高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第一节 原电池教学设计

[课标要求]

1．了解原电池的工作原理。

2．能正确书写原电池电极反应式和电池反应方程式。

3．能设计简单的原电池。

1．原电池构成“三条件”：

(1)正、负两个电极。

(2)电解质溶液。

(3)形成闭合回路。

2．原电池正、负极判断“四方法”：

(1)负极：①活泼性较强的金属；②电子流出的一极；③发生氧化反应的一极；④阴离子移向的一极。

(2)正极：①活泼性较弱的金属或导电的非金属(碳棒)；②电子流入的一极；③发生还原反应的一极；④阳离子移向的一极。

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。

(3)构成条件。

①两个活泼性不同的电极；

②电解质溶液；

③形成闭合回路；

④自发进行的氧化还原反应。

2．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)

锌铜原电池装置如下

[问题思考]

1．锌铜原电池中正、负极材料是什么？写出正、负极反应式。

提示：Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Cu作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

2．原电池装置中，盐桥中离子移动的方向是什么？

提示：盐桥中的Cl－移向负极(ZnSO4溶液)，K＋移向正极(CuSO4溶液)。

3．原电池装置中，盐桥的作用是什么？

提示：①形成闭合回路；②保持溶液中电荷守恒，使电池反应能持续发生。

1．原电池工作原理

(1)原理图示

(2)电极名称与反应类型：

正极→还原反应；负极→氧化反应。

(3)电子流向：负极→正极。

(4)电流方向：正极→负极。

(5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。

2．带盐桥原电池装置中两个“半电池”

以锌铜原电池为例，如图

(1)Zn­ZnSO4半电池：在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失去电子，形成Zn2＋进入溶液，即Zn－2e－===Zn2＋；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片。

(2)Cu­CuSO4半电池：CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，还原为铜单质并沉积在铜片上，即Cu2＋＋2e－===Cu。

(3)盐桥的作用：电池工作时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使两溶液均保持电中性。当取出盐桥后，形成断路，反应停止。

1．下列装置中，能构成原电池的是(　　)

解析：选D　酒精为非电解质，A错误；选项B中未使用盐桥，没有形成闭合回路；C项中两个电极材料相同，不能形成原电池。依据原电池的构成条件可知D正确。

2．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是(　　)

A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极

B．盐桥中的阴离子向CuSO4溶液中迁移

C．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应

D．铜电极上发生的电极反应是2H＋＋e－===H2↑

解析：选A　该原电池中，Zn为负极，Cu为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子由Zn电极流向Cu电极，A项正确，C、D两项错误；因电子由Zn电极流向Cu电极，则铜电极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，所以盐桥中的阳离子向CuSO4溶液中迁移，阴离子向ZnSO4溶液中迁移，B项错误。

3.如图所示是Zn和Cu组成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上描述合理的是(　　)

①Cu为负极，Zn为正极

②Cu极上有气泡产生，发生还原反应

③SO向Cu极移动

④若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体

⑤正极反应式：Cu＋2e－===Cu2＋，发生氧化反应

⑥电子的流向：Cu→Zn

A．①②③　　　　　　　　 B．②④⑥

C．③④⑤  D．②④

解析：选D　锌和铜组成原电池，锌为负极，铜为正极，故①错误；铜为正极，溶液中的氢离子得到电子生成氢气，发生还原反应，故②正确；SO向锌极移动，故③错误；当有2 mol电子转移时，生成1 mol氢气，所以当有0.5 mol电子转移时，生成0.25 mol氢气，故④正确；铜为正极，H＋在正极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故⑤错误；电子从锌电极经过导线流向铜电极，故⑥错误。

1．加快化学反应速率

构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，反应加快。

2．比较金属的活动性强弱

对于酸性电解质，一般是作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性较弱。

3．设计原电池

(1)理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。

(2)外电路。

(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。

1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：

由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)

A．a>b>c>d　　　　 B．b>c>d>a

C．d>a>b>c  D．a>b>d>c

解析：选C　由第一个装置a极溶解，可知a极是负极，金属活动性a>b，对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性b>c，第三个装置的金属活动性d>c，由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性d>a。

2．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)

负极：________，电极反应：________________________________________________；

正极：________，电极反应：____________________________________________。

解析：分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属(石墨等)作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。

答案：见下图

Zn　Zn－2e－===Zn2＋

Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