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鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学能转化为电能——电池教学演示ppt课件
展开素养新目标1. 通过对铜锌原电池的分析,了解原电池的原理及其构成条件。2.了解根据电流的方向判断原电池的正、负极的方法,了解电极反应的概念。
一、原电池1.原电池:将_____能转化为____能的装置。2.简单原电池的构成条件(1)两个__________的金属(或一种金属与一种能导电的非金属)电极;(2)离子导体;(3)形成_____回路(用导线连接或直接接触);(4)能_____进行的氧化还原反应。
3.铜锌原电池工作原理分析:
Zn—2e-===Zn2+
Cu2++2e-===Cu
状元随笔 单液原电池和双液原电池的比较相同点:都能发生氧化还原反应;都有两个电极;都能产生电流;外电路均是电子的定向移动,内电路均是离子的定向移动。不同点:单液电池Zn和Cu2+直接接触,两个半反应在同一区域进行,能量转化率低,电流强度弱、不稳定,持续时间短。双液电池Zn和Cu2+不直接接触,两个半反应在不同区域进行。能量转化率高,电流强度大、稳定,持续时间长。
【即学即练】1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)原电池工作时电子是从正极流出,经导线流入负极( )(2)铜锌原电池中若将盐桥移走,仍可构成原电池。( )(3)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。( )(4)CaO+H2O===Ca(OH)2是放热反应,可设计成原电池。( )(5)反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现。( )
2.[2022·泰安高二检测]关于如图所示装置的叙述,正确的是( ) A.铜是阳极,铜片上有气泡产生B.铜片质量逐渐减少C.电流从锌片经导线流向铜片D.氢离子在铜片表面被还原
解析:从图中可以看出这是原电池,原电池的电极名称应说是正、负极,故A错;而原电池是活泼金属被消耗,故B错;负极(Zn)的电子经导线流向正极(Cu),故电流方向与电子流向相反,故C错。
3.(双选)如图所示的装置中有电流产生,以下说法不正确的是( )A.Fe是负极,C是正极B.负极反应式为Fe-3e-===Fe3+C.内电路中阴离子移向FeCl2溶液D.电流由Fe电极流向石墨电极
解析:图示装置为原电池,负极(Fe):Fe-2e-===Fe2+,正极(C):2Fe3++2e-===2Fe2+,A项正确,B项不正确;内电路中,Fe电极失电子,生成Fe2+,吸引阴离子,C项正确;外电路中,电流由正极(C)流向负极(Fe),D项不正确。
4.[2022·南京高二检测]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>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c
解析: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。
5.(双选)[2022·合肥高二检测]如图,下列说法不正确的是( )A.在①装置中锌棒逐渐变细,铜棒无变化B.在②装置中锌棒逐渐变细,铜棒逐渐变粗C.在②装置中部分化学能转化成了热能D.在①②装置中锌棒均被还原
解析:A项,在①装置中锌与氢离子反应生成锌离子和氢气,锌棒变细,铜不与氢离子反应,铜棒没有变化;B项,在②装置中锌棒与铜棒通过导线连接形成闭合回路,构成原电池,锌失去电子转化为锌离子,锌棒变细,氢离子在铜棒上得电子生成氢气,铜棒不会变粗;C项,②装置实现了化学能到电能的转化,但电解质H2SO4接触锌棒导致部分化学能转化为热能;D项,在①②装置中,锌均失去电子发生氧化反应。
目标一 原电池的工作原理及正负极的判断例1 (1)将Al片和Cu片用导线相连,插入稀H2SO4中组成原电池,写出电极名称及电极反应式:Al片( )__________________________________;Cu片( )___________________________________。
2Al-6e-===2Al3+
6H++6e-===3H2↑
(2)若将Al片和Cu片用导线相连,插入浓HNO3中能否组成原电池?_____ (填“能”或“不能”)。若不能,则不用回答下面的问题;若能,写出电极名称及电极反应式:Al片( )__________________________________;Cu片( )__________________________________。
Cu-2e-===Cu2+
状元随笔 (1)原电池正、负极判断的基础是氧化还原反应,如果给出电池的总反应,可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极,发生还原反应的一极为正极。(2)原电池的电极类型不仅跟电极材料有关,还与电解质溶液的性质有关,如Mg、Al、稀硫酸构成的原电池中,Mg作负极,Al作正极;但若以NaOH溶液作电解质溶液,则Al作负极,Mg作正极,因为Mg不能与NaOH溶液反应而Al能。易错:较活泼的金属不一定作原电池的负极,哪种电极材料容易与电解质溶液反应,哪种物质就作负极。
