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1、第第1课时原电池课时原电池目目标素素养养1.以锌铜原电池为例以锌铜原电池为例,了解原电池的工作原理及构成条件。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、负极并熟练书写电极反应式。能正确判断原电池的正、负极并熟练书写电极反应式。3.能列举常见的化学电源能列举常见的化学电源,并能利用相关的信息分析化学电源并能利用相关的信息分析化学电源的工作原理。的工作原理。4.会书写常见化学电源的电极反应式。会书写常见化学电源的电极反应式。5.能设计简单的原电池。能设计简单的原电池。知知识概概览一、原电池一、原电池1.原电池的工作原理。原电池的工作原理。以锌铜原电池为例以锌铜原电池为例,盐桥中装有
2、含盐桥中装有含KCl饱和溶液饱和溶液的的琼脂琼脂。如图如图:(1)实验现象实验现象:接通电路时接通电路时,电流表的电流表的指针指针发生偏转发生偏转,将盐桥取出将盐桥取出,电流电流表的指针表的指针回到零点回到零点。(2)工作原理。工作原理。电极电极Zn电极电极Cu电极电极电极名称电极名称负极负极正极正极得失电子得失电子失失电子电子得得电子电子电子流向电子流向流出流出流入流入电极反应式电极反应式 Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu反应类型反应类型氧化氧化反应反应还原还原反应反应总反应式总反应式Zn+Cu2+=Zn2+Cu盐桥中的离盐桥中的离子移动方向子移动方向K+移向移向CuSO4溶液溶液
3、(正正极区极区),Cl-移移向向ZnSO4溶液溶液(负负极区极区)2.原电池工作的一般条件。原电池工作的一般条件。(1)有能自发进行的有能自发进行的氧化还原氧化还原反应。反应。(2)有两个活动性不同的电极有两个活动性不同的电极(通常活动性较强的金属通常活动性较强的金属作作负负极极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作活动性较弱的金属或能导电的非金属作正正极极),并插并插入入电解质电解质溶液中溶液中,形成形成闭合闭合回路。回路。二、原电池的设计二、原电池的设计1.能设计为原电池的反应必须是能设计为原电池的反应必须是自发进行的氧化还原自发进行的氧化还原反应反应。2.用用还原性较强还原性较强的物质作的
4、物质作负极负极反应物反应物,向外电路提供电子向外电路提供电子;用用氧化性较强氧化性较强的物质作的物质作正极正极反应物反应物,从外电路得到电子从外电路得到电子。3.原电池输出电能的能力原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物取决于组成原电池的反应物的的氧化还原氧化还原能力。能力。微思微思考考 在在原电池装置中盐桥有什么作用原电池装置中盐桥有什么作用?提示提示:(1)通过离子在盐桥中的定向移动通过离子在盐桥中的定向移动,使两个隔离的电解质使两个隔离的电解质溶液连接起来溶液连接起来,可使电流持续传导。可使电流持续传导。(2)将两个半电池完全隔开将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度使副反应
5、减至最低程度,可以获得可以获得单纯的电极反应单纯的电极反应,有利于最大程度地将化学能转化为电能有利于最大程度地将化学能转化为电能,提提高原电池效率。高原电池效率。微判断微判断(1)任何自发的放热反应均可设计成原电池。任何自发的放热反应均可设计成原电池。()(2)原电池将氧化反应和还原反应分在不同区域同时进行。原电池将氧化反应和还原反应分在不同区域同时进行。()(3)盐桥中的阴离子移向正极区域盐桥中的阴离子移向正极区域,使正极区溶液呈电中性。使正极区溶液呈电中性。()(4)铁、铜与硫酸铜溶液形成的原电池的负极反应为铁、铜与硫酸铜溶液形成的原电池的负极反应为Fe-3e-Fe3+。()微训练微训练1
6、.对于原电池的电极名称对于原电池的电极名称,下列叙述错误的是下列叙述错误的是()。A.发生氧化反应的一极为负极发生氧化反应的一极为负极B.正极为电子流入的一极正极为电子流入的一极C.比较不活泼的金属为负极比较不活泼的金属为负极D.电流流出的一极为正极电流流出的一极为正极答案答案:C解析解析:原电池装置中原电池装置中,一般活泼金属作负极一般活泼金属作负极,较不活泼金属或能较不活泼金属或能导电的非金属作正极导电的非金属作正极;负极上发生氧化反应负极上发生氧化反应,正极上发生还原正极上发生还原反应反应;外电路中电子由负极流向正极外电路中电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。电流由正极流向负极。2.
