第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池課時(shí)1原電池的工作原理壹貳原電池的工作原理原電池原理的應(yīng)用知識(shí)導(dǎo)航本節(jié)重點(diǎn)本節(jié)難點(diǎn)課堂導(dǎo)入趣味電池探究課堂原電池的概念和構(gòu)成條件原電池的工作原理(1)概念：將__________轉(zhuǎn)化為_(kāi)____的裝置。(2)形成條件①能自發(fā)進(jìn)行的__________反應(yīng)；②兩個(gè)__________不同的能導(dǎo)電的電極；③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；④形成閉合回路?；瘜W(xué)能電能氧化還原活潑性（本質(zhì)）注意：原電池輸出電能的能力，取決于組成原電池的反應(yīng)物的__________________。(燃料電池的電極一般為惰性電極)兩電極直接接觸(靠在一起)或間接接觸(用導(dǎo)線相連)氧化還原能力

探究課堂【例】判斷下列哪些是原電池()ABCDEFGHABE探究課堂原電池工作原理現(xiàn)象鋅片逐漸溶解，銅片上有紅色物質(zhì)生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電極Zn電極Cu電極電極名稱負(fù)極正極得失電子失電子得電子電子流向流出流入反應(yīng)類型氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電極反應(yīng)式Zn－2e－==Zn2＋Cu2＋＋2e－==Cu總反應(yīng)式Zn＋Cu2＋==Zn2＋＋Cu(以鋅銅原電池為例)探究課堂原電池正、負(fù)極的判斷方法探究課堂如圖所示裝置就是一種原電池，俗稱單液電池。該裝置有何缺點(diǎn)?如何改進(jìn)?提示:還原性物質(zhì)Zn與氧化性物質(zhì)Cu2+直接接觸，化學(xué)能既轉(zhuǎn)化為電能，又轉(zhuǎn)化為熱能，造成能量損耗，電流衰減快?？筛臑閹}橋的雙液電池，如圖。探究課堂含鹽橋原電池的特點(diǎn)(1)特點(diǎn)兩個(gè)燒杯中的電解質(zhì)溶液靠鹽橋連接，一般電極材料與相應(yīng)容器中電解質(zhì)溶液的陽(yáng)離子相同。(2)鹽橋的成分裝有飽和的KCl、KNO3等溶液和瓊膠制成的膠凍。(3)鹽橋的作用①連接內(nèi)電路，構(gòu)成閉合回路。②避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，減少電流的衰減③平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。(4)優(yōu)點(diǎn)含鹽橋的原電池與不含鹽橋的原電池相比，效率高且電流平穩(wěn)，放電時(shí)間長(zhǎng)。探究課堂原電池的工作原理示意圖原電池中離子的移動(dòng)(1)若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽(yáng)離子移向正極區(qū)。(2)若有交換膜，離子可選擇性通過(guò)交換膜，如陽(yáng)離子交換膜，陽(yáng)離子可通過(guò)交換膜移向正極。探究課堂電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)(1)一般電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)方法①定電極，標(biāo)得失。按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，判斷出電極反應(yīng)產(chǎn)物，找出得失電子的數(shù)量。②看環(huán)境，配守恒。電極產(chǎn)物在電解質(zhì)溶液的環(huán)境中，應(yīng)能穩(wěn)定存在，如堿性介質(zhì)中生成的H＋應(yīng)讓其結(jié)合OH－生成水。電極反應(yīng)式要依據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和質(zhì)量守恒等加以配平。③兩式加，驗(yàn)總式。兩電極反應(yīng)式相加，與總反應(yīng)方程式對(duì)照驗(yàn)證。探究課堂(2)已知總反應(yīng)式，書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的方法①分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價(jià)變化，找出氧化劑及還原劑，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)為正極反應(yīng)；還原劑發(fā)生的反應(yīng)為負(fù)極反應(yīng)。②若有一電極反應(yīng)式較難書(shū)寫(xiě)，可先寫(xiě)較易寫(xiě)出的電極反應(yīng)式，然后利用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式即可得到另一電極反應(yīng)式。探究課堂(3)注意：①負(fù)極本身不一定都參加反應(yīng)，如燃料電池中，作為負(fù)極的材料本身并不參加反應(yīng)。②忽視電極材料與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)關(guān)系，容易誤寫(xiě)電極反應(yīng)式，如Al負(fù)極，在酸性溶液中生成Al3＋，在堿性溶液中生成[Al(OH)4]-。③電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，但電子不通過(guò)電解液，是通過(guò)陰陽(yáng)離子移動(dòng)形成閉合回路。④用總電池反應(yīng)式減去一極的電極反應(yīng)式時(shí)，須在兩式電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等的前提下進(jìn)行。探究課堂原電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)寫(xiě)出下列原電池裝置的電極反應(yīng)和總的離子反應(yīng)方程式：(1)Mg(A)－Al(B)－鹽酸(C)負(fù)極：__________________________；正極：__________________________；總反應(yīng)：__________________________。(2)Mg(A)－Al(B)－NaOH溶液(C)負(fù)極：_____________________________________________；正極：_____________________________________________；總反應(yīng)：___________________________________________。Mg－2e－==Mg2＋

2H＋＋2e－==H2↑Mg＋2H＋==Mg2＋＋H2↑2Al－6e－＋8OH－==2[Al(OH)4]－

6H2O＋6e－==3H2↑＋6OH－

2Al＋2OH－＋6H2O==2[Al(OH)4]－＋3H2↑探究課堂(3)某興趣小組為了提高電池的效率設(shè)計(jì)了如圖所示的原電池。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。①若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，寫(xiě)出電極名稱及對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式：Al片(負(fù)極)_________________________，Cu片(正極)_________________________。②若X是濃硝酸，Y是NaCl溶液，寫(xiě)出電極名稱及對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)式：Al片(正極)__________________________________________________，Cu片(負(fù)極)_________________________。2Al－6e－==2Al3＋

