鲁科版高中化学选择性必修第一册第1章第2节第1课时原电池的工作原理基础课课件

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第1课时　原电池的工作原理(基础课)第1章　化学反应与能量转化 第2节　化学能转化为电能——电池1．能通过铜锌原电池的实验探究活动，了解原电池的工作原理。2．能写出电极反应式和电池反应式。3．能利用身边的材料设计简单的原电池。1．在氢氧燃料电池中，负极反应：2H2－4e－===4H＋，正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。能量变化是化学能转化为电能；稀硫酸的作用是传导电荷，导线的作用是传导电子。2．设计原电池的基本思路：(1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应；正极反应为还原反应。(2)选择正负极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。3．原电池原理的应用：(1)加快氧化还原反应速率；(2)比较金属的活动性强弱；(3)金属的防护。一、铜锌原电池实验探究1．装置必备知识　自主预习2．实验分析 锌铜Zn－2e－===Zn2+Cu2+＋2e－===Cu氧化还原锌铜正负判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。 (　　)(2)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。 (　　)(3)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池效率高。 (　　)(4)原电池放电时，外电路中电流由负极流向正极。 (　　) √ ×√ ×二、原电池的工作原理 化学能电能氧化还原负正负正想一想　下列图示装置能形成原电池的有哪些？请分析原因。 提示：根据构成原电池的条件可以判断装置A、D能形成原电池。B装置中两电极相同且没有自发进行的氧化还原反应，C装置中甘油为非电解质，E装置中的两容器没有形成闭合回路。关键能力　情境探究深度理解原电池工作原理1．打开甲、乙两装置中的K1与K2，检流计及锌片有何现象？提示：检流计指针均不发生偏转，甲装置中锌片溶解且有气泡产生，乙装置中锌片上无明显变化。2．闭合K1、K2，甲、乙装置中的检流计、铜片及锌片有何现象？提示：检流计指针均发生偏转，铜片上均有气泡生成，锌片均溶解。3．甲、乙两原电池中哪个工作效率高？提示：乙电池工作效率高，甲电池中锌片和硫酸溶液直接接触，少量锌会与硫酸直接反应，降低工作效率。1．原电池工作原理示意图2．原电池正、负极的判断【例题】　某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置。下列说法正确的是(　　)A．Zn为负极，发生还原反应B．b电极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极√D　[根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池总反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C项错误；正极材料的活动性应比负极材料的活动性弱，D项正确。] 1．如图所示，下列叙述正确的是(　　)A．电子从银电极经导线流向铜电极B．工作一段时间后，右烧杯中的Cu2+浓度减小C．工作一段时间后，左烧杯中的Ag＋浓度减小D．将AgNO3溶液更换为Fe(NO3)3溶液，电流计指针反向偏转√ √√ [教材　活动·探究](1)利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示的原电池，回答下列问题：①写出电池放电时两个电极的电极反应：正极：______________________；负极：__________________。②图中X是________，Y是________。③原电池工作时，盐桥中的______(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极反应为________________________。2Fe3+＋2e－===2Fe2+Cu－2e－===Cu2+FeCl3CuCl2阳O2＋4e－＋4H＋===2H2O[解析]　(1)该原电池中Cu作负极，电极反应为Cu－2e－===Cu2+；石墨作正极，电极反应为2Fe3+＋2e－===2Fe2+。X溶液应为FeCl3溶液，Y溶液应为CuCl2溶液。原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动。(2)Cu作负极，O2在正极上得电子：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 1．将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？原电池原理的应用提示：a比b活泼。2．实验室用稀硫酸与锌粒反应制取H2时常加入少量铜片，其目的是什么？提示：形成锌铜原电池，加快制取氢气的反应速率。3．已知2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+，如何设计成原电池装置？提示：根据氧化还原反应分析，Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为惰性电极或不如Cu活泼的金属，电解质溶液一定含Fe3+。1．加快氧化还原反应速率2．比较金属的活动性强弱 3．用于金属的防护 4．设计原电池 1．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是(　　)A．2Ag(s)＋Cd2+(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)B．