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(共53张PPT)
第一节　原电池　
第1课时　原电池
素养·目标定位
目 标 素 养
1.以锌铜原电池为例,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,会书写常见化学电源的电极反应式
3.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的工作原理
4.能设计简单的原电池
知 识 概 览
课前·基础认知
一、原电池
1.原电池的工作原理。
以锌铜原电池为例,盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂。如图:
(1)实验现象:接通电路时,电流表的指针发生偏转,将盐桥取出,电流表的指针回到零点。
(2)工作原理。
电极 Zn电极 Cu电极
电极名称 ①负极 ②正极
得失电子 ③失电子 ④得电子
电子流向 ⑤流出 ⑥流入
电极反应式 ⑦Zn-2e-===Zn2+ ⑧Cu2++2e-===Cu
反应类型 ⑨氧化反应 ⑩还原反应
电极 Zn电极 Cu电极
总反应式 Zn+Cu2+===Zn2++Cu
盐桥中的离
子移动方向 K+移向 CuSO4溶液( 正极区),Cl-移向
ZnSO4溶液( 负极区)
微思考在原电池装置中盐桥有什么作用
提示:(1)通过离子在盐桥中的定向移动,使两个隔离的电解质溶液连接起来,可使电流持续传导。
(2)将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度,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,提高原电池效率。
微训练1为了避免锌片与Cu2+直接接触发生反应而影响原电池的放电效率,有人设计了如下装置,按要求完成以下填空:
(1)此装置工作时,可以观察到的现象是___________________
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,电池总反应式为　 。
电流计指针发生偏转,
锌片逐渐溶解,铜片上有红色物质析出
Zn+Cu2+═Zn2++Cu
锌半电池
铜半电池
锌电极
盐桥
离子
正极区(CuSO4溶液)
2.原电池工作的基本条件。
(1)有能自发进行的氧化还原反应。
(2)有两个活动性不同的电极(通常活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属或能导电的非金属作正极),并插入电解质溶液中,形成闭合回路。
二、原电池的设计
1.能设计为原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应。
2.用还原性较强的物质作负极反应物,向外电路提供电子;用氧化性较强的物质作正极反应物,从外电路得到电子。
3.原电池输出电能的能力,取决于组成原电池的反应物的
氧化还原能力。
微判断(1)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。
(　　)
(3)盐桥中的阴离子移向正极区域,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Fe-3e-===Fe3+。(　　)
√
×
×
×
微训练2.有下列装置:
其中是原电池的是　　　,电极反应式分别为负极:　 　　　　　　　;
正极:　 。
D
Zn-2e- ═Zn2+
2H++2e-═H2↑
课堂·重难突破
一、原电池工作原理
问题探究
相比于单液原电池,双液原电池能更有效地将化学能转化为电能,主要是因为双液原电池中氧化反应和还原反应可完全隔开在两个半电池中进行,而单液原电池中负极直接与电解质溶液接触反应,导致部分化学能转化为热能,产生的电流小。
1.盐桥在原电池装置中的作用是什么
提示:①形成闭合回路;②平衡电荷,使溶液呈电中性;③避免电极与电解质溶液直接反应,减少电流的衰减,提高原电池的工作效率。
2.某原电池总反应为Cu+2AgNO3═Cu(NO3)2+2Ag,装置中的盐桥内可以是装有含KCl饱和溶液的琼脂吗
提示:不可以。因为AgNO3溶液能与KCl溶液反应生成AgCl沉淀,盐桥内可以是装有含KNO3饱和溶液的琼脂。
归纳总结
1.工作原理。
2.原电池正、负极的判定思路。
3.含盐桥原电池(双液电池)。
(1)特点。
两个烧杯中电解质溶液用盐桥连接,电极材料一般与相应容器中的电解质溶液的阳离子相同。
(2)盐桥的作用。
平衡电荷,构成闭合回路。
(3)优点。
与不含盐桥的原电池相比,双液电池效率高且电流平稳,放电时间长。
典型例题
【例1】 某原电池装置如图所示,盐桥中装有用饱和KCl溶液浸泡过的琼脂。下列叙述正确的是(　　)。
A.原电池工作一段时间后,FeCl2溶液中c(Cl-)增大
B.此电池工作原理与硅太阳能电池工作原理相同
C.Fe为正极,石墨上发生的反应为2H++2e-═H2↑
D.该装置中的盐桥完全可用金属导线代替
A
解析:Fe为负极,盐桥中阴离子Cl-向负极移动,则FeCl2溶液中c(Cl-)会增大,A项正确。原电池是化学能转化为电能的装置,太阳能电池是太阳能转化为电能的装置,B项错误。Fe为负极,石墨为正极,正极上电极反应为2H++2e-═H2↑,C项错误。若装置中的盐桥用金属丝(例如为铁丝)代替,则此装置原理发生变化,D项错误。
【例2】 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(　　)。
①在外电路中,电流由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag++e-═Ag　③实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作　④将铜片直接浸入AgNO3溶液中,发生的化学反应与该原电池反应相同
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
C
解析:铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池,Cu作负极,Ag作正极,电极反应为Cu-2e-═Cu2+(负极),2Ag++2e-═2Ag(正极),盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用,电子是由负极流向正极,电流的方向和电子的流向相反。因此①③错误,②④正确。
二、原电池原理的应用
问题探究
1.①②③④四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。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是怎样的