7、有下列装置有下列装置:其中是原电池的是其中是原电池的是,电极反应式分别为负极电极反应式分别为负极:,正极正极:。答案答案:DZn-2e-Zn2+2H+2e-H2解析解析:A项项,酒精不是电解质酒精不是电解质,不能导电不能导电;B项没有形成闭合回路项没有形成闭合回路;C项电极材料相同项电极材料相同;D项属于原电池项属于原电池,且锌作负极且锌作负极,失电子失电子,发生发生氧化反应。氧化反应。一、原电池工作原理重难归纳1.工作原理工作原理2.原电池正、负极判定思原电池正、负极判定思路路 3.含盐桥原电池含盐桥原电池(双液电池双液电池)(1)特点。特点。两个烧杯中电解质溶液用盐桥连接两个烧杯中电解质溶
8、液用盐桥连接,电极材料一般与相应容电极材料一般与相应容器中的电解质溶液的阳离子相同。如器中的电解质溶液的阳离子相同。如:(-)Zn|ZnSO4(1molL-1)|CuSO4(1molL-1)|Cu(+)。(2)盐桥的作用。盐桥的作用。平衡电荷平衡电荷,沟通闭合回路沟通闭合回路。(3)优点。优点。与不含盐桥原电池相比与不含盐桥原电池相比,双液电池效率高且电流平稳双液电池效率高且电流平稳,放电时放电时间长间长。如图所示装置露置在空气中如图所示装置露置在空气中,经检测经检测,外电路外电路中有电流产生。中有电流产生。1.请分析该装置正、负极的电极反应。请分析该装置正、负极的电极反应。提示提示:负极负极
9、:Fe-4e-2Fe2+;正极正极:空气空气中中的的O2得电子得电子,O2+2H2O+4e-4OH-。2.原电池中总反应是否就是负极与电解质溶液的反应原电池中总反应是否就是负极与电解质溶液的反应?提示提示:不一定。如题图装置中的电池总反应为不一定。如题图装置中的电池总反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,而负极材料而负极材料Fe与与NaCl溶液不反应。溶液不反应。典例剖析如图为双液原电池装置示意图如图为双液原电池装置示意图,下下列叙述中正确的是列叙述中正确的是()。A.铜离子在铜片表面被还原铜离子在铜片表面被还原B.盐桥中的盐桥中的K+移向移向ZnSO4溶液溶液C.电流从锌片经导线流向
10、铜片电流从锌片经导线流向铜片D.铜是正极铜是正极,铜片上有气泡产生铜片上有气泡产生答案答案:A解析解析:在该原电池中在该原电池中,活动性较强的金属锌作负极活动性较强的金属锌作负极,活动性较弱活动性较弱的铜作正极的铜作正极,电子由负极流出电子由负极流出,经导线流向正极经导线流向正极,电流的方向与电流的方向与电子的移动方向相反电子的移动方向相反,C项错误项错误;正极发生还原反应正极发生还原反应,电极反应电极反应式为式为Cu2+2e-Cu,A项正确项正确,D项错误项错误;盐桥中的阳离子移向正盐桥中的阳离子移向正极区硫酸铜溶液极区硫酸铜溶液,B项错误。项错误。学以致用1.如图装置中如图装置中,两电极上
11、发生的电极反应为两电极上发生的电极反应为a极极:Cu2+2e-Cub极极:Fe-2e-Fe2+下列说法中不正确的是下列说法中不正确的是()。A.该装置为原电池该装置为原电池B.a极上发生还原反应极上发生还原反应C.电子由电子由baD.该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为该过程中能量的转换一定是化学能全部转化为电能电能D解析解析:该装置为原电池该装置为原电池,a极上发生还原反应极上发生还原反应,b极上发生氧化反极上发生氧化反应应,电子由负极电子由负极(b)流出经导线流向正极流出经导线流向正极(a),该过程中能量由化该过程中能量由化学能转化为电能、热能学能转化为电能、热能,其化学能转化成电能的
12、其化学能转化成电能的转化率转化率小于小于100%。2.Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是下列叙述错误的是()。A.负极反应式为负极反应式为Mg-2e-Mg2+B.正极反应式为正极反应式为Ag+e-AgC.电池放电时电池放电时Cl-由正极向负极迁移由正极向负极迁移D.负极会发生副反应负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2答案答案:B解析解析:根据题意根据题意,电池总反应式为电池总反应式为Mg+2AgClMgCl2+2Ag,正正极反应式为极反应式为2AgCl+2e-2Cl-+2Ag,负极反应式为负极反应式为
