高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池第1课时学案设计

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第一节　原电池第1课时　原电池的工作原理[核心素养发展目标]　1.宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。一、原电池的工作原理1．原电池的构成条件(1)定义：能把化学能转化为电能的装置。(2)构成条件：2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)装置示意图注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转能量转换化学能转化为电能微观探析在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上电子或离子移动方向电子：负极流向正极盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液工作原理，电极反应式负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应)总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 特别提醒　①盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。②原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。3．原电池工作原理示意图(1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极(×)(2)原电池中负极发生的反应是还原反应(×)(3)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极(×)(4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极(√)(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属(×)1．如图是某同学设计的原电池装置，(1)电极Ⅰ上发生________(填反应类型)，作________(填电极名称)。(2)电极Ⅱ的电极反应式为___________________________________________。(3)该原电池的总反应式为________________________________________________。(4)盐桥中装有含氯化钾的琼胶，其作用是________。答案　(1)还原反应　原电池的正极　(2)Cu－2e－===Cu2＋　(3)2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋　(4)形成闭合回路、平衡电荷(答案合理即可)2．根据原电池的工作原理，写出下列电池的电极反应式。(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池：①正极反应式是______________________________________________________________；②负极反应式是_________________________________________________________________；③原电池总反应的离子方程式是___________________________________________________。(2)有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。在此形成的原电池中：①负极反应式是______________________________________________________________；②正极反应式是______________________________________________________________；③总反应方程式是__________________________________________________________。答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑　②Fe－2e－===Fe2＋　③Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(2)①2Al－6e－===2Al3＋　②3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－　③3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑解析　(2)要善于抓住题示信息。“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：2Al－6e－===2Al3＋，正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中都能水解且相互促进：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。原电池的总反应为上述三个反应式的加合：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3＋3H2S↑。 一般电极反应式的书写方法(1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。(2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。(3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。二、原电池的应用1．加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。2．比较金属活动性强弱例如，有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。3．设计原电池理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。(a)外电路负极——化合价升高的物质正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒(b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2①化合价升高的物质负极：Cu②活泼性较弱的物质正极：C③化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图 (1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池(×)(2)将Mg和Al导线连接放入NaOH溶液，Al不断溶解，说明活泼性Mg＜Al(×)(3)足量的Zn与稀H2SO4反应时，滴入CuSO4溶液可以加快反应速率，因为c(SO)增大(×)(4)增大浓度，能加快原电池反应的速率(×)一般来说，设计成原电池的反应为放热反应，但有些吸热反应如果能自发进行也可设计成原电池，如：AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O通过调节B中的pH，实现原电池电极的转换，若正方向放热，则逆方向吸热，均能构成原电池。1．由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。装置现象金属A不断溶解形成二价金属离子C极质量增加A极有气泡产生 根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_________________________________________________。(2)装置乙中正极的电极反应式是_________________________________________________。(3)装置丙中溶液的pH______(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_____________________________________________。答案　(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－=== Cu(3)变大　(4)D＞A＞B＞C解析　甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性：A＞B；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性：B＞C；丙中A上有气泡即H2产生，则A为正极，活动性：D＞A，随着H＋的消耗，pH变大。2．依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是________________，电解质溶液Y是____________。(2)银电极的电极反应式是_______________________________________________________；X电极的电极反应式是__________________________________________________________。(3)外电路中的电子是从________极流向________极。(4)该原电池的正极是____________，还可以选用__________________等材料。答案　(1)铜　硝酸银溶液　(2)2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋　(3)负(或铜)　正(或银)　(4)银　铂、石墨解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。设计原电池时电解质溶液和电极材料的选择(1)电解质溶液一般要能够与负极材料发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。(2)电池的电极材料必须能导电。①活动性不同的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极。②金属和非金属。如锌作负极，石墨棒作正极。③金属和化合物。如铅蓄电池，铅块作负极，PbO2作正极。④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两电极均可用Pt。随堂演练　知识落实1．(2019·甘肃武威第十八中学高二上期末)下列装置中，能构成原电池的是(　　)答案　D2．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(　　)A．均发生了化学能转化为电能的过程B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向CuD．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高答案　B解析　两个装置都为原电池装置，均发生化学能转化为电能的过程，故A正确；根据原电池的工作原理，锌比铜活泼，锌作负极、铜作正极，铜本身不是反应物，故B错误；锌作负极，电子从负极经外电路流向正极，故C正确；图乙装置产生的电流在一段时间内变化不大，但图甲装置产生的电流在较短时间内就会衰减，故D正确。3．(2019·江西临川第一中学高二月考)某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)A．甲烧杯中溶液的pH逐渐减小B．乙烧杯中发生还原反应C．外电路的电流方向是从a到bD．电池工作时，盐桥中的SO移向甲烧杯答案　C解析　甲烧杯中发生的电极反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，氢离子浓度减小，导致溶液的pH增大，A项错误；a电极发生还原反应，Mn元素的化合价降低，电极反应式为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O，b电极亚铁离子失去电子发生氧化反应，Fe2＋－e－===Fe3＋，B项错误；由上述分析可知，a为正极，b为负极，则电流方向为从a到b，C项正确；阴离子向负极移动，则盐桥中的SO移向乙烧杯，D项错误。4．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因______________________________________________________________________________________________。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？____。若能，请写出电极反应式，负极：_____________________，正极：_______________________。(若不能，后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸的反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案　(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而铝作负极被腐蚀　(2)能　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　(3)如图解析　(1)当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而铝被腐蚀。(2)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4＋CuSO4，因此根据给出条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨，电极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(3)因为反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。