1、,原電池的工作原理,第1課時(shí),第1章 第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池,核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo) HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO,1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：以銅鋅原電池為例，從宏觀和微觀的角度，分析理解原電池的工作原理，能正確判斷原電池的正極和負(fù)極，會(huì)書寫其電極反應(yīng)式。 2.變化觀念與平衡思想：進(jìn)一步理解化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)從簡(jiǎn)單原電池發(fā)展到帶有鹽橋原電池的過(guò)程變化，并能理解帶有鹽橋原電池的實(shí)用性。,新知導(dǎo)學(xué) 啟迪思維 探究規(guī)律,達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過(guò)關(guān),內(nèi)容索引 NEIRONGSUOYIN,01,新知導(dǎo)學(xué),1.原電池的構(gòu)成與工作原理 銅鋅原電池如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)

2、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 鋅片 ，銅片 ，CuSO4溶液的顏色 。 檢流計(jì)的指針 ，該裝置中的能量變化是 能轉(zhuǎn)化為 能。,溶解,加厚變亮,變淺,發(fā)生偏轉(zhuǎn),一、原電池的工作原理,化學(xué),電,(2)電極名稱和電極反應(yīng)： 鋅電極為 極，發(fā)生 反應(yīng)，電極反應(yīng)式是 ； 銅電極為 極，發(fā)生 反應(yīng)，電極反應(yīng)式是 ； 電池總反應(yīng)的離子方程式是 。,Zn2e=Zn2,負(fù),氧化,正,還原,Cu22e=Cu,ZnCu2=CuZn2,(3)電子流動(dòng)方向和電流方向 外電路：電子由 電極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向 電極，電流由 電極流向 電極； 內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向 ，陰離子移向 。 (4)原電池構(gòu)成的條件： 不同的兩個(gè)電極，二者直接或間接地連在

3、一起，插入 或熔融電解質(zhì)中，且能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。下列圖示裝置能形成原電池的是 。,AD,活潑性,電解質(zhì)溶液,鋅,銅,銅,鋅,正極,負(fù)極,原電池原理示意圖,歸納總結(jié),例1由原電池相關(guān)知識(shí)判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”) (1)原電池中電子流出的一極是正極，發(fā)生氧化反應(yīng)( ) (2)原電池中電流的方向是負(fù)極導(dǎo)線正極( ) (3)原電池中負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是還原反應(yīng)( ) (4)銅鋅原電池中電子由鋅電極經(jīng)過(guò)溶液流向銅電極( ) (5)在原電池中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極( ) (6)銅、鋅與硫酸組成的原電池中，鋅為負(fù)極，質(zhì)量減少，銅為正極，質(zhì)量不變( ),2.鹽橋原電池(或雙液原電池)

4、 按右圖所示裝置完成實(shí)驗(yàn)，并回答下列問(wèn)題： (1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 鋅片 ，銅片 ； 檢流計(jì)指針 ； 硫酸銅溶液的顏色 。 (2)離子移動(dòng)方向 硫酸鋅溶液中： 向鹽橋移動(dòng)； 硫酸銅溶液中： 向銅極移動(dòng)； 鹽橋中：K移向 區(qū)(CuSO4溶液)，Cl移向 區(qū)(ZnSO4溶液)。 (3)若取出裝置中的鹽橋，檢流計(jì)的指針是否還會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ ，原因是 。,發(fā)生偏轉(zhuǎn),溶解,加厚變亮,變淺,Zn2,Cu2,正極,負(fù)極,不偏轉(zhuǎn),取出鹽橋，該裝置不能構(gòu)成閉合回路，不能形成原電池,原電池中鹽橋的作用 (1)構(gòu)成閉合回路，形成原電池。 (2)避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化

5、為電能。 (3)鹽橋中的陰、陽(yáng)離子定向遷移，使溶液保持電中性，反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定放電。,歸納總結(jié),(1)簡(jiǎn)單銅鋅原電池與鹽橋原電池的比較,(2)原電池原理中的注意事項(xiàng) 只有放熱的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 電解質(zhì)溶液中陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。 原電池中電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液，溶液中的離子不能通過(guò)鹽橋。 原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)。,例2關(guān)于下圖所示的原電池，下列說(shuō)法正確的是 A.電子從鋅電極通過(guò)檢流計(jì)流向銅電極 B.鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移 C.銅電極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)是2H2e

6、=H2 D.取出鹽橋后，檢流計(jì)指針仍會(huì)偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應(yīng)前后質(zhì)量不變,解析鋅片做負(fù)極，銅片做正極，電子從負(fù)極流向正極，A選項(xiàng)正確； 鹽橋中的陰離子向負(fù)極移動(dòng)，B選項(xiàng)錯(cuò)誤； 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，銅電極發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=Cu，C選項(xiàng)錯(cuò)誤； 取出鹽橋后不能形成原電池，檢流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，銅電極在反應(yīng)后質(zhì)量增加，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,解析甲池中電池總反應(yīng)方程式為MgH2SO4=MgSO4H2，Mg為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Mg2e=Mg2；Al為正極，電極反應(yīng)式為2H2e=H2。,例3某探究活動(dòng)小組想利用原電池反應(yīng)檢測(cè)金屬的活動(dòng)性順序，有甲、乙兩位同學(xué)均使用鎂片與鋁片作為電極，但甲同學(xué)將電極放入

