《原電池的工作原理》素養(yǎng)目標(biāo)1．認(rèn)識(shí)雙液原電池相比普通原電池的優(yōu)點(diǎn)，特別是鹽橋的作用，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想等學(xué)科核心素養(yǎng)2．依據(jù)帶鹽橋的鋅銅原電池裝置，學(xué)會(huì)分析電子、陰陽離子的移動(dòng)方向，并以電極反應(yīng)式的形式表達(dá)出來，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知、變化觀念與平衡思想等學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)法指導(dǎo)1．復(fù)習(xí)必修第二冊(cè)中的銅鋅原電池裝置，鞏固原電池裝置的構(gòu)造及形成條件2．比較單液原電池與雙液原電池的區(qū)別，認(rèn)識(shí)鹽橋的作用3．依據(jù)原電池工作原理，回顧氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的表示方法中的“雙線橋法”等知識(shí)，熟練掌握原電池電極反應(yīng)式的書寫方法知識(shí)導(dǎo)圖課前·

新知導(dǎo)學(xué)1．構(gòu)成條件(1)具有兩個(gè)__________不同的電極。

(2)合適的__________溶液。

(3)形成________回路(兩電極用導(dǎo)線相連或互相接觸并插入電解質(zhì)溶液中)。

(4)能自發(fā)地發(fā)生________________反應(yīng)?；顫娦?/p>

原電池的工作原理電解質(zhì)

閉合

氧化還原

2．裝置圖(以Zn－Cu原電池為例)注：這種用鹽橋連接的原電池也叫雙液原電池。電極Zn電極Cu電極電極名稱________________得失電子失電子得電子電子流向________________反應(yīng)類型________反應(yīng)________反應(yīng)電極反應(yīng)式_______________________________________總反應(yīng)式____________________________________

3．工作原理(以上述原電池為例)負(fù)極

正極

流出

流入

氧化

還原

Zn－2e－═══Zn2＋

Cu2＋＋2e－═══Cu

Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu

(1)鹽橋在原電池裝置中的作用是什么？(2)原電池工作時(shí)，陰、陽離子在電解質(zhì)溶液中的運(yùn)動(dòng)方向是怎樣的？微思考【答案】(1)①連接兩個(gè)“半電池”，形成閉合回路；②鹽橋中的陽離子移向正極區(qū)電解質(zhì)溶液中，陰離子移向負(fù)極區(qū)電解質(zhì)溶液中，使氧化還原反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，不斷產(chǎn)生電流。(2)原電池的電解質(zhì)溶液中，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)。

正誤判斷。(對(duì)的打“√”，錯(cuò)的打“×”)(1)原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。 (

)(2)原電池正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)。 (

)(3)不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過原電池裝置可以實(shí)現(xiàn)。 (

)(4)碳棒不能用來作原電池的電極。 (

)(5)反應(yīng)Cu＋2Ag＋═══2Ag＋Cu2＋能以原電池的形式來實(shí)現(xiàn)。

(

)【答案】(1)√

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√2．內(nèi)電路將兩電極浸入__________________中，陰、陽離子作__________________。還原性

原電池的設(shè)計(jì)氧化性

電解質(zhì)溶液

定向運(yùn)動(dòng)

3．閉合回路【答案】負(fù)正(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O可自發(fā)進(jìn)行，能否設(shè)計(jì)成原電池？(2)Zn－Cu－稀硫酸原電池中，正極“半電池”可設(shè)計(jì)為Cu－稀硫酸，負(fù)極“半電池”可設(shè)計(jì)為Zn－ZnSO4溶液，這一說法是否正確？微思考【答案】(1)NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O不能設(shè)計(jì)成原電池，因該反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)。(2)正確。 (2020·山東臨沂高二檢測)某原電池的離子方程式是Zn＋Cu2＋═══Zn2＋＋Cu，該原電池正確的組成是 (

)【答案】A選項(xiàng)正極負(fù)極電解質(zhì)溶液ACZnCuCl2BZnCuCuSO4CZnMgCuSO4DCuZnZnCl2課堂·

素養(yǎng)初培任務(wù)一原電池工作原理素養(yǎng)探源核心素養(yǎng)考查途徑宏觀辨識(shí)與微觀探析變化觀念與平衡思想在新型化學(xué)電源中考查電極名稱、電極反應(yīng)式的書寫或正誤判斷、電子或離子移動(dòng)方向、電解質(zhì)溶液酸堿性的變化情況等，常以選擇題形式考查，也會(huì)在大題中與其他化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)一起考查[情境導(dǎo)入](1)Cu、Ag與稀硫酸能否設(shè)計(jì)成原電池？【答案】不能。Cu、Ag與稀硫酸都不能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(2)外電路中電流方向與電子的流動(dòng)方向有何關(guān)系？【答案】電流方向與電子的流動(dòng)方向相反。(3)試分析用鎂、鋁作電極，氫氧化鈉溶液作電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池時(shí)的正、負(fù)極及電子得失情況?！敬鸢浮挎V、鋁、氫氧化鈉溶液構(gòu)成的原電池中，發(fā)生反應(yīng)：2Al＋2NaOH＋2H2O═══2NaAlO2＋3H2↑，鋁失去電子，作負(fù)極，H2O得到電子，鎂作正極。[深化理解]1．兩種原電池的比較甲裝置所示原電池俗稱單液原電池，鋅片、銅片用導(dǎo)線相連后，都插入稀硫酸中，所以，鋅片上失去的電子一部分通過導(dǎo)線流向銅片，形成電流，還有一部分直接傳遞給溶液中碰撞到鋅片上的氫離子，這一部分電子不形成電流，這種原電池供電效率不高，且電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減。乙裝置所示原電池俗稱雙液原電池，鋅片、銅片用導(dǎo)線相連后，鋅片插入ZnSO4溶液中，銅片插入稀硫酸中，這樣就避免了鋅片與稀硫酸直接接觸發(fā)生反應(yīng)而造成的電能損失，鋅失去的電子全部通過導(dǎo)線流向銅片，這種原電池供電效率高，且能提供較穩(wěn)定的電流。2．判斷原電池正、負(fù)極的方法判斷依據(jù)負(fù)極正極電極材料活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬電子流動(dòng)方向電子流出極電子流入極電極上發(fā)生的反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向陰離子移向的極陽離子移向的極3.鹽橋的作用鹽橋中通常裝有含KCl飽和溶液的瓊膠。當(dāng)鹽橋存在時(shí)，使兩個(gè)半電池中的溶液連成一個(gè)通路。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鹽橋中的Cl－向硫酸鋅溶液方向移動(dòng)，K＋向稀硫酸方向移動(dòng)，使硫酸鋅溶液和稀硫酸一直保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，從而使電子不斷從鋅極流向銅極，能持續(xù)、穩(wěn)定地產(chǎn)生電流。

