高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能电池第1课时原电池的工作原理课件鲁科版选修4

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必备知识
正误判断
简单的锌铜原电池装置:
1.原电池装置中有 电流 产生,在两个电极上分别发生_氧__化__ 反应和 还原 反应。
2.电子不能通过电解质溶液,溶液中依靠 离子的移动 来导电。
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正误判断
一、铜锌原电池 1.装置
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2.实验现象及分析
Zn 极
① 检流计指针 发生偏转 实验现象 ② 锌片质量 减小
探究一
探究二
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探究一
探究二
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1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有 KNO3-琼脂的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将铜片浸
反应
电极 闭合 回路
能 自发进行 的氧化还原反应(一般是活泼性强的 金属与电解质溶液反应) 一般是 活泼性 不同的两个电极(金属或石墨) ①电解质溶液 ②两电极直接或间接 接触 ③两电极插入电解质溶液中
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正误判断
3.原电池的工作原理 (1)电极。 ①负极: 失去 电子,发生 氧化 反应; ②正极: 得到 电子,发生 还原 反应。 (2)电子定向移动方向和电流方向。 ①电子从 负极 流出经外电路流入正极 ; ②电流从 正极 流出经外电路流入 负极 ;故电子定向移动 方向与电流方向正好相反。
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原电池原理的应用
问题探究
1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2, 哪种方法产生H2的速率快?
提示:粗锌。 2.将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中,发现金属b上产生气泡, 则金属a与金属b相比较,谁更活泼? 提示:金属a。
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(1)理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。
(√ )
(2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。( √ ) (3)用Mg、Al分别作为电极,用NaOH溶液作为电解液构成的原电
池,Mg为正极。( √ )
(4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子
向正极移动。( × )
(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效
用,电子的流向是由负极经导线流向正极,电流的方向与电子的流
向相反,因此C正确。
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2.下列关于原电池的叙述正确的是( ) A.构成原电池的两极必须是两种不同金属 B.原电池是将化学能转化为电能的装置 C.原电池工作时总是负极溶解,正极上有物质析出 D.原电池的正极是还原剂,总是溶液中的阳离子在此被还原
M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,C项正确;阳离子交换 膜允许阳离子通过,电解过程中Zn2+通过阳离子交换膜移向正极保 持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过阳离子交换膜的,D项错误。
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4.利用反应Cu+2FeCl3 === CuCl2+2FeCl2设计一个原电池,正极
提示:葡萄发电类似意大利科学家伏特发明的伏特电池,能产生 电流让闹钟正常工作。生活中的苹果、西红柿等都可以设计原电 池。
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深化拓展 1.原电池正、负极的判断
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【微点拨1】原电池的正极和负极既与电极材料的性质有关,又 与电解质溶液有关,不要认为活泼性强的金属一定是作为负极。
探究一
探究一
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答案:B 解析:②中Mg不与NaOH溶液反应,而Al能和NaOH溶液反应失去 电子,故Al是负极;③中Fe在浓硝酸中钝化,Cu和浓硝酸反应失去电
子,因此Cu是负极,A、C错误;②中正极反应为6H2O+6e- === 6OH+3H2↑,B正确;④中Cu是正极,电极反应为O2+2H2O+4e- === 4OH-,D
深化拓展
1.加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应,形成原电池时会使反应速率加快。 例如,在Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液,Zn可置换出Cu,Cu 能与Zn形成原电池使产生H2的反应速率加快。 2.比较金属活动性强弱 如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入到稀硫酸中,一 段时间后,若观察到A溶解,而B上有气体放出,则说明A是负极,B是 正极,即可以断定金属活动性:A>B。
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3.设计化学电源
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实例:根据反应Cu+2Ag+ === Cu2++2Ag设计电池:
探究一
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素能应用
典例2根据反应2FeCl3+Fe === 3FeCl2设计一个原电池。
要求:(1)画出此原电池的装置图,装置采用烧杯和盐桥。 (2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。
入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同
A.①②
B.②③
C.②④
D.③④
答案:C
解析:铜片、银片、Cu(ห้องสมุดไป่ตู้O3)2溶液、AgNO3溶液及盐桥构成一个原
电池,Cu是负极,Ag是正极,其电极反应分别为负极:Cu-2e- === Cu2+,
正极:2Ag++2e- === 2Ag,盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作
(2)硅 氧化 Si+6OH--4e- SiO32-+3H2O (3)Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑
解析:由于硅能与强碱在溶液中反应,因此硅作为负极发生氧化
反应,电极反应为 Si+6OH--4e- SiO32-+3H2O,铁作为正极发生还 原反应,电极反应为 4H2O+4e- 4OH-+2H2↑。正极和负极的反应 相加可得电池总反应为 Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑。
为
,电极反应为
;负极
为
,电极反应为
;电解
质溶液是
。
答案:Pt(或C) 2Fe3++2e- === 2Fe2+ Cu Cu-2e- === Cu2+ FeCl3