7、6 molL1的稀H2SO4中，乙同學(xué)將電極放入6 molL1的NaOH溶液中，如圖所示。 (1)寫出甲池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的方程式： 負(fù)極：_，正極：_。,Mg2e=Mg2,2H2e=H2,(2)寫出乙池中發(fā)生的有關(guān)電極反應(yīng)的方程式： 負(fù)極：_，正極：_。 總反應(yīng)離子方程式為_。,解析乙池中電池總反應(yīng)方程式為2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，負(fù)極上為Al被氧化生成Al3后與OH反應(yīng)生成Al(OH)4，電極反應(yīng)式為2Al8OH6e= 2Al(OH)4；正極產(chǎn)物為H2，電極反應(yīng)式為6H2O6e=6OH3H2。,2Al8OH6e=2Al(OH)4,6H2O6e=6OH3H2,

8、2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2,思維啟迪一般電極反應(yīng)式的書寫方法 (1)判斷原電池的正、負(fù)極，即找出氧化劑和還原劑。 (2)結(jié)合介質(zhì)的酸堿性確定還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。 (3)寫出電極反應(yīng)式，將兩式相加得總反應(yīng)式。,原電池正負(fù)極判斷方法及注意的問(wèn)題 (1)在原電池中，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。如果給出電池總反應(yīng)，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來(lái)判斷。 (2)在判斷原電池正、負(fù)極時(shí)，不要只考慮金屬活潑性的相對(duì)強(qiáng)弱，還要考慮其能否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。 鎂、鋁和稀鹽酸構(gòu)成的原電池中，鎂做負(fù)極，鋁做正極；若把稀鹽酸換為氫氧化鈉溶液，則鋁做負(fù)極，鎂做正極。 鋁、銅和氫氧化

9、鈉溶液構(gòu)成的原電池中，鋁做負(fù)極；若把氫氧化鈉溶液換為濃硝酸，則銅做負(fù)極。,解析將總方程式拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)：2Cu4e=2Cu2；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：O24e4H=2H2O。,例4根據(jù)下列原電池的總反應(yīng)式，寫出其電極反應(yīng)式。 (1)利用反應(yīng)2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制備硫酸銅，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，其負(fù)極反應(yīng)式是_，正極反應(yīng)式是_。,2Cu4e=2Cu2,O24e4H=2H2O,(2)某原電池總反應(yīng)為2FeO 3H2=Fe2O34OHH2O，在該原電池中： 負(fù)極反應(yīng)式是_；正極反應(yīng)式是_ _。,解析將總方程式拆成氧化反應(yīng)和

10、還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，還原劑在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)：3H26e6OH=6H2O；氧化劑在正極上發(fā)生還原反應(yīng)：2FeO 5H2O6e=Fe2O310OH。,3H26e6OH=6H2O,6e=Fe2O310OH,思維啟迪已知總反應(yīng)式，書寫電極反應(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)變化情況，找出氧化劑及其對(duì)應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對(duì)應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負(fù)極反應(yīng)。 (2)當(dāng)氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時(shí)，還應(yīng)注意電解質(zhì)參與的反應(yīng)。 (3)若有一電極反應(yīng)式較難書寫，可先寫較易寫出的電極反應(yīng)式，然后利用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式

11、即可得到另一電極反應(yīng)式。,1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 對(duì)于酸性電解質(zhì)，一般是負(fù)極金屬的活動(dòng)性 ，正極金屬的活動(dòng)性 。 例如：a和b兩種金屬，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生，則a極為 極，b極為 極，金屬活動(dòng)性：a b。 2.加快氧化還原反應(yīng)的速率 構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率 。 例如：實(shí)驗(yàn)室制取氫氣時(shí)，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)速率 ；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率 。,二、原電池原理的應(yīng)用,較強(qiáng),較弱,負(fù),正,快,快,加快,3.設(shè)計(jì)化學(xué)電池 (1)理論上，任何自發(fā)的 反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。 (2)外電路： 性較強(qiáng)的物質(zhì)在負(fù)極上失去電子， 性較

12、強(qiáng)的物質(zhì)在正極上得到電子。 (3)內(nèi)電路：將兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，陰、陽(yáng)離子做 移動(dòng)。,氧化還原,還原,定向,氧化,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。電極反應(yīng)式如下，負(fù)極：Cu2e=Cu2，正極：2Ag2e=2Ag，電子由負(fù)極(Cu)流出，經(jīng)外電路流向正極(Ag)。,例5依據(jù)氧化還原反應(yīng)：Cu2Ag=Cu22Ag設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)電極X的材料是_，電解質(zhì)溶液Y是_。,銅,硝酸銀溶液,(2)銀電極的電極反應(yīng)式