依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)═══Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問題：[典例精練](1)電極X的材料是__________；電解質(zhì)溶液Y是__________________。(2)銀電極為電池的________極，發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________________________。(3)外電路中的電子是從________極流向______極。【答案】(1)Cu

AgNO3溶液(2)正2Ag＋＋2e－═══2Ag

Cu－2e－═══Cu2＋(3)負(fù)(Cu)正(Ag)【解析】原電池中負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)，鹽橋起到形成閉合回路、平衡電荷的作用。由總反應(yīng)方程式可知，電極X的材料是Cu，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液Y是可溶性銀鹽溶液，常用AgNO3溶液。【答案】C任務(wù)二原電池原理的應(yīng)用素養(yǎng)探源核心素養(yǎng)考查途徑科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)變化觀念與平衡思想?？疾樾纬稍姵貙?duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，原電池結(jié)構(gòu)的判斷——給出反應(yīng)原理，能發(fā)生該反應(yīng)的原電池裝置等[情境導(dǎo)入]鋅是一種藍(lán)白色金屬，熔點(diǎn)為419.5℃。在室溫下，性較脆；100～150℃時(shí)，變軟；超過200℃后，又變脆。鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑，在常溫下的空氣中，表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜，可阻止鋅進(jìn)一步被氧化。鋅與稀硫酸反應(yīng)所用原電池裝置如下圖所示：(1)若純鋅與粗鋅(含F(xiàn)e、C等)分別與同濃度的稀硫酸反應(yīng)制取H2，哪種方法產(chǎn)生H2的速率大？【答案】粗鋅。粗鋅中的鐵、碳可以與鋅構(gòu)成原電池，從而增大反應(yīng)速率。(2)根據(jù)反應(yīng)Na2CO3＋2HCl═══2NaCl＋H2O＋CO2↑能設(shè)計(jì)出原電池嗎？【答案】不能；因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中沒有電子的轉(zhuǎn)移，不符合原電池的構(gòu)成條件。(3)X、Y、Z、W四塊金屬板分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中構(gòu)成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是W→Z；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。根據(jù)所學(xué)內(nèi)容判斷四種金屬的活動(dòng)性順序?！敬鸢浮克姆N金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱是X>Z>W>Y。[深化理解]原電池原理的應(yīng)用(1)增大氧化還原反應(yīng)速率。如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制H2，常用粗鋅，它產(chǎn)生H2的速率大。原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸形成原電池，增大了鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率，使產(chǎn)生H2的速率增大。(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。原電池中，負(fù)極一般為活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般為活動(dòng)性較弱的金屬。(3)設(shè)計(jì)原電池。原電池的設(shè)計(jì)一定要滿足構(gòu)成原電池的幾個(gè)條件。原電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，因此只有放熱的氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計(jì)成原電池。在電池中，通過電極和導(dǎo)線將電子轉(zhuǎn)移變成了電子的定向移動(dòng)，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分到兩個(gè)電極上進(jìn)行，使其成為兩個(gè)“半反應(yīng)”。設(shè)計(jì)原電池思路：①電極材料的選擇。負(fù)極一般選用活動(dòng)性強(qiáng)的金屬材料，正極一般選用活動(dòng)性比負(fù)極弱的金屬材料或石墨等惰性電極。②電解質(zhì)溶液的選擇。電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。③保證設(shè)計(jì)出的原電池裝置中，還原劑在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)，氧化劑在正極上發(fā)生反應(yīng)。(4)尋求和制造干電池和蓄電池等化學(xué)能源。

某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3＋＋Fe═══3Fe2＋，能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是 (

)A．正極為Cu，負(fù)極為C，電解質(zhì)為FeCl3溶液B．正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為FeCl3溶液C．正極為Fe，負(fù)極為Zn，電解質(zhì)為Fe2(SO4)3溶液D．正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)為CuSO4溶液【答案】B[典例精練]【解析】將總反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，即為負(fù)極Fe－2e－═══Fe2＋，正極2Fe3＋＋2e－═══2Fe2＋，然后根據(jù)原電池的構(gòu)成條件確定正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。因此，本題負(fù)極必是Fe，正極可為比Fe活動(dòng)性弱的金屬或非金屬導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液為含F(xiàn)e3＋的鹽溶液，所以B正確。

利用反應(yīng)Zn＋2FeCl3═══ZnCl2＋2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)雙液原電池。在下圖方格內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并注明電極材料。

(1)正極材料為__________，電極反應(yīng)式為___________________________________。(2)負(fù)極材料為__________，電極