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[明确学习目标]1.以铜锌原电池为例,熟悉原电池的工作原理及构成条件。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。23学生自主学习1.原电池的定义将___________转化为___________的装置叫做原电池。□01化学能□02电能2.原电池的工作原理以铜锌原电池为例盐桥中通常装有含_______________的琼脂。在反应中,盐桥中的___________移向ZnSO4溶液,___________移向CuSO4溶液,使两电解质溶液均保持电中性,氧化还原反应得以继续进行。□18KCl饱和溶液□19Cl-□20K+1.盐桥有何优点?提示:盐桥的优点是使原电池中的氧化反应和还原反应近乎完全隔离,使原电池能持续、稳定地产生电流并有利于最大限度地将化学能转化为电能。提示2.原电池形成的条件是什么?提示:①有一个能自发进行的氧化还原反应;②两个活性不同的导电电极;③电解质溶液(或熔融电解质);④形成闭合回路。提示23师生课堂互动一、原电池的工作原理1.原电池的构成条件(1)具有两个活泼性不同的电极。(2)合适的电解质溶液(或熔融电解质)。(3)形成闭合回路(外电路用导线相连或互相接触并将两电极插入电解质溶液中或使用盐桥)。(4)能自发地发生氧化还原反应。2.原电池的工作原理分析3.原电池正负极的判断4.原电池的电极反应式的书写(1)原电池的电极反应式是表示原电池的正极或负极反应的方程式。在电极反应式中,能够表示出微粒得电子或失电子的情况以及微粒电性的变化情况。(2)电极反应式书写的注意事项①两极得失电子数目相等;②电极反应式常用“===”而不是“=”;③电极反应中若有气体生成,需加“↑”,但有沉淀生成一般无需加“↓”。(3)电极反应式书写的一般步骤①列物质,看反应:负极发生氧化反应,正极发生还原反应,判断出原电池正负极。②视环境,写离子:酸性电解质溶液不出现OH-,碱性电解质溶液不出现H+。注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存,若不共存,则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式。③标得失,注数目:负极失去电子,正极得到电子,一般情况下,将两电极反应得失电子的数目写成一样。④两式加,得总式:在保证两极得失电子数相等的情况下,将正、负极反应式相加得到电池反应的总反应式。[对点练习]1.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是()A.均发生了化学能转化为电能的过程B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物C.工作过程中,电子均由Zn经导线流向CuD.相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高答案B答案解析两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化成电能的过程,故A正确;根据原电池的工作原理,锌比铜活泼,锌作负极、铜作正极,铜本身不是反应物,故B错误;锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,故C正确;图乙中装置产生的电流在一段时间内变化不大,但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减,故D正确。解析2.原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池,电极反应式正确的是()A.由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池,其负极反应式为Fe-3e-===Fe3+B.由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池,其负极反应式为Mg-2e-+2OH-===Mg(OH)2C.由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应式为Cu-2e-===Cu2+D.由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为Cu-2e-===Cu2+答案D答案解析由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,A项错误;由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池,电池总反应为2Al+2H2O+2NaOH===2NaAlO2+3H2↑,Al作负极,电极反应式为Al-3e-+4OH-===AlO-2+2H2O,B项错误;由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,Cu作负极,Pb作正极,正极电极反应式为Fe3++e-===Fe2+,C项错误;由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,Al遇浓硝酸钝化,Cu作负极,电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,D项正确。解析规律方法已知总反应式,书写电极反应式的方法(1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况,找出氧化剂及其对应的还原产物,氧化剂发生的反应即为正极反应;找出还原剂及其对应的氧化产物,还原剂发生的反应即为负极反应。(2)当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时,还应注意电解质参与的反应。(3)若有一电极反应式较难书写,可先写较易写出的电极反应式,然后利用总反应式减去该电极反应式即可得到另一电极反应式。二、原电池工作原理的应用1.比较金属的活泼性强弱有两种金属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。根据电极反应现象判断出a是负极,b是正极,因此,金属活动性ab。2.加快化学反应速率例证:实验室利用锌和稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。原理:锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池,使产生氢气的速率加快。3.设计原电池以Fe+Cu2+===Fe2++Cu为依据,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。本例的电极反应式为负极:Fe-2e-===Fe2+,正极:Cu2++2e-===Cu。(2)确定电极材料。