第8课 原电池原理

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1、2018 寒假冲刺 600 班化学课程第八课 原电池原理【本课预习】（线下操作提示：进行课前检查，可对完成好的学生予以酌情奖励）电能在现代社会应用中的突出优点有_；火力发电的能量转化过程是_，化学能转化为电能的关键是_，电能属于_次能源。原电池是指_的装置，该装置中的电子流向是从_极到_极，组成原电池的条件是：两个活动性不同的_；_溶液；形成_回路。由铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，正极是_，发生_反应，电极反应是_；负极是_，发生_反应，电极反应是_；总反应式（离子方程式）是_。【参考答案】1.应用最广泛、使用最方便、污染最小 化学能热能机械能电能 燃烧(氧化还原反应) 二 化学能转变为电能

2、负 正 电极 电解质 闭合 铜 还原 2H 2e = H2 锌 氧化 Zn 2e = Zn2 Zn 2H = Cu H2 【知识讲解】一原电池原理( 以锌铜原电池为例) （线下操作提示：此处最好能随视频讲解画图板书）1.简单原电池：（1 ）示例分析：（2 ）原理分析电极 Zn 电极 Cu 电极 【提问】（线下操作提示：可让学生讨论 2-3 分钟回答）这样的简单原电池能否高效地将化学能转化为电能？可否讨论其缺点将装置改进？讨论盐桥设置能否提高电池效率，并填写下列内容：【回答】（1 ）在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。（2 ）锌电极直接

3、接触硫酸溶液，容易有化学反应，在锌片上直接得失电子，不形成电流。2.盐桥原电池：（1 ）示例分析：（2 ）原理分析：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 还原反应现象 锌片逐渐溶解 铜片上有红色铜沉积得失电子 失电子 得电子电极名称 负极 正极电子流向 流出 流 入反应类型 氧化 反应 还原 反应 电极反应式 Zn 2e =Zn2 Cu2 2e =Cu总反应式 Zn Cu2 =Zn2 Cu电极反应式 Zn=Zn2+2e Cu2+2e-=Cu总反应式 Zn+

4、Cu2+=Cu+Zn2+（3 ）盐桥的作用：（线下操作提示：此处最好画图板书）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触，能产生持续、稳定的电流。平衡电荷：在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。如果取出盐桥，Zn 失去电子形成的 Zn2+进入 ZnSO4 溶液，ZnSO 4 溶液因 Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO 4 则由于 Cu2+变为 Cu，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。由于盐桥（如 KCl）的存在，其中阴离子 Cl-向 ZnSO4 溶液扩散和迁移，阳离子 K+则向 CuSO4 溶液扩散和

5、迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，直到锌片全部溶解或 CuSO4 溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与 KCl 溶液反应产生沉淀，可用 NH4NO3 代替KCl 作盐桥。【知识应用】1.下列叙述正确的是 ( )原电池是把化学能转化为电能的一种装置原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现碳棒不能用来作原电池的正极反应 Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+，能以原电池的形式来实现 A. B.C. D.答案： A解析：原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应；原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应；

6、碳棒是导体，可作原电池的正极。2.用铜片、银片、Cu(NO 3) 2 溶液、AgNO 3 溶液、导线和盐桥（装有琼脂 KNO3 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。【要点小结】1.基于原电池的基本模型的原电池原理理解：2.一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得

7、失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。(2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的 H 应让其结合 OH 生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。(3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。3.已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。【拓展提升】1.在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下

8、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)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。2.将 Mg 条、Al 条平行插入一定浓度的 NaOH 溶液中（如下图所示） ，用电器连接成原电池。此电池工作时，下列叙述正确的是( )A.Mg 比 Al 活泼，Mg

9、失去电子被氧化成 Mg2+B.Al 条表面虽有氧化膜，但可不进行处理C.该电池的外电路中，电子由 Mg 极流出，Al 极流入D.消耗 24 gMg，电路中将流动 2 mol 电子答案： B解析：本题主要考查原电池原理。Mg 虽然比 Al 活泼，但 Mg 与 NaOH 溶液不反应，所以 Mg 条、Al 条、NaOH 溶液构成的原电池中，Al 条作负极，失去电子被氧化成 Al3+，故A、C、D 项错误；Al 条表面的氧化膜可溶于 NaOH 溶液，因此不必处理， B 项正确。3.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（

10、 ）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，即 N 极上发生氧化反应，应为负极，N 棒金属较活泼，排除A、 D，由 M 棒变粗，可知 B 不正确。【知识讲解】二原电池的形成（线下操作提示：可提问齐答）1.形成条件(1)由两种活泼性不同的金属或由金属和非金属作电极，一般较活泼金属作 负极 ，较不活泼金属或非金属作 正极 。(2)两电极必须浸在 电解质溶液 中。(3)两电极之间要形成 闭合回路 。(4)能自发地发生氧化还原反应。2.设计原电池的一般思路 ：满足构成原电池的条件。设计思路 实例 以自发发生的氧化还原反

11、应为基础 2FeCl3 Cu=2FeCl2CuCl 2 把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：Cu2e =Cu2 还原反应(正极)：2Fe3 2e =2Fe2 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极材料：Cu 正极材料：石墨或铂或比 Cu 不活泼的其他金属 电解质溶液：FeCl3 溶液 画出示意图 略【知识应用】1.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

12、电路。答案：2.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。【要点小结】原电池正负极的判断方法：（1 ）由组成原电池的两极材料判断。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

13、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

14、性弱。【拓展提升】1.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（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：2H2O+O2+4e-=4OH-。答案： B2.某原电池的电池反应为 Fe+2F