13、Mg-2e-Mg2+,A项正确项正确,B项错误项错误;对原电池来说对原电池来说,在电解质溶液的内部在电解质溶液的内部,阴离子由正极移向负极阴离子由正极移向负极,C项正确项正确;由于镁是活泼金属由于镁是活泼金属,则负极则负极会发生副反应会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2,D项正确。项正确。二、原电池原理的应用重难归纳1.比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。方法是方法是:将金属将金属a和和b用导线连接后插入稀硫酸中用导线连接后插入稀硫酸中,观察到观察到a溶解溶解,b上有气泡产生。据此推断上有气泡产生。据此推断a是负极是负极,b是正极是正极,金属活动性金属活动性ab。该方法中该方法中
14、,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝不能使用浓硝酸或酸或NaOH溶液等试剂溶液等试剂,否则可能得出相反的结论否则可能得出相反的结论。2.增大化学反应速率。增大化学反应速率。实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时实验室利用锌与稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。入几滴硫酸铜溶液。原理是原理是:锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池锌与置换出的铜及稀硫酸组成原电池,使产生氢气的使产生氢气的速率增大。速率增大。3.设计原电池。设计原电池。以以Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag为依据为依据,设计一个原电池。设计一个原电池。(1)
15、明确两极反应。明确两极反应。(2)选择电极材料选择电极材料。(3)确定电解质确定电解质。(4)画装置图画装置图:注明电极材料和电解质溶液成分注明电极材料和电解质溶液成分。四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时相连时,外电路电流从外电路电流从流向流向;相连时相连时,为正极为正极;相连时相连时,上有气泡逸出上有气泡逸出;相连时相连时,的质量减少。的质量减少。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是怎样的则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是怎样的?提示提示:典例剖析利用反应利用反应Zn+2FeCl3ZnCl2+2FeCl2设计一个原电池。在下设
16、计一个原电池。在下图方框内画出实验装置图图方框内画出实验装置图,并指出正极材料为并指出正极材料为,电极电极反应式为反应式为;负极材料为负极材料为,电极反应式电极反应式为为。答案答案:(实验装置图如下实验装置图如下)Pt(或石墨或石墨)2Fe3+2e-2Fe2+ZnZn-2e-Zn2+解析解析:一般来说一般来说,放出能量的自发进行的氧化还原反应都可以放出能量的自发进行的氧化还原反应都可以设计成相应的原电池。具体设计时设计成相应的原电池。具体设计时,先将氧化还原反应拆分先将氧化还原反应拆分为两个半反应为两个半反应(即氧化反应和还原反应即氧化反应和还原反应),然后根据构成原电池然后根据构成原电池的条件的条件,选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液选择合适的电极材料及适宜的电解质溶液,将两电极将两电极用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路用导线连接插入电解质溶液形成闭合回路,即可成功设计原即可成功设计原电池电池。将将Zn+2FeCl3ZnCl2+2FeCl2拆分为拆分为Zn-2e-Zn2+(氧化反应氧化反应)和和2Fe3+2e-2Fe2+(还原反应还原反应);结合原电池的电极反应特点结合原电池的电