提示:①>③>④>②
2.下列装置中,哪些能构成原电池 其他不能构成原电池的原因是什么
提示:装置D能构成原电池;装置A不能构成原电池,原因是酒精不是电解质;装置B不能构成原电池,原因是没有形成闭合回路;装置C不能构成原电池,原因是两个电极的金属活泼性相同。
归纳总结
1.比较金属活动性的强弱。
该方法中,电解质溶液通常用稀硫酸或稀盐酸,不能使用浓硝酸或NaOH溶液等试剂,否则可能得出相反的结论。
2.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,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组成原电池,使产生氢气的速率增大。
3.设计原电池。
以Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag为依据,设计一个原电池。
(1)明确两极反应。
(2)选择电极材料。
(3)确定电解质。
(4)画装置图:注明电极材料和电解质溶液成分。
典型例题
【例3】 利用反应Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2设计一个原电池。在下图方框内画出实验装置图,并指出正极材料为　　 　　,电极反应式为　 　 　　　　;负极材料为　　　,电极反应式为　 。
答案:(实验装置图如下)　
Pt(或石墨)　
2Fe3++2e-===2Fe2+　
Zn
Zn-2e-===Zn2+
解析:将Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2拆分为Zn-2e-===Zn2+(氧化反应)和2Fe3++2e-===2Fe2+(还原反应);结合原电池的电极反应特点分析可知,该电池的负极应用锌,则正极所用材料活动性应比锌弱,为保证Fe3+在正极得电子,则电解质溶液为FeCl3溶液等易溶的铁盐溶液。
【拓展延伸】 利用反应Fe+2Fe3+===3Fe2+,设计原电池。
答案:
【例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
部分实
验现象 a极质量减小;b极质量增加 b极有气体产生;c极无变化
实验
装置
部分实
验现象 d极溶解,c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)。
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
C
解析:由第一个装置a极溶解,可知a极是负极,金属活动性为a>b;对于第二个装置,依据还原性规律知,金属活动性为b>c;第三个装置的金属活动性为d>c;由第四个装置电流从a→d,则电子从d→a,故金属活动性为d>a,故C项符合题意。
【例5】 a、b两个烧杯中均盛有100 mL等浓度的稀硫酸,将足量的两份锌粉分别加入两个烧杯中,同时向a中加入少量CuSO4溶液,下列产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系正确的是(　　)。
B
解析:H2SO4的物质的量相等、Zn粉过量,生成的H2的体积由H2SO4的物质的量决定。a中部分Zn与CuSO4发生反应置换出Cu并形成原电池,反应速率加快,但两种情况产生H2的体积相等。
成果验收站　
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电
极经导线流向Cu电极
D.相同条件下,图乙比图甲的能量利用效率高
B
解析:两个装置都为原电池装置,均发生化学能转化为电能的过程,A项正确。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,B项错误。锌作负极,电子从负极经外电路流向正极,C项正确。图乙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,D项正确。
2.在如图所示装置中,观察到电流计指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是(　　)。
选项 M N P
A 锌 铜 稀硫酸
B 铜 铁 稀盐酸
C 银 锌 AgNO3溶液
D 锌 铁 Fe(NO3)3溶液
C
解析:本题通过电极变化来确定原电池的正负电极,N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,排除A、D。由M棒变粗,可知B项错误。
3.锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是(　　)。
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c( )
减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总
质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C
4.如图所示,甲和乙均是双液原电池装置。下列说法不正确的是(　　)。
A.甲中电池总反应的离子方程式为Cd(s)+Co2+(aq) ===Co(s)+Cd2+(aq)
B.反应2Ag(s)+Cd2+(aq) ===Cd(s)+2Ag+(aq)能够发生
C.盐桥的作用是形成闭合回路,并使两边溶液保持电中性
D.乙电池中有1 mol电子通过外电路时,正极有108 g Ag析出
答案:B
解析:根据甲、乙装置分析可知A项正确,且可推知Cd的活动性强于Ag,故Ag不能置换出Cd,B项错误。
5.(1)利用反应Cu+2FeCl3═CuCl2+2FeCl2设计成如图所示的原电池,回答下列问题。
①写出电极反应式:
正极:　 ;
负极:　 。
2Fe3++2e-═2Fe2+
Cu-2e-═Cu2+　
②图中X是　　　　　　,Y是　　　　　　　　。
③原电池工作时,盐桥中的　　(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。
(2)利用反应2Cu+O2+2H2SO4═2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极反应式为
　。
FeCl3
CuCl2
阳
O2+4e-+4H+═2H2O
解析:(1)该原电池中Cu作负极,电极反应式为Cu-2e-═Cu2+。石墨作正极,电极反应式为2Fe3++2e-═2Fe2+。X溶液应为FeCl3溶液,Y溶液应为CuCl2溶液。原电池工作时,盐桥中的阳离子向正极移动。
(2)Cu作负极,O2在正极上得电子:O2+4e-+4H+═2H2O。

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