13、是_；X電極的電極反應(yīng)式是_。 (3)外電路中的電子是從_極流向_極。 (4)該原電池的正極是_，還可以選用_等材料。 (5)如果將裝置圖中的兩個(gè)燒杯換成一個(gè)燒杯，是否還需要硫酸銅溶液？_。,2Ag2e=2Ag,Cu2e=Cu2,負(fù)(或銅),正(或銀),銀,鉑、石墨,不需要,設(shè)計(jì)原電池的方法思路 (1)根據(jù)原電池總反應(yīng)式確定正、負(fù)極反應(yīng)式。 (2)根據(jù)正、負(fù)極反應(yīng)式選擇電極材料和電解質(zhì)溶液。 (3)要形成閉合回路(可畫出裝置圖)。,思維啟迪,例6(2018銅仁一中期中)把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c

14、相連時(shí)c極上產(chǎn)生大量氣泡。b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?A.abcd B.acdb C.cabd D.bdca,解析原電池中，活潑金屬做負(fù)極，失去電子。a、b相連時(shí)a為負(fù)極，ab；c、d相連時(shí)c為負(fù)極，cd；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，c為正極，ac；b、d相連時(shí)，b為正極，db。由此可得金屬活動(dòng)性：acdb。,根據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)原電池 (1)原電池的設(shè)計(jì)原理 用還原性較強(qiáng)的物質(zhì)做負(fù)極，向外電路提供電子。 用氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)做正極，從外電路中得到電子。 原電池內(nèi)部，兩極浸在電解質(zhì)溶液中，通過(guò)陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)形成內(nèi)電路。 (2)原電池的設(shè)計(jì)思路

15、以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)原電池，把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)；其次，以兩電極反應(yīng)原理為依據(jù)，確定電極材料和電解質(zhì)溶液；最后，用導(dǎo)線連接構(gòu)成閉合回路。,(3)確定電極材料 如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接做負(fù)極。 兩電極材料的選擇包括以下幾種情況： 活動(dòng)性不同的兩種金屬。如鋅銅原電池中，鋅做負(fù)極，銅做正極。 金屬和非金屬。如鋅錳干電池中，鋅做負(fù)極，石墨做正極。 金屬和化合物。如鉛蓄電池中，鉛板做負(fù)極，二氧化鉛做正極。 均為惰性電極。如氫氧燃料電池中，正負(fù)極均為Pt電極。 注意兩個(gè)電極必須均能導(dǎo)電。,(4)確定電解質(zhì)溶液 一般來(lái)說(shuō)，電解

16、質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子要在正極發(fā)生還原反應(yīng)，而電解質(zhì)溶液中的陰離子一般不參與反應(yīng)，可根據(jù)實(shí)際情況確定電解質(zhì)溶液。若設(shè)計(jì)的原電池中含有鹽橋，需保證每個(gè)半電池中電極與電解質(zhì)溶液均不能發(fā)生反應(yīng)。 說(shuō)明設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原反應(yīng)中無(wú)明顯的電解質(zhì)溶液，可用水做電解質(zhì)溶液，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電能力，往往向其中加入少量強(qiáng)堿或強(qiáng)酸。,學(xué)習(xí)小結(jié),XUEXIXIAOJIE,02,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是 A.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經(jīng)導(dǎo)線流向Cu D.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高,1,2,3,4,解析甲、乙均為原電

17、池，A項(xiàng)正確； Zn為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2，Cu為正極，電極反應(yīng)式為Cu22e=Cu，B項(xiàng)錯(cuò)誤； 電子均由Zn經(jīng)導(dǎo)線流向Cu，C項(xiàng)正確； 圖乙Zn沒(méi)有直接與CuSO4溶液接觸，能最大限度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，D項(xiàng)正確。,1,2,3,4,2. 某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是 A.電池工作中，鹽橋中的Cl向負(fù)極移動(dòng) B.負(fù)極反應(yīng)式：2H2e=H2 C.工作一段時(shí)間后，兩燒杯中溶液pH均不變 D.Fe做正極，發(fā)生氧化反應(yīng),1,2,3,4,解析根據(jù)原電池工作原理，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，鹽橋的作用是構(gòu)成閉合回路和平衡兩燒杯中的電荷，所以Cl向負(fù)極移動(dòng)，故A正確；

18、 鐵做負(fù)極，電極反應(yīng)式：Fe2e=Fe2，正極反應(yīng)式為2H2e=H2，故B錯(cuò)誤； 左燒杯中pH基本不變，右燒杯中消耗H，c(H)減小，pH增大，故C錯(cuò)誤； 總電極反應(yīng)式為Fe2H=Fe2H2，鐵做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。,1,2,3,4,3.如圖所示的裝置中有電流產(chǎn)生，以下說(shuō)法不正確的是 A.Fe是負(fù)極，C是正極 B.負(fù)極反應(yīng)式為Fe3e=Fe3 C.內(nèi)電路中陰離子移向FeCl2溶液 D.電流由石墨電極流向Fe電極,解析圖示裝置為原電池，負(fù)極(Fe)：Fe2e=Fe2，正極(C)：2Fe32e=2Fe2，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)不正確； 內(nèi)電路中，F(xiàn)e電極失電子，生成Fe2，吸引陰離子，C項(xiàng)正確； 外電路中，電流由正