Co2+(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2+(aq)C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2+(aq)D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2+(aq)√A　[由第一个装置图中正负极的标注可知，Cd失去电子作负极，则金属性Cd＞Co；由第二个装置图正负极的标注可知，Co失去电子被氧化作负极，则金属性Co＞Ag，综上分析可知三者金属性的强弱顺序为Cd＞Co＞Ag。根据活动性强的金属能将活动性弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律判断A项错误。]2．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3+===3Fe2+，与此电池反应不符的原电池是(　　)A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池 C　[由电池反应可知，铁作负极，铁失去电子发生氧化反应。C项中，由于锌的活动性大于铁，故锌作负极，发生氧化反应，与电池反应不符。]√1．原电池：将化学能转化为电能的装置。2．形成条件：能自发进行的氧化还原反应；两个活动性不同的电极；电解质溶液；形成闭合回路。3．工作原理：正极→还原反应，负极→氧化反应；电子由负极→正极；电流由正极→负极；阳离子→正极，阴离子→负极。1．(双选)已知氧化性：Au3+>Ag＋>Cu2+>Pb2+>Cr3+>Zn2+>Ti2+。现有如图所示的电化学装置，下列叙述中正确的是(　　)A．若X为Ti，则Y极的电极反应式可能是Zn－2e－===Zn2+B．若X为Cr，则Y可以选Cu或PbC．若Y为Cu，则X极的电极反应可能是Cr－3e－===Cr3+D．若X为Zn、Y为Pb，形成原电池，则盐桥中阴离子移向右侧烧杯5学习效果　随堂评估√243题号1(X、Y只能在题给金属阳离子对应的金属中选取)√BC　[根据装置图可知，X电极是负极，失去电子发生氧化反应，Y电极是正极，得到电子发生还原反应。若X为Ti，由于Y电极是正极，应得到电子发生还原反应，A不正确；若X为Cr，则Y的金属性要弱于Cr的金属性，Zn和Ti的金属性均强于Cr的金属性，则Y可以选择Cu或Pb等，B正确；若Y为Cu，由于X是负极，则X的金属性要强于Cu，所以可以选择Cr，负极反应可能是Cr－3e－===Cr3+，C正确；X电极是负极，盐桥中阴离子移向负极，故盐桥中阴离子移向左侧烧杯，D不正确。]5243题号12．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：523题号14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＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c523题号14C　[由第一个装置a极质量减小，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。]√3．实验室用铁片、铜片和AgNO3溶液组成原电池，则正极的电极反应为(　　)A．Fe－3e－===Fe3+　　 B．Fe－2e－===Fe2+C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Ag＋＋e－===Ag523题号41√D　[在此原电池中，铁片、铜片分别为负极和正极。总反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，正极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，D项正确。]4．某原电池装置如图所示，盐桥中装有琼脂－KNO3溶液。①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag＋＋e－===Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同⑤盐桥中的K＋移向Cu(NO3)2溶液⑥电子的移动方向：Cu电极→导线→Ag电极→AgNO3溶液→盐桥→Cu(NO3)2溶液上述①～⑥中正确的有　(　　)A．4个　　　B．3个　　　C．2个　　　D．1个5243题号1√C　[根据金属活动性和图示装置可知，Cu为负极，Ag为正极。外电路中，电流由正极(Ag电极)流向负极(Cu电极)，①错误；正极Ag＋得电子生成Ag，②正确；取出盐桥，不能构成闭合回路，无法形成原电池，③错误；铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同，均为Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag，④正确；盐桥中的K＋向正极移动，即移向AgNO3溶液，⑤错误；电子只能在外电路中移动，不能通过电解质溶液，⑥错误；综上，正确的只有②④。]5243题号15．某小组拟设计如图所示电化学装置探究Fe3+和Ag＋的氧化性强弱(烧杯中溶液体积均为100 mL)。243题号15 243题号15浓盐酸正左(3)关闭K，经过t0 min，测得银电极质量增加0.432 g，此时左侧烧杯溶液中c(Fe2+)＝________mol·L-1(不考虑溶液体积变化、水解等因素)。(4)根据(2)(3)的实验结果分析，铂电极的电极反应为___________________；氧化性：Fe3+_____(填“>”“B>D>EC．D>E>A>B D．