化學(xué)魯科版選修4課件：第1章 第3節(jié) 第1課時(shí)原電池工作原理

歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 電池 第1課時(shí)原電池工作原理 1 了解原電池的工作原理 2 掌握構(gòu)成原電池的條件 3 會(huì)設(shè)計(jì)原電池 一 銅鋅原電池的實(shí)驗(yàn)探究1 裝置 2 鹽橋 1 成分 KCl飽和溶液 2 離子移動(dòng)方向 Cl 移向溶液 K 移向溶液 3 作用 使兩個(gè)半電池溶液連成一個(gè)通路 使兩溶液保持電中性 ZnSO4 CuSO4 3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) 減少 減少 增加 增加 4 實(shí)驗(yàn)分析及電極反應(yīng) 失電子 負(fù)極 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 溶液中Cu2 得電子 正極 Cu2 2e Cu Zn Zn2 2e 負(fù)極 正極 二 原電池1 定義 將轉(zhuǎn)化為的裝置 2 構(gòu)成條件 1 由兩種活潑性不同的金屬或由金屬和非金屬作電極 一般較活潑金屬作 較不活潑金屬或非金屬作 2 兩電極必須同時(shí)浸在中 3 兩電極之間要用導(dǎo)線 或鹽橋 形成 4 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) 有明顯電流產(chǎn)生時(shí)需具備此條件 化學(xué)能 電能 負(fù)極 正極 電解質(zhì)溶液 閉合回路 3 工作原理 以銅鋅原電池為例 開放探究 1 構(gòu)成原電池的化學(xué)反應(yīng)有何特點(diǎn) 2 如何用反應(yīng)2Fe3 Fe 3Fe2 設(shè)計(jì)原電池 提示 1 必須是自發(fā)的氧化還原反應(yīng) 原電池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 發(fā)生的反應(yīng)必定是放熱反應(yīng) 即反應(yīng)的焓變小于零 2 其他答案合理也可 1 在理論上不能用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是 A H2SO4 aq BaCl2 aq 2HCl aq BaSO4 s H 0B 2CH3OH l 3O2 g 2CO2 g 4H2O l H 0C 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 0D 3Cu s 8HNO3 aq 3Cu NO3 2 aq 2NO g 4H2O l H 0 解析 用于設(shè)計(jì)成原電池的反應(yīng)一般為放熱的 可以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 所以A不能 因?yàn)锳為復(fù)分解反應(yīng) 是非氧化還原反應(yīng) 答案 A 2 將銅和鋅用導(dǎo)線連接插入到鹽酸中 關(guān)于該裝置的敘述 正確的是 A 鋅是負(fù)極 銅的表面有氣泡B 電子從銅極經(jīng)外電路流向鋅極C 溶液中Cl 向銅極移動(dòng)D 溶液的pH基本沒有變化 解析 B項(xiàng)鋅失去電子 電子從負(fù)極流向正極 電流方向與電子流向相反 B錯(cuò) 原電池中陰離子流向負(fù)極 C錯(cuò) H 在正極得電子生成H2 所以溶液中H 濃度降低 pH增大 答案 A 3 在下圖中的8個(gè)裝置中 屬于原電池的是 解析 構(gòu)成原電池要有四個(gè)基本條件 a 電解質(zhì)溶液 b 兩個(gè)電極 其中一個(gè)相對(duì)較活潑 另一個(gè)相對(duì)較不活潑 兩個(gè)電極直接或間接地連接在一起 并插入電解質(zhì)溶液中 c 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) d 形成閉合回路 符合條件 答案 一 正 負(fù)極的判斷1 由組成原電池的電極材料判斷 一般是活潑的金屬為負(fù)極 活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極 2 根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷 電流是由正極流向負(fù)極 電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極 3 根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動(dòng)方向判斷 在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi) 陽離子移向的極是正極 陰離子移向的極是負(fù)極 4 根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷 原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng) 其正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng) 