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1、第二单元化学能与电能的转化第1课时原电池的工作原理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。一、构成原电池的条件1两个 不同的电极(材料可以是或 )。2电极均插入中。3构成。4能自发地发生氧化还原反应。1构成原电池的化学反应有何特点？【提示】必须是自发的氧化还原反应。原电池是化学能转化为电能的装置，发生的反应必定是放热反应，即反应的焓变小于零。活泼性金属导电的非金属电解质溶液闭合回路二、原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)装置装置举例例Zn电极极Cu电极极现象象 得失得失电子子 正、正、负极判断极判断 电子流向子流向 反反应类型型
2、电极反极反应式式 总反反应式式 盐桥的作用的作用使使带电离子通离子通过，平衡两个半，平衡两个半电池中的池中的电荷荷锌片逐渐溶解铜片上有红色铜沉积失电子负极流出氧化反应得电子正极流入还原反应Zn2e=Zn2Cu22e=CuZnCu2=Zn2Cu2.电极反应与电池反应有何区别与联系？【提示】电极反应是分别在两极上发生的“半反应”(氧化反应或还原反应)，电池反应是两个电极反应加合消去电子后的总反应。可通过电极反应相加求电池反应，也可通过电池反应减一个电极反应求另一个电极反应。一、原电池正、负极的判断及电极反应式的书写如何确定和判断原电池的正、负极？师生互动【提示】书写电极反应和电池总反应应注意哪些问
3、题？师生互动【提示】根据给出的化学方程式或根据题意，确定原电池的正负极，弄清正、负极上发生反应的物质。弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。注意电解质溶液的成分及其对正、负极产物的影响，正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒、质量守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H或OH或H2O，将两个电极反应式合起来，即可得到电池总反应方程式。将Al片和Cu片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成原电池。(1)在这两个原电池中，负极分别为()AAl片、Cu片 BCu片、Al片CAl片、Al片 DCu片、Cu片(2)写
4、出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应式_。(3)写出插入稀NaOH溶液中，形成原电池的电极反应式_。【名师解析】(1)将Al片和Cu片用导线相连，插入浓硝酸中，由于Al遇浓硝酸钝化，不能持续反应，而Cu却能与浓硝酸持续反应，所以Cu为负极；插入稀NaOH溶液中，Al与NaOH反应，失去电子被氧化，所以Al为负极。(2)Al浓硝酸Cu组成的原电池的电极反应式为：负极：Cu2e=Cu2，正极：2NO32e4H=2NO22H2O，总的电极反应式：Cu2NO34H=Cu22NO22H2O。(3)AlNaOH(aq)Cu组成的原电池的电极反应式：负极：2Al6e8OH=2AlO24H2O，正极：6H2O6
5、e=3H26OH，总 的 电 极 反 应 式 为 ： 2Al 2OH2H2O=2AlO23H2。【答案】(1)B(2)负极：Cu2e=Cu2；正极：2NO32e4H=2NO22H2O(3)负极：2Al6e8OH=2AlO24H2O；正极：6H2O6e=3H26OH考虑装置中的电极，首先判断它们和电解质溶液反应的情况，然后再判断电极的情况。1如右图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出，符合这一情况的是()a极板极板b极板极板x电极极z溶液溶液A锌石墨石墨负极极CuSO4B石墨石墨石墨石墨负极极NaOHC银铁正极正极AgNO3D铜石墨石墨负极极C
6、uCl2【解析】由a极板质量增加知a极为阴极，x为负极，故C项错误；B项中a极反应为：2H2e=H2，不符合题意；D项中，b极发生反应：2Cl2e=Cl2，不符合题意。【答案】A二、原电池原理的应用在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液为什么能使产生H2的速率加快？学生交流【提示】因为ZnCu2=Zn2Cu，生成的铜与锌在稀H2SO4中构成原电池，可以加快反应速率。如何证明镁比铝的金属性活泼？师生互动【提示】将镁条与铝条用一根导线相连，插入到稀H2SO4中，观察到镁条溶解，铝条上有气泡产生，由此证明镁比铝易失电子，金属性活泼。 以2FeCl3Cu=CuCl22FeCl2反应为依据，设计
7、一个原电池，从哪些方面考虑？师生互动【提示】(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极电极反应式。负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2(2)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接做负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)做负极。发生还原反应的电极材料必须不如负极材料活泼。本例中可用铜棒做负极，用铂丝或碳棒做正极。(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液做电解液。(4)构成闭合回路。如图所示：设计原电池如何保护铁闸和轮船船体？学生交流【提示】如要保护一个
8、铁闸，可用导线将其与一锌块相连，使锌做原电池的负极，铁闸做正极；在轮船船体外壳镶上部分锌块可以达到保护轮船船体的作用。银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银。有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法为：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答：(1)在此原电池反应中，负极发生的反应为_；正极发生的反应为_。(2)其中食盐溶液的作用是_。【答案】(1)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2(2)作电解质溶液，增强导电性本题以信息题的形式考查原电池原理的应用，抓住题目中给出的信息解题。2X、Y、Z、W四块金属分
