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1、优质教学资料 优质教学资料 优质教学资料第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习目标定位1.以铜锌原电池为例，熟悉原电池的工作原理。2.会正确判断原电池的正极和负极。3.学会原电池电极反应式的书写方法。1原电池是借助氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。分析下图所示原电池装置并填空。原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2。2原电池构成的条件：具有活泼性不同的两个电极，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是AD。探究点一原电池的工作原理1.按右图所示装置，完成实验并回答下列问题：(1)有关的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮
2、，CuSO4溶液颜色变浅。检流计的指针发生偏转，该装置中的能量变化是化学能转化为电能。(2)电子流动方向和电流方向外电路：电子由锌电极经过导线流向铜电极，电流由铜电极流向锌电极。内电路：电流由锌电极流向铜电极。(3)电极反应：负极反应式是Zn2e=Zn2；正极反应式是Cu22e=Cu；总反应式是ZnCu2=Zn2Cu。(4)用温度计测量溶液的温度，其变化是溶液的温度略有升高，原因是还有部分Cu2直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。2按下图所示装置，完成实验，并回答下列问题：(1)实验过程中，你能观察到的实验现象是锌片溶解，铜片加厚变亮；检流计指针发生偏转；CuSO4溶液的颜色变浅
3、。(2)用温度计测量溶液的温度，其结果是溶液的温度不升高(或无变化)，由此可说明CuSO4溶液中的Cu2不能移向锌片得电子被还原。(3)离子移动方向硫酸锌溶液中：Zn2向盐桥移动；硫酸铜溶液中：Cu2向铜极移动；盐桥中：K移向正极区(CuSO4溶液)，Cl移向负极区(ZnSO4溶液)。(4)若取出装置中的盐桥，检流计的指针是否还会发生偏转？为什么？答案不偏转。如果要使检流计指针发生偏转，则该装置中必须形成闭合回路，若取出盐桥，很显然该装置未构成闭合回路，检流计指针不会发生偏转。3实验结论：与问题1中的原电池装置相比较，问题2中双液原电池具有的特点是(1)具有盐桥。取下盐桥，无法形成闭合回路，反
4、应不能进行，可控制原电池反应的进行。(2)两个半电池完全隔开，Cu2无法移向锌片，可以获得单纯的电极反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。归纳总结1原电池原理是把氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。2原电池电极及电极反应特点(1)负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被氧化，发生氧化反应。(2)正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。3原电池的设计从理论上讲，任何一个自发
5、的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液：一般能与负极反应，或者溶解在溶液中的物质(如O2)与负极反应。(2)电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。活学活用1用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)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Age=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 BC D答案C解析铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导
6、线、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，两极电极反应分别为负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此C正确。2利用反应Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2设计一个原电池，正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_；电解质溶液是_。答案Pt(或C)2Fe32e=2Fe2CuCu2e=Cu2FeCl3溶液解析根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu2e=Cu2，2Fe32e=2Fe2；然后结合原电池的电极反应特点
7、，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Fe3得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3的材料，如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3的电解质溶液，如FeCl3溶液等。探究点二原电池的电极判断及电极反应式的书写1原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：判断依据正极负极电极材料不活泼金属或非金属导体活泼金属电子流向电子流入电子流出电极反应还原反应氧化反应电极现象电极增重或产生气体电极减轻2写出下表中原电池装置的电极反应和总的化学反应方程式：负极材料正极材料电解质溶液(1)铁铜稀硫酸(2)铜银硝酸银(1)正极反应_；负极反应_；总反应方程式_。(2)正极反应_；负极反应_
8、；总反应方程式_。答案(1)2H2e=H2Fe2e=Fe2FeH2SO4=FeSO4H2(2)2Ag2e=2AgCu2e=Cu2Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag解析负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。根据活泼性，(1)中铁作负极，(2)中铜作负极。3有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。(1)Zn发生氧化反应，是负极，电极反应式是Zn2e=Zn2。(2)Ag2O发生还原反应，是正极，电极反应式是Ag2O2eH2O=2Ag2OH。归纳总结1一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得失
9、。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的环境中，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。2已知电池总反应式，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)活学活用3可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电
10、极为正极。下列说法正确的是()A以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O22H2O4e=4OHB以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al3OH3e=Al(OH)3C以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极答案A解析本题重点考查原电池的工作原理及电极反应式的书写。B项，以NaOH溶液为电解质溶液时，不应生成Al(OH)3沉淀，而应生成 Al(OH)4；C项，电解质溶液的pH应减小；D项，电子通过外电路从负极流向正极，故选A。1关于原电池的叙述中正确的是()A构成原电池的两极必须是两种不同金属B原电池是将
11、化学能转化为电能的装置C原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出D原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原答案B2若某装置发生如下反应：Cu2H=Cu2H2，关于该装置的有关说法正确的是()A该装置一定为原电池B该装置为电解池C若为原电池，Cu为正极D电解质溶液可能是硝酸溶液答案B解析已知反应为非自发的氧化还原反应，故该装置应为电解池，而非原电池，但电解质不能为HNO3，否则得电子的为NO，而非H得电子放出H2。3如图是锌、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，记录如下：Zn为正极，Cu为负极H向负极移动电子流动方向为ZnCuCu极有H2产生若有1 mol电子流过导
12、线，则产生的H2为0.5 mol正极反应式：Zn2e=Zn2则上述描述合理的是()A BC D答案B解析判断一装置是否属于原电池，应看是否符合构成原电池的条件，符合构成原电池的条件即为原电池。然后，再根据原电池原理判断正、负极，分析电极反应、电子流动或电流流动方向等。在本题给定的原电池中，正极是Cu，负极是Zn，故错误；电子从负极Zn流出，流向正极Cu，H向正极移动，在Cu电极上得电子：2H2e=H2，故错误，、正确；此原电池负极上发生的反应是Zn2e=Zn2，错误；总反应方程式：Zn2H=Zn2H2，当有1 mol电子通过时，产生H2为0.5 mol，故正确。4(1)将Al片和Cu片用导线相连，插入稀H2SO4中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：Al片()_，Cu片()_。(2)若将Al片和Cu片用导线相连，插入浓HNO3中能否组成原电池？_(填“能”或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：(若不能，此问不用作答)Al片()_
