2019-2020年高中化学 专题1 第2单元 第1课时 原电池的工作原理教案 苏教版选修4

第1课时原电池的工作原理目标与素养：1.以铜锌原电池为例，理解原电池的工作原理。(宏观辨识与微观探析)2.学会判断原电池的正、负极，掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。(宏观辨识与微观探析)3.掌握原电池原理的基本应用。(科学态度与社会责任)一、原电池的工作原理1．原电池(1)概念：将化学能转化为电能的装置。(2)构成条件①两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。②电解质溶液。③形成闭合回路(或两极直接接触)。④能自发地发生氧化还原反应。2．铜锌原电池的工作原理(1)用温度计测量锌粉与CuSO4溶液反应的温度变化，说明该反应为放热反应，该反应在物质变化的同时，实现化学能转化为热能。(2)铜锌原电池的工作原理装置电极ZnCu反应现象逐渐溶解铜片上有红色物质析出电极名称负极正极得失电子失电子得电子电子流向电子流出电子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电池总反应式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu3．盐桥(以铜锌原电池为例)(1)成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。(2)离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。(3)作用：①使两个半电池形成通路，并保持两溶液的电中性。②避免电极与电解质溶液反应，有利于最大程度地将化学能转化为电能。二、原电池的设计请根据离子反应Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu设计一个原电池(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的电极反应式。负极：Fe－2e－===Fe2＋；正极：Cu2＋＋2e－===Cu。(2)确定电极材料如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作负极；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)作正极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用铁作负极，用铜作正极。(3)确定电解质溶液①负极区用FeCl2溶液作电解液；②正极区用CuCl2溶液作电解液；③如果原电池中没有盐桥，可用CuCl2溶液作电解液。(4)构成闭合回路：将电极用导线连接，使之构成闭合回路。(5)画出装置图1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应。()(2)原电池中的盐桥是为了连通电路，也可用金属导线代替。()(3)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极。()(4)铜、锌与硫酸组成的原电池中，锌为负极，质量减少，铜为正极，质量不变。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)√2．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是()A．电子从锌电极通过导线流向铜电极B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C．锌电极发生还原反应D．铜电极上发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑A[该原电池中，较活泼的金属——锌作负极，发生氧化反应，较不活泼的铜作正极，发生还原反应，电子由负极——锌流出，经导线流向铜电极，电极反应分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：Cu2＋＋2e－===Cu；盐桥中的阴离子向负极区域硫酸锌溶液中迁移，故A正确，B、C、D错误。]3．如图所示：(1)当K断开时，________片上有气泡产生，生成气体对应的离子方程式为_____________________________________________________________________________________________。(2)当K闭合时，________片上有气泡。生成气体对应的反应式为_______________________________________________________。解析：(1)K断开时，Zn与盐酸直接发生置换反应，离子方程式为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。(2)K闭合时，Zn、Cu和盐酸构成原电池，Cu为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，因此铜片上产生气体。答案：(1)锌Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(2)铜2H＋＋2e－===H2↑原电池正负极的判断及电极反应式的书写1．原电池正负极的判断2．原电池的电极材料“两注意”(1)注意电解质溶液对电极类型的影响一般较活泼金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，但若是较不活泼的金属发生的氧化还原反应设计的原电池，则是较不活泼的金属作负极。例如：镁­铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；但若以氢氧化钠为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。(2)注意电极材料是否参与反应负极材料不一定参与反应，如燃料电池；负极和正极材料都参与反应，如铅蓄电池。3．一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得失。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。4．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。【例1】如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是()A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极B．电极Ⅱ的电极反应式为：Cu2＋＋2e－===CuC．该原电池的总反应为：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．若盐桥中装有含氯化钾的琼脂，则其作用是传递电子C[该原电池所发生的反应实质是Fe3＋与Cu的反应，C正确；电极Ⅰ上发生还原反应，作正极，A错；电极Ⅱ为负极，电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋，B错；电子在负极上产生后经导线聚集在正极上被吸收掉，不可能通过溶液和盐桥，D错。]原电池电极反应式在书写时应注意的问题(1)电极反应常用“===”而不用“”连接。(2)电极反应中若有气体生成，需加“↑”，弱电解质或难溶物均以化学式表示，其余以离子符号表示。(3)注意电解质溶液的酸碱性，酸性溶液中进行的反应，电极反应中不能出现OH－；碱性溶液中进行的反应，电极反应中不能出现H＋，电极反应中出现的离子要与电解质溶液的性质相吻合。(4)必须遵循质量守恒、电荷守恒及正、负两极得失电子数相等的规律。(5)原电池正、负两极的电极反应在得失电子数相等的情况下加和即得总反应(合二为一)；反之，总反应减去其中的一极反应可得另一极反应(一分为二)。1．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法中正确的是()A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为FeC．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为XYD[由图示电子流向知X为负极，Y为正极，则电流方向为Y→外电路→X，故A错；若两电极分别为Fe和碳棒，则X为铁，Y为碳棒，B错；负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，C错；若两电极均为金属，活泼金属作负极，故有活动性XY。]2．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作为负极，③④中Fe作为负极B．②中Mg作为正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑C．③中Fe作为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．④中Cu作为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B[Mg比Al活泼，在①中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故②中Al是负极。在浓硝酸中铁会钝化，故Cu为负极，Fe为正极。在④中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H＋得电子能力强，故Fe失去电子，在Cu极O2得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。]原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。2．比较金属活动性的强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。3．设计原电池设计思路实例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2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)：Cu－2e－===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铜和CuCl2溶液正极碳(或铂)和FeCl3溶液画出示意图【例2】依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是____________________________________；电解质溶液Y是_______________________________________。(2)银电极为电池的__________极，发生的电极反应式为________________；X电极上发生的电极反应式为________________。(3)外电路中的电子是从________极流向________极。解析：原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。答案：(1)CuAgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋(3)负(Cu)正(Ag)(1)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，还需要CuSO4溶液吗？(2)正极材料除了用金属Ag，还可以用哪些材料？提示：(1)不需要，只需要用AgNO3溶液。(2)还可以用金属Pt、石墨电极等。3．一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()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2溶液BCuZnH2SO4溶液CCuZnCuSO4溶液DMgZnCuCl2溶液C[根据Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu知，Zn发生氧化反应，Zn－2e－===Zn2＋，是电池负极；正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故正极材料可以是石墨或Cu等，电解质溶液应是可溶性铜盐溶液，C符合。]1．下列装置不可以组成原电池的是()ABCDC[C中的装置不能形成闭合回路。]2．关于原电池的说法，正确的是()A．在正极上发生氧化反应B．某电极上有氢气产生，则此电极为正极C．在外电路电子流出的为正极D．在负极上发生还原反应B[A项，正极发生还原反应；B项，产生H2的电极上得电子，发生还原反应，是正极；C项，外电路中电子由负极流出；D项，负极失去电子发生氧化反应。]3．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是()A．正极反应为：Zn===Zn2＋＋2e－B．电池反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuC．在外电路中，电流从负极流向正极D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液B[电池的正极得电子，A选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中涉及的氧化还原反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B选项正确；外电路中，电流从正极流向负极，C选项错误；在烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2＋，使得该烧杯中带正电荷的离子增加，为维持电中性，盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液，而K＋应该通过盐桥流向CuSO4溶液所在的右烧杯，D选项错误。]4．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置ⅠⅡⅢ部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b上有气体产生，