9、别用导线两两相连浸入稀硫酸中组成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是WZ；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是()AXZWY BZXYWCXYZW DYWZX【解析】在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属作原电池的正极，得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。因此，X、Y相连时，X为负极，则活泼性XY；Z、W相连时，电流方向是WZ，则活泼性ZW；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性XZ；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则WY。综上所述，可以得出金属的活
10、动性顺序是XZWY。【答案】A1小结2点拨(1)原电池一般工作原理如下：较活泼金属发生氧化反应，电子由较活泼金属通过导线流入不活泼金属或导电的非金属，溶液中氧化性较强的阳离子在不活泼电极上得到电子被还原(如下图)。(2)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；而镁铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池，铝为负极，镁为正极。(3)设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸。如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4。1下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，不能形成原电
11、池的是(多选)()【解析】构成原电池的条件是两种活泼性不同的电极(活泼金属与较不活泼金属或非金属)；电解质溶液；形成闭合回路；总反应为能自发进行的氧化还原反应。在选项中，A项中虽然Zn和Fe都能与硫酸反应，但由于其相对活泼性不同，所以能构成原电池；对于B项的理解，很多同学往往会误认为没有导线，所以不构成原电池，其实只要两个电极能够接触就能形成回路，所以B项能形成原电池；C项中由于电极材料相同，所以不能构成原电池；D项中不能构成闭合回路所以也不能构成原电池。【答案】CD2如图所示装置，电流表G发生偏转。同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的()AA是Zn，B
12、是Cu，C为稀H2SO4BA是Cu，B是Zn，C为稀H2SO4CA是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液DA是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【解析】A极逐渐变粗，说明A为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极变细，说明B为原电池的负极，失去电子后形成离子进入了溶液中。A和B两选项反应为ZnH2SO4=ZnSO4H2，则A选项中A极变细，B选项中A极不变；C和D两项反应为Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中C项中A极变细，D选项中A极变粗。【答案】D3(2008年广东高考)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
13、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【解析】Cu作负极，Ag作正极。负极：Cu2e=Cu2；正极：2Ag2e=2Ag。在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以错，没有盐桥，原电池不能继续工作，错。无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，对。【答案】C4 有 X、 Y、 Z、 W四 种 金 属 ， 已 知 ：X(OH)3的碱性强于Y(OH)2；X3可将Z氧化；W可与热水反应产生
14、H2，X不能与热水反应；把X的金属片插入稀H2SO4中，让金属片与Z接触，则X溶解速率加快。下列四种金属活动性强弱关系中一定正确的是()AXY BZYCWZ DZX【解析】据知金属性WX；据知金属性XZ，则WZ，C选项正确，D选项错误；据，由于没有说明是主族元素最高价氧化物对应的水化物，故X、Y的金属性无法比较；据也不能判定X、Z的金属性强弱，如：Mg2Fe3=Mg22Fe2，Cu2Fe3=Cu22Fe2。本题主要考查了原电池原理的应用及有关金属活动性的大小比较。【答案】C5将铁片、锌片相连插入硫酸铜溶液中，形成原电池。在该原电池中，负极是_；铁片是_极，发生_反应，负极反应是_，当反应中转移
15、0.2 mol电子时，负极质量_，正极质量_。【解析】对电极的质量变化进行计算的习题，往往与电极的判断综合在一起考查，并且电极的判断直接影响了解题的准确性。本题中，锌比铁活泼，故锌做负极、铁做正极，负极发生氧化反应而溶解，正极发生还原反应，析出金属铜，故反应中转移0.2 mol电子时，负极溶解0.1 mol锌，正极析出0.1 mol铜。【答案】锌片正还原Zn2e=Zn2减少6.5 g增加6.4 g6根据下式所示的氧化还原反应设计一个原电池：Cu2Ag=Cu22Ag(1)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；(2)注明原电池的正极和负极；(3)注明外电路中电子的流向；(4)写出两个电极上的电极反应。【解析】首先将已知的反应拆成两个半反应：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag，然后结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极材料为Ag。原电池由两个半电池组成，铜与铜盐溶液组成铜半电池，银和银盐溶液组成银半电池，中间通过盐桥连接起来。【答案】(1)(2)(3)如下图所示：(4)负极：Cu2e=Cu2正极：2Ag2e=2Ag练考题、验能力、轻巧夺冠