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)作负极。发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。本例可用铁棒作负极,用铜棒作正极。(3)确定电解质溶液。电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。本例可用CuSO4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)图示[对点练习]3.某原电池总反应的离子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,该原电池的正确组成可以是()选项ABCD正极ZnCuCuMg负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2溶液H2SO4溶液CuSO4溶液CuCl2溶液答案C答案解析根据Zn+Cu2+===Zn2++Cu知,Zn发生氧化反应,Zn-2e-===Zn2+,Zn是电池负极;正极反应为Cu2++2e-===Cu,故正极材料可以是Cu或其他活泼性比Zn弱的物质,电解质溶液应是可溶性铜盐溶液。解析4.依据氧化还原反应:Cu+2Ag+===Cu2++2Ag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)银电极的电极反应式是______________;X电极的电极反应式是_________________。(3)外电路中的电子是从________极流向________极。(4)该原电池的正极是________,还可以选用________等材料。(5)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯,是否还需要硫酸铜溶液?_________________。答案(1)铜硝酸银溶液(2)2Ag++2e-===2AgCu-2e-===Cu2+(3)负(或铜)正(或银)(4)银铂、石墨(5)不需要答案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)。解析规律方法原电池的设计方法——“两极—液—连线”(1)根据电池总反应式写出正极和负极的电极反应式。(2)电极材料的选择:电池的电极必须导电。一般电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,即负极一般是活泼的金属材料,所以正极和负极不能用同一种材料,两个电极可以是活泼性不同的两种金属或一种金属和一种非金属。(3)电解质溶液的选择:一般能够与负极发生反应。(4)形成闭合回路。本课归纳总结23学习效果检测1.下列装置能构成原电池的是()A.①⑦⑧B.③⑤⑥C.②④⑧D.⑥⑦⑧答案D答案解析①中缺少电解质溶液,不能构成原电池;②中Zn、Cu未用导线连接,没有形成闭合回路,不能构成原电池;③中酒精是非电解质,不能导电,不能构成原电池;④中两电极材料一样,不能构成原电池;⑤中稀硫酸分装在两个容器中,没有形成闭合回路,不能构成原电池;⑥中Zn、Cu用导线连接,与电解质溶液形成闭合回路,能发生自发氧化还原反应,构成原电池;⑦中Cu、Fe与CuCl2溶液能形成闭合回路,能发生自发氧化还原反应,构成原电池;⑧中两容器中的电解质溶液用盐桥连接,两电极用导线连接,形成闭合回路,能发生自发氧化还原反应,构成原电池。解析2.下列有关电化学知识的描述正确的是()A.CaO+H2O===Ca(OH)2,可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池,把其中的化学能转化为电能B.某原电池反应为Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥中可以是由KCl饱和溶液制得的琼胶C.因为铁的活动性强于铜,所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中,若能组成原电池,必是铁作负极,铜作正极D.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可被设计成原电池答案D答案解析CaO+H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应,不能设计成原电池,A项错误;B项中会发生反应:KCl+AgNO3===AgCl↓+KNO3,生成的AgCl会使盐桥的导电性减弱,所以盐桥中不能使用KCl,可换成KNO3,B项错误;由于铁遇到浓硝酸会发生钝化,而铜可与之发生反应:Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,Cu失电子被氧化,作原电池的负极,所以C项错误。解析3.如图所示是Zn和Cu构成的原电池装置,某实验兴趣小组做完实验后,作出如下记录,其中正确的是()①Zn为负极,Cu为正极②H+向负极移动③电子的流动方向为Zn极→导线→Cu极→稀硫酸→Zn极④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子通过导线,则产生的H2为0.5mol⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+A.①②③B.①④⑤C.④⑤⑥D.②③④答案B答案解析在该原电池中,Zn比Cu活泼,故Zn作负极,Cu作正极,电子由Zn极流出,经导线流向Cu极,电解质溶液中并没有电子的移动,而是离子的定向移动。在稀硫酸中H+向正极移动,SO2-4向负极移动。负极反应式为Zn-2e-===Zn2+,正极反应式为2H++2e-===H2↑,故每转移1mol电子产生0.5molH2。综上所述,②③⑥错误,①④⑤正确。解析4.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A.①③②④B.①③④②C.③④②①D.③①②④答案B答案解析在外电路中,电流从正极流向负极,则①作原电池的负极,②作正极,故活动性①②;活动性相对较弱的金属作原电池的正极,故金属的活动性①③;有气泡产生的电极发生的反应为2H++2e-===H2↑,为原电池的正极,故活动性④②;质量减少的电极发生氧化反应生成金属离子而溶解,为负极,故活动性③④,由此可得金属活动性:①③④②。解析5.英才学校化学兴趣小组的同学为了探究原电池的工作原理,进行如下系列实验,请你参与他们的探究实验并回答有关问题。(1)实验一中观察不到任何明显现象,其原因是_______________。(2)实验二中电流计指针发生偏转,分别写出两个电极上的反应____________________________。(3)实验三中刚将铜片和锌片插入溶液中时电
本文标题:2020高中化学 专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 第1课时课件 苏教版选修
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