某原电池中，将两金属 X、Y 用导线连接，同时插入相应的电解质溶液中，发现 Y 电极质量增加，则可能是下列情况中的（ ）A.X 是负极，电解质溶液为 CuSO4溶液B.X 是负极，电解质溶液为稀 H2SO4溶液C.X 是正极，电解质溶液为 CuSO4溶液D.X 是正极，电解质溶液为稀 H2SO4溶液答案： A解析： Y 电极质量增加，可能是溶液中的阳离子得电子而在 Y 极（正极）上析出金属形成的。故只有 A 符合题意。4.如下图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈连接着一根绝缘的细丝，使之
15、平衡。- 6 -小心地从烧杯中央滴入 CuSO4溶液。片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈） （ ）A.铁圈和银圈左右摇摆不定B.保持平衡状态不变C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜答案： D解析：铁圈和银圈作为电极与 CuSO4溶液构成原电池，Cu 2+在正极（银圈）上得到电子而析出。5.一个原电池的总反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+Cu，该反应的原电池的正确组成是（ ）A B C D正极 Zn Cu Cu Fe负极 Cu Zn Zn Zn电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 CuCl2答案： CD解析：活泼金属作负极，且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。6.如下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M 棒变粗，N 棒变细，由此判断下表中所列M、N、P 物质，其中可以成立的是（ ）M N PA 锌 铜 稀硫酸溶液B 铜 铁 稀盐酸C 银 锌 硝酸银溶液D 锌 铁 硝酸铁溶液答案： C解析： N 棒变细，