D>A>B>E题号13524687910√D　[A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向为A→B，则A作负极，即金属活动性：A>B；将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，则证明金属活动性：D>A；用惰性电极电解含有相同浓度的B2+、E2+的溶液时，E2+先被还原，则说明氧化性：E2+>B2+，即还原性：B>E，综上所述，金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>E，D项符合题意。]题号135246879106．已知某原电池的电极反应是Fe－2e－===Fe2+、Cu2+＋2e－=== Cu，据此设计原电池，并回答下列问题。题号13524687910(1)若原电池装置为图甲所示：①电极材料A是___________________(写名称)，B是______。②A电极观察到的现象是___________________。(2)若原电池装置为图乙所示：①电极材料X可以是______(填序号，下同)。a．铁　　　　 b．铜　　　　 c．石墨② 电解质Y可以是________。a．FeSO4　　　b．CuSO4　　　c．CuCl2题号13524687910铜(答案合理即可)铁有红色物质析出bcbc[解析]　(1)结合氧化还原反应的知识可知Fe－2e－===Fe2+是负极反应，故Fe作负极，即为B；Cu2+＋2e－===Cu是正极反应，故A可以是铜，现象是有红色物质析出。(2)不含盐桥的原电池中正极材料是比负极金属活动性差的金属或导电的非金属，故此时正极可以是铜或石墨，但负极只能是铁，电解质溶液是可溶性铜盐溶液，可为硫酸铜、氯化铜或硝酸铜。题号13524687910(选择题有一个或两个选项符合题目要求)7．探究化学反应中的能量转化，实验装置(装置中的试剂及用量完全相同)及实验数据如下(注：50 mL注射器用于收集气体并读取气体体积)。题号13524687910题号13524687910下列说法不正确的是(　　)A．装置②中的Cu表面有气泡产生，而装置①中的Cu表面无气泡B．装置①和②中发生反应的离子方程式都为Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑C．原电池反应能加快化学反应速率，导致装置①中反应的平均速率比装置②中的小D．由实验数据可知，原电池的化学能全部转化为电能题号13524687910√8．某化学实验探究小组探究MnO2与某些盐溶液的反应，设计如下装置。左侧烧杯中加入50 mL 6 mol·L-1硫酸，右侧烧杯中加入50 mL 2 mol·L-1的CaCl2溶液，盐桥中装有含饱和氯化钾溶液的琼脂。当闭合开关K时，电流表中出现指针偏转，下列说法不正确的是(　　)题号13524687910A．该实验装置属于原电池B．左侧烧杯中的电极反应为MnO2＋ 4H＋＋2e－===Mn2+＋ 2H2OC．C电极上发生还原反应，产生的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝D．若盐桥换成装有含饱和KNO3溶液的琼脂，则C电极上产生的气体的总量不变题号13524687910√√CD　[该装置属于原电池，A正确；左侧烧杯为正极区，电极反应为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2+＋2H2O，B正确；C电极为负极，发生氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；由于盐桥中的阴离子移向负极区，故若盐桥换成装有含饱和KNO3溶液的琼脂，则负极区Cl－的物质的量减少，C电极上产生的气体的总量减少，D错误。]题号135246879109．A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。题号13524687910根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应是______________________________。(2)装置乙中正极的电极反应是_____________________________。(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____________。题号13524687910A－2e－===A2+Cu2+＋2e－===Cu变大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的质量增加，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，溶液pH逐渐变大。题号1352468791010．(素养题)如图所示，烧杯内盛有浓硝酸，在烧杯中放入用铜线相连的铁、铅两个电极，甲、乙两同学在确定电池的正、负极时发生了争执，甲认为Fe比Pb活泼，Fe应为负极；乙认为Fe在浓硝酸中钝化，Pb应为负极。题号13524687910(1)丙同学认为将浓硝酸换成另一种溶液，根据电流计指针偏转的情况可判断甲与乙谁的观点对。则换成的另一种溶液可以是____________________________，若指针偏转方向与浓硝酸作电解液时的偏转方向________(填“相同”或“不相同”)，则证明甲同学的观点对。题号13524687910稀硫酸或稀盐酸(合理即可)相同(2)若在Fe、Pb足量的情况下，观察到后来电流计指针反方向偏转，该现象支持________(填“甲”或“乙”)同学的观点，电流计指针反方向偏转的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。题号13524687910乙 开始时，Pb作负极失电子，电子经导线流向Fe极；随着反应的进行，浓硝酸变成稀硝酸，Fe作负极失电子，电子经导线流向Pb极[解析]　(1)若证明甲同学的观点正确，则需将浓硝酸换成能与铁和铅都反应的酸溶液，但不能使铁发生钝化，因此该酸溶液可以是稀硫酸或稀盐酸。题号13524687910