6H＋＋6e－==3H2↑2NO3－＋2e－＋4H＋==2NO2↑＋2H2OCu－2e－==Cu2＋

探究課堂(4)控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－

?2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：①反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生_______(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為_(kāi)________________。甲中石墨電極上發(fā)生_______(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)，電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________________。②電流表讀數(shù)為0時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)在甲中加入FeCl2固體，則乙中的石墨作_______(填“正”或“負(fù)”)極，該電極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________________。氧化2I－－2e－==I2

還原2Fe3＋＋2e－==2Fe2＋

正I2＋2e－==2I－

探究課堂原電池原理的應(yīng)用原電池原理的應(yīng)用1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱方法是:將金屬a和b用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中,觀察到a溶解,b上有氣泡產(chǎn)生。據(jù)此推斷a是負(fù)極,b是正極,金屬活動(dòng)性a>b。該法中,電解質(zhì)溶液通常用稀硫酸或稀鹽酸,不能使用濃硝酸或NaOH溶液等試劑,否則可能得出相反的結(jié)論。2.增大化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)室利用鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時(shí),通常向稀硫酸中滴入幾滴硫酸銅溶液。原理是:鋅與置換出的銅及稀硫酸組成原電池,使產(chǎn)生氫氣的速率增大。3.用于金屬的防護(hù)(將在第三節(jié)中學(xué)到)使被保護(hù)的金屬作為原電池的正極而得到保護(hù)。例如，要保護(hù)一個(gè)鐵閘，可用導(dǎo)線將其與一鋅塊相連，使鋅塊作為原電池的負(fù)極，鐵閘作為正極。探究課堂4.設(shè)計(jì)原電池例如,以2FeCl3+Fe══3FeCl2為依據(jù),設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。(1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng),分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。負(fù)極:Fe-2e-══Fe2+,正極:2Fe3++2e-══2Fe2+。(2)確定電極材料。若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì),可用該金屬直接作負(fù)極;若發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子,可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑,也可選用石墨棒。本例中可用鐵棒作負(fù)極,用石墨棒作正極。探究課堂(3)確定電解質(zhì)溶液。電解質(zhì)是使負(fù)極放電的物質(zhì),因此電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)?；蛘唠娊赓|(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中的氧氣)。本例中應(yīng)選擇FeCl3溶液作電解質(zhì)溶液。如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋),則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液一般選擇含有與電極材料相同的陽(yáng)離子的鹽溶液。本例中與鐵電極組成半電池的電解質(zhì)溶液可選擇FeCl2溶液,與石墨棒組成半電池的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇FeCl3溶液。探究課堂(4)構(gòu)成閉合回路:將電極用導(dǎo)線連接,并插入電解質(zhì)溶液中,使之構(gòu)成閉合回路。如下圖。設(shè)計(jì)原電池時(shí),若氧化還原反應(yīng)方程式中無(wú)明確的電解質(zhì)溶液,可用水作電解質(zhì)。為了增強(qiáng)水的導(dǎo)電性,通常加入強(qiáng)堿或強(qiáng)酸。如燃料電池,水中一般要加入KOH或H2SO4。探究課堂畫(huà)原電池裝置圖時(shí)的常見(jiàn)失分點(diǎn)(1)不注明電極材料名稱或元素符號(hào)。(2)不畫(huà)出電解質(zhì)溶液(或畫(huà)出但不標(biāo)注)。(3)誤把鹽橋畫(huà)成導(dǎo)線。(4)不能連成閉合回路。探究課堂【例】在Cu-Zn原電池中，200mLH2SO4溶液的濃度為0.125mol/L,若工作一段時(shí)間后，從裝置中共收集到0.168L升氣體，則流過(guò)導(dǎo)線的電子為

mol,溶液的pH值變_________？（溶液體積變化忽略不計(jì)）0.2解得：y

＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75答：……－0.015根據(jù)電極反應(yīng)：正極：負(fù)極：Zn－2e-==Zn2+2H++2e-==H2↑得：2222.4x

y0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——

2e——H2↑大0.015課堂小結(jié)探究課堂【例】在如圖所示的水果電池中，外電路上的電流從X電極流向Y電極。若X為鐵，則Y可能是()A．鋅 B．石墨C．銀 D．銅A探究課堂【例】下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是BA.均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過(guò)程中，電子均由Zn電極經(jīng)導(dǎo)線流向Cu電極D.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高探究課堂【例】鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是()A．Zn作為原電池的負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)B．電子從鋅片經(jīng)電解質(zhì)溶液流向銅片C．電池工作一段時(shí)間后，乙池的溶液質(zhì)量增大D．電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(Zn2＋)增大C探究課堂【例】控制合適的條件,將反應(yīng)2Fe3++2I-?

2Fe2++I2設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。下列判斷不正確的是()。A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí),乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí),甲中石墨電極上Fe3+被還原C.靈敏電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí),反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D.靈敏電流計(jì)讀數(shù)為零后,在甲中溶入FeCl2固體,乙中石墨電極為負(fù)極D探究課堂【例】下列說(shuō)法正確的是()A．鋅銅原電池中電子由鋅電極經(jīng)過(guò)電解質(zhì)溶液流向銅電極B．將Mg和Al用導(dǎo)線連接放入NaOH溶液，Al不斷溶解，說(shuō)明活潑性Mg<AlC．足量的Zn與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)，滴入CuSO4溶液可以加快反應(yīng)速率，因?yàn)閏(SO42－)增大D．利用如圖裝置，可以比較Zn與Cu的金