5 根據(jù)電極是否被溶解判斷 被溶解的電極為負(fù)極 增重或有氣泡產(chǎn)生的電極為正極 原電池的電極類型不僅跟電極材料有關(guān) 還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān) 如鎂 鋁電極在稀硫酸中構(gòu)成原電池 鎂為負(fù)極 鋁為正極 而鎂 鋁電極在氫氧化鈉溶液中構(gòu)成原電池 鋁為負(fù)極 鎂為正極 2011 寧波高二質(zhì)檢 如圖所示裝置中 可觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn) M棒變粗 N棒變細(xì) 由此判斷下表中所列M N P物質(zhì) 其中可以成立的是 由M棒變粗知M棒表面析出金屬 發(fā)生還原反應(yīng) 應(yīng)為原電池的正極 同理由N棒變細(xì)知N棒為負(fù)極 再根據(jù)原電池的構(gòu)成條件知 金屬活性N M 故A D項(xiàng)不符合題意 B項(xiàng)的正極反應(yīng)為 2H 2e H2 不符合題意 C項(xiàng) 負(fù)極反應(yīng)為Zn Zn2 2e 正極反應(yīng)為2Ag 2e 2Ag 符合題意 答案 C 1 剪約6cm長(zhǎng) 2cm寬的銅片 鋁片各一片 分別用接線柱平行地固定在一塊塑料板上 間隔2cm 將銅片與鋁片分別和電流表的兩接線柱相連 電流表指針調(diào)在中間位置 取兩個(gè)50mL的小燒杯 在一個(gè)燒杯中注入約40mL的濃硫酸 在另一只燒杯中注入40mL0 5mol L 1的硫酸溶液 試回答下列問題 已知電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電子流向一致 1 兩電極同時(shí)插入稀硫酸中 電流表指針偏向連接 填 鋁 或 銅 的接線柱 2 兩電極同時(shí)插入濃硝酸時(shí) 電流表指針偏向連接 填 鋁 或 銅 的接線柱 此時(shí)鋁是 填 正 或 負(fù) 極 答案 1 鋁 2 銅正 二 原電池的設(shè)計(jì)以2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2為例 設(shè)計(jì)一個(gè)原電池 1 確定電極反應(yīng)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 電極反應(yīng)式為 負(fù)極 Cu Cu2 2e 正極 2Fe3 2e 2Fe2 2 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 如為氣體 如H2 或溶液中的還原性離子 可作惰性電極 如Pt 碳棒 做負(fù)極 發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負(fù)極材料不活潑 本例中可用銅棒做負(fù)極 用鉑絲或碳棒做正極 3 確定電解質(zhì)溶液一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可 如本例中可用FeCl3溶液做電解液 4 構(gòu)成閉合回路 畫出示意圖 合理即可 依據(jù)氧化還原反應(yīng) 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的原電池 1 在下邊方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖 并指出正極為 電極反應(yīng)式為 負(fù)極為 電極反應(yīng)式為 2 該反應(yīng)還可設(shè)計(jì)成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置 如圖所示 請(qǐng)回答下列問題 電極X的材料是 Y的材料是 電解質(zhì)溶液Z是 鹽橋的作用是 外電路中的電子是從 電極流向 電極 本題考查原電池的原理和設(shè)計(jì) 解題時(shí)應(yīng)明確設(shè)計(jì)思路 理解帶鹽橋的原電池的組成原理 根據(jù)已知的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的思路是 首先將已知的反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng) 即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng) Cu Cu2 2e 2Ag 2e 2Ag 然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn) 分析可知 該電池的負(fù)極應(yīng)該用Cu作材料 正極要保證Ag 得到負(fù)極失去的電子 一般用不能還原Ag 的材料如Pt或碳棒等 電解質(zhì)溶液只能用含Ag 的電解質(zhì)溶液如AgNO3溶液 在帶鹽橋的原電池組成半電池時(shí) 注意電極材料與溶液中的離子一般要相對(duì)應(yīng) 如Cu2 Cu或Ag Ag 答案 1 實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖 Pt2Ag 2e 2AgCuCu Cu2 2e 2 CuAgAgNO3 將兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來 可使電流持續(xù)傳導(dǎo) CuAg 2 一個(gè)原電池總反應(yīng)為Zn Cu2 Zn2 Cu 該電池材料及電解質(zhì)溶液可能是 雙選 解析 原電池總反應(yīng) Zn Cu2 Zn2 Cu 可得出其負(fù)極反應(yīng) Zn Zn2 2e 氧化反應(yīng) 正極反應(yīng) Cu2 2e Cu 還原反應(yīng) 發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是原電池負(fù)極 發(fā)生還原反應(yīng)的一極為原電池正極 因此負(fù)極材料只能是Zn 正極為Cu2 得電子還原成銅 電解質(zhì)應(yīng)為可溶性銅鹽 正極材料為活潑性比Zn弱的Cu Fe 或C Pt 等 答案 CD 1 2010 余姚高二質(zhì)檢 以下能形成原電池的是 A B C D 解析 水果中有電解質(zhì)溶液 如果酸等 符合原電池的構(gòu)成條件 答案 C 2 關(guān)于如圖所示裝置的敘述 正確的是 A 銅是陽極 銅片上有氣泡產(chǎn)生B 銅片質(zhì)量逐漸減少C 電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D 氫離子在銅片表面被還原解析 從圖中看出裝置是原電池 Zn較活潑 發(fā)生失電子的氧化反應(yīng) 是負(fù)極 電子由Zn流向Cu 溶液中的H 在銅片上得電子 發(fā)生還原反應(yīng)生成H2 電流方向與電子流向相反 從銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片 答案 D 3 某原電池 將兩金屬X Y用導(dǎo)線連接 同時(shí)插入相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中 發(fā)現(xiàn)Y電極質(zhì)量增加 則可能是下列情況中的 A X是負(fù)極 電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液B X是負(fù)極 電解質(zhì)溶液為稀H2SO4溶液C X是正極 電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液D X是正極 電解質(zhì)溶液為稀H2SO4溶液 解析 將金屬X Y用導(dǎo)線連接 同時(shí) 插入相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中 構(gòu)成原電池 負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng) 失去電子 電子經(jīng)外電路流向正極 溶液中的陽離子在正極得電子而被還原 若使Y極質(zhì)量增加 四個(gè)選項(xiàng)中 只有A正確 X是負(fù)極 Y是正極 電解質(zhì)是CuSO4溶液 答案 A 4 2011 馬鞍山高二質(zhì)檢 對(duì)于鋅 銅 稀H2SO4組成的原電池裝置中 當(dāng)導(dǎo)線中有1mol電子通過時(shí) 理論上的兩極變化是 鋅片溶解了32 5g 鋅片增重32 5g 銅片上析出1gH2 銅片上析出1molH2A 和 B 和 C 和 D 和 解析 鋅片做負(fù)極 電極反應(yīng)為Zn Zn2 2e 所以導(dǎo)線中有1mol電子通過時(shí) 鋅片溶解了32 5g 銅片做正極 電極反應(yīng)為2H 2e H2 所以導(dǎo)線中有1mol電子通過時(shí) 銅片上析出氫氣0 5mol 1g 答案 A 5 2011 石獅高二質(zhì)檢 已知 直流電池 導(dǎo)線電極材料 鐵 銅 銀 石墨 鋅 鋁 電解質(zhì)溶液 CuCl2溶液 Fe2 SO4 3溶液 鹽酸 按要求回答下列問題 1 電工操作上規(guī)定 不能把銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連接在一起使用 請(qǐng)說明原因 2 若電極材料選銅和石墨 電解質(zhì)溶液選硫酸鐵溶液 外加導(dǎo)線 能否構(gòu)成原電池 若能 請(qǐng)寫出電極反應(yīng) 負(fù)極 正極 解析 此題考查的是原電池原理 只要有兩種活潑性不同的電極相連 另有電解質(zhì)溶液且構(gòu)成閉合回路就可構(gòu)成原電池 1 中銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線連在一起在潮濕空氣中就構(gòu)成了原電池 導(dǎo)致鋁導(dǎo)線被腐蝕 2 題目條件可以構(gòu)成原電池 其中Cu為原電池負(fù)極 石墨為原電池的正極 3 反應(yīng)Cu 2H Cu2 H2 可通過電解池來實(shí)現(xiàn) Cu作電解池陽極 石墨或其他電極作電解池陰極 選用鹽酸作電解質(zhì)溶液 答案 1 構(gòu)成原電池 負(fù)極鋁加快腐蝕 2 能Cu Cu2 2e 2Fe3 2e 2Fe2 3 見下圖所示 練考題 驗(yàn)?zāi)芰?輕巧奪冠 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全