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素能应用
典例1分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是( )
A.①②中Mg是负极,③④中Fe是负极
B.②中Mg是正极,电极反应为6H2O+6e- === 6OH-+3H2↑ C.③中Fe是负极,电极反应为Fe-2e- === Fe2+ D.④中Cu是正极,电极反应为2H++2e- === H2↑
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变式训练1如图所示,X为单质硅,Y为金属铁,a为NaOH溶液,组装 成一个原电池,回答下列问题。
(1)正极是 为
(2)负极是 为
(3)电池总反应为
(填名称,下同)发生
反应,电极反应
。
,发生
反应,电极反应
。
。
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答案:(1)铁 还原 4H2O+4e- 4OH-+2H2↑
Cu 极 铜片质量 增加
电子流向 电子得失 电极名称 电极反应 能量转化
由 Zn 极流向 Cu 极(填“Zn”或“Cu”)
Zn 失电子 负极
Cu2+ 得电子 正极
Zn-2e- === Zn2+
Cu2++2e- === Cu
化学 能转化为 电 能
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二、原电池的工作原理
1.原电池的定义:把 发生偏转 转变为 电能 的装置。 2.原电池的构成条件
答案:A 解析:在原电池中,活泼金属作为原电池的负极,失去电子发生氧 化反应;不活泼的金属或非金属导体作为原电池的正极,阳离子或 氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正
极,与电流的方向相反。因此,X、Y相连时,X为负极,则活动性 X>Y;Z、W相连时,电流方向是W→Z,则活动性Z>W;X、Z相连 时,Z极上产生大量气泡,则活动性X>Z;W、Y相连时,W极发生氧化 反应,则活动性W>Y。综上所述,可以得出金属的活动性顺 序:X>Z>W>Y。
答案:B 解析:构成原电池的正极材料只要导电即可,可以是非金属如石墨 等,A错误;对于燃料电池,电极不参与反应,C、D错误。
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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( SO42- )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
率高。( √ )
(6)原电池放电时,外电路中电流由负极流向正极。( × )
(7)由于反应CaO+H2O === Ca(OH)2可以自发进行,且放出大量的
热,故可以设计成原电池。( × )
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原电池的工作原理及电极反应 问题探究
用葡萄发电让闹钟正常工作的实验中,工作原理是什么呢?你能 用日常生活中的东西设计原电池吗?
极反应相加,并与总反应对照验证
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(2)复杂电极反应的书写。 复杂电极反应=总反应-较简单一极的电极反应 如CH4酸性燃料电池中,电极反应为:
CH4+2O2 === CO2+2H2O……总反应 2O2+8H++8e-=== 4H2O……正极反应 CH4+2H2O-8e- === CO2+8H+……负极反应
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变式训练2-1X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入
稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流
方向是W→Z;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极
发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是( )
A.X>Z>W>Y B.Z>X>Y>W C.X>Y>Z>W D.Y>W>Z>X
错误。
课堂篇素养提升
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规律方法 (1)电极反应的书写方法。
分析电极反应—
↓ 电极产物在电解质溶液中应
注意电解质溶液环境— 稳定存在,如碱性介质中生成
的H+应结合 OH-生成水 ↓ 遵守三大守恒—电荷守恒、质量守恒、电子守恒 ↓ 两极反应相加得总反应—在得失电子数相同的情况下,两电
(3)离子移动方向。 电解质溶液中阴离子向 负极 移动,阳离子向 正极 移 动。
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【微思考】有盐桥的原电池中盐桥有什么作用?
提示:使整个装置构成通路,可避免两溶液直接接触;平衡电荷;提 高电池效率。
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判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电能电池第1课时原 电池的工作原理课件鲁科版选修4
2021/4/17
高中化学第1章化学反应与能量转化第2节化学能转化为电 能电池第1课时原电池的工作原理课件鲁科版选修4
1
第1课时 原电池的工作原理
1.了解原电池的工作原理,从而形成模型认知的学科核心素 养。 2.能设计简单的原电池,体现创新意识的学科核心素养。
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答案:
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解析:将题给反应拆成两个半反应:Fe-2e- === Fe2+(氧化反 应),2Fe3++2e- === 2Fe2+(还原反应)。负极发生氧化反应,电极材料
应选参加反应的单质Fe,正极发生还原反应,电极材料应选比铁不 活泼的金属或石墨等导体。负极电解质溶液选不能与铁反应的 FeCl2溶液,正极电解质溶液选与铁能反应的FeCl3溶液。
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答案:C 解析:由于锌的活泼性比铜强,则铜电极为正极,在正极上Cu2+得电 子发生还原反应生成Cu,A项错误;由于阳离子交换膜只允许阳离子
和水分子通过,故甲池的c( SO42- )不变,B项错误;在乙池中Cu2++2e-
=== Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,由于
探究一
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变式训练2-2等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸中,
同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时 间(t)的关系,其中正确的是( )
答案:D 解析:a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu,Zn的量减少,产生H2的 量减少,但Zn、Cu和稀硫酸形成原电池,反应速率加快,D项图示符 合要求。
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2.原电池的工作原理
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【微点拨2】原电池中微粒移动方向 (1)电子移动方向:从负极流出沿导线流入正极,电子不能通过电 解质溶液。 (2)若有盐桥,盐桥中的阴离子移向负极区,阳离子移向正极区。 (3)若有交换膜,离子可选择性通过交换膜,如阳离子交换膜,阳离 子可通过阳离子交换膜移向正极。