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

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)

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＋CuCl2

(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。

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　D

2．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Cu

D．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b

D．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。