新人教版高中化学选修四第四章电化学基础第一节原电池学案

第一节原电池

学习目标核心素养

1.以铜锌原电池为例，了解原电池的工作原

理。

2．会正确判断原电池的正极和负极，能正确

书写电极反应式和电池反应方程式。

3．能设计简单的原电池。

1.宏观辨识与微观探析：从宏观和微观的角

度理解电子的移动、阴阳离子的移动、氧化

反应及还原反应的发生、电流的形成过程和

原理。

2．变化观念与平衡思想：进一步深化对化学

能与电能相互转化的认识，了解从简单原电

池发展到带有盐桥原电池的过程变化，理解

带有盐桥原电池的实用性。

一、原电池及其工作原理

1．原电池

(1)概念：将化学能转化为电能的装置。

(2)实质：利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。

2．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)

3.原电池形成条件

(1)两个活泼性不同的电极

较活泼金属作负极，较不活泼金属或非金属作正极。

(2)电解质溶液

两电极必须浸在电解质溶液中。

(3)形成闭合回路

用导线(或盐桥)分别连通外电路、内电路。

(4)自发氧化还原反应

实质性非物质形式条件。

二、原电池的设计

理论上，能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。实际设计时应注意以下几方面。

(1)外电路

e－

负极(还原性较强的物质)――→

正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。

导线

(2)内电路

将两极浸入电解质溶液中，使正、负离子作定向运动。

(3)闭合电路

探究点一原电池的构成条件和工作原理

1．原电池的构成条件

(1)具有不同的电极，较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应；较不活泼金属或非金属(石墨等)作正极，得到电子，发生还原反应，此电极本身不变。

(2)具有电解质溶液。

(3)具有导线相连(或直接接触)组成的闭合回路。

(4)有能自发进行的氧化还原反应(有明显电流产生时需具备此条件)。

a．不要形成“活泼金属一定作负极”的思维定式，如下图甲池中Mg作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极：2H＋＋2e－===H2↑；乙池中由于镁不与强碱反应而Al和NaOH溶液的反应能自发进行，所以Al作负极：Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O，Mg作正极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。

b．原电池中，电极材料可能与电解质反应，也可能与电解质不反应。如下图：

c．形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极直接接触。如下图：

d．有的原电池产生的电流大，可以对外做功；有的原电池，电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功(如电极是Fe、C，电解质溶液是NaCl溶液)。

2．半电池、盐桥、内电路、外电路

(1)半电池

原电池由两个半电池组成。原电池把一个能自发进行的氧化还原反应分在两个不同的区域进行，正极区进行还原反应，负极区进行氧化反应，通过导线转移电子。

(2)盐桥

①盐桥中的盐溶液是电解质溶液，能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。

②当有盐桥存在时，随着反应的进行，溶液保持电中性，让氧化还原反应得以持续进行，从而使原电池不断地产生电流。

③盐桥的制作方法。

方法1：取1 g琼脂置于烧杯中，加入100 mL饱和KCl溶液，加热，使琼脂变成糊状，趁热加入U形管中，待冷却后即可充当盐桥。

方法2：将KCl饱和溶液装入U形管中，用棉花堵住管口即可。

(3)内电路、外电路

①在原电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。

②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向移动而形成内电路。

3．原电池的工作原理

原电池是一个闭合的电路，其中的电荷流动，从电路的构成方面来说，有外电路上电荷的流动和内电路上电荷的流动；从电荷的类型方面来说，有电子的流动和阴、阳离子的流动，其中的具体情况见下图。

注意：电子在导线中流动而不能在溶液中通过，自由离子在溶液中迁移而不能在导线中

通过。原电池中通过离子的迁移和电子的流动而形成闭合回路，从而将化学能转化为电能。如果取出盐桥，则不产生电流。

盐桥是装有含琼胶的饱和KCl溶液的U形管，原电池工作时，K＋、Cl－的移动方向是怎样的？

提示：原电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故K＋向正极区移动，Cl －向负极区移动。

【例1】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．原电池工作一段时间后，甲池的c(SO2－4)减小

C．原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

【解析】由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发生氧化反应，铜电极为正极，得电子，发生还原反应，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(SO2－4)不变，B项错误；电解过程中Zn2＋由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，其溶液中的离子转换为Cu2＋→Zn2＋，摩尔质量M(Cu2＋)

【答案】 C

下列装置中，电流表指针能发生偏转的是( D )