高中化學(xué) 第1章第3節(jié) 第1課時 原電池工作原理課件同步導(dǎo)學(xué) 魯科版選修4

第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池 第1課時原電池工作原理 1了解原電池的工作原理。 2掌握構(gòu)成原電池的條件。 3會設(shè)計原電池。 一、銅鋅原電池的實驗探究 1裝置 2鹽橋 (1)成分：KCl飽和溶液。 (2)離子移動方向：Cl移向 溶液；K移向 溶液。 (3)作用 使兩個半電池溶液連成一個通路。 使兩溶液保持電中性。ZnSO4CuSO4 3實驗現(xiàn)象 電流計指針是否偏轉(zhuǎn)電極表面變化情況鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)量偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)減少減少減少減少增加增加增加增加 4.實驗分析及電極反應(yīng) Zn極Cu極電子流動得失電子電子經(jīng)導(dǎo)線由 流向電極名稱電極反應(yīng)反應(yīng)類型失電子失電子負極負極氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)溶液中溶液中Cu2得電子得電子正極正極Cu22eCuZnZn22e負極負極正極正極 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)生時需具備此條件)?；瘜W(xué)能化學(xué)能電能電能負極負極正極正極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液閉合回路閉合回路 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？ (2)如何用反應(yīng)2Fe3Fe=3Fe2設(shè)計原電池？ 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)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是() AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0 B2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H0 C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H0 D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)HM，故A、D項不符合題意。B項的正極反應(yīng)為：2H2eH2，不符合題意。C項：負極反應(yīng)為ZnZn22e，正極反應(yīng)為2Ag2e2Ag，符合題意。 答案：C 1剪約6 cm長、2 cm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2 cm)。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50 mL的小燒杯，在一個燒杯中注入約40 mL的濃硫酸，在另一只燒杯中注入40 mL 0.5 molL1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 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 插 入 濃 硝 酸 時 ， 電 流 表 指 針 偏 向 連 接_ _ _ _ _ ( 填 “鋁 ”或“ 銅” ) 的接線柱，此時鋁是_(填“正”或“負”)極。 答案：(1)鋁(2)銅正 二、原電池的設(shè)計 以2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2為例，設(shè)計一個原電池。 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)兩個半反應(yīng)，分別作原電池的負極和正極，電極反應(yīng)式為： 負極：CuCu22e 正極：2Fe32e2Fe2 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)做負極。 發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料必須比負極材料不活潑。 本例中可用銅棒做負極，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)計一個最簡單的原電池。 (1)在下邊方框內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為_，電極反應(yīng)式為_； 負極為_，電極反應(yīng)式為_。 (2)該反應(yīng)還可設(shè)計成能量轉(zhuǎn)化效率更高的原電池裝置，如圖所示： 請回答下列問題： 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，解題時應(yīng)明確設(shè)計思路，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)計原電池的思路是：首先將已知的反應(yīng)拆成兩個半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))： CuCu22e，2Ag2e2Ag；然后結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點，分析可知，該電池的負極應(yīng)該用Cu作材料，正極要保證Ag得到負極失去的電子，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，注意電極材料與溶液中的離子一般要相對應(yīng)，如Cu2/Cu或Ag/Ag。 答案：(1)實驗裝置圖如圖： Pt2Ag2e2Ag CuCuCu22e (2)CuAgAgNO3將兩個隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)CuAg 2一個原電池總反應(yīng)為ZnCu2=Zn2Cu，該電池材料及電解質(zhì)溶液可能是(雙選)()正極負極電解質(zhì)溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DFeZnCuSO4 解析：原電池總反應(yīng)：ZnCu2=Zn2Cu，可得出其負極反應(yīng)：ZnZn22e(氧化反應(yīng))，正極反應(yīng)：Cu22eCu(還原反應(yīng))，發(fā)生氧化反應(yīng)的一極是原電池負極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為原電池正極，因此負極材料只能是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() AB 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() AX是負極，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液 BX是負極，電解質(zhì)溶液為稀H2SO4溶液 CX是正極，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液 DX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，插入相應(yīng)的電解質(zhì)溶液中，構(gòu)成原電池。負極上發(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，四個選項中，只有A正確；X是負極；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)對于鋅銅稀H2SO4組成的原電池裝置中，當(dāng)導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，理論上的兩極變化是() 鋅片溶解了32.5 g鋅片增重32.5 g銅片上析出1 g H2銅片上析出1 mol H2 A和 B和 C和 D和 解析：鋅片做負極，電極反應(yīng)為ZnZn22e，所以導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，鋅片溶解了32.5 g；銅片做正極，電極反應(yīng)為2H2eH2，所以導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，銅片上析出氫氣0.5 mol (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，請寫出電極反應(yīng)，負極_，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為原電池負極，石墨為原電池的正極。 (3)反應(yīng)Cu2H=Cu2H2可通過電解池來實現(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，負極鋁加快腐蝕 (2)能CuCu22e2Fe32e2Fe2 (3)見下圖所示