[提升1] 氮的化合物可以通过电化学转化,如图为NO转化为NO2的工作原理示意图,下列说法正确的是( )A.Pt电极上发生的是氧化反应B.Pt电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-C.每转化1 ml NO,消耗O2的体积为11.2 LD.外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动
解析:Pt电极上氧气得到电子转化为O2-,Pt电极作正极,发生还原反应,A错、B错;没有指明温度和压强,无法确定氧气的体积,C错;NiO是负极,NO失去电子,外电路中电子由NiO电极向Pt电极移动,D对。
关键能力 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。
目标二 原电池原理的应用例2 某校化学兴趣小组进行探究性活动:将氧化还原反应2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2,设计成带盐桥的原电池。提供的试剂:FeCl3溶液、KI溶液;其他用品任选。请回答下列问题:
(1)请将原电池的装置图补充完整,在括号内填上正负极的材料、电解质溶液。
解析:(1)依据原电池原理分析,氧化还原反应中Fe3+在正极上得电子发生还原反应,I-在负极上失电子发生氧化反应,负极所在的电解质溶液为KI溶液,正极所在的电解质溶液为FeCl3溶液。电极材料可选取惰性电极,如石墨或其他不活泼的金属。
(2)发生氧化反应的电极反应式为_________________。(3)反应达到平衡时,外电路导线中____ (填“有”或“无”)电流通过。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中电极变为____ (填“正”或“负”)极。
2I--2e-===I2
解析: (2)发生氧化反应的电极是负极,I-失电子。(3)反应达到平衡时,从左到右和从右到左移动的电子数目相等,故无电流产生。(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,反应2Fe3++2I-⇌2Fe2++I2的平衡逆向移动,此时Fe2+失电子,电极变成负极。
状元随笔 (1)原电池产生电流的本质是两极存在电势差。该电势差驱使电子在两极间发生转移,发生氧化还原反应,而不是因为发生氧化还原反应而产生电势差。(2)原电池两极材料的活泼性不同造成了失电子的能力不同,负极失电子能力更强。所以负极失电子,电子沿导线流向正极,电子的定向移动形成电流。
[提升2] 有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:①A、B用导线相连后,同时插入稀H2SO4中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电子由C→导线→D;③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4,C极产生大量气泡;④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应。则四种金属的活动性顺序为( )A.A>B>C>D B.A>C>D>BC.C>A>B>D D.B>D>C>A
解析:①A、B用导线相连后,同时插入稀H2SO4中,A极为负极,A的活泼性大于B;②C、D用导线相连后,同时浸入稀H2SO4中,电子由C→导线→D,C是负极,C的活泼性大于D;③A、C相连后,同时浸入稀H2SO4,C极产生大量气泡,A是负极、C是正极,A的活泼性大于C;④B、D相连后,同时浸入稀H2SO4中,D极发生氧化反应,D是负极,D的活泼性大于B;所以四种金属的活动性顺序为A>C>D>B。
关键能力(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)设计原电池原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。设计思路:以自发发生的氧化还原反应为基础,把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应,以两极反应为依据,确定电极材料及电解质溶液,最后画出装置图。
解析:A项,正极发生还原反应,电极反应为Fe3++e-===Fe2+,错误;B项,左边烧杯中发生Fe3++e-===Fe2+,则左烧杯中溶液的红色逐渐变浅,正确;C项,阴离子向原电池的负极移动,错误;D项,若将甲烧杯中的溶液换成稀硝酸,铜被氧化,铜为负极,电流表指针偏转方向不变,错误。
2.(双选)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 ( )A.在外电路中,电流由铜电极流向银电极B.正极反应为Ag++e-===AgC.实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作D.将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
解析:A项Cu为负极,电子由Cu电极流向Ag电极;C项取出盐桥,电池不能形成闭合回路,不能继续工作。
3.研究人员研制出一种锂水电池,可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料,以LiOH为离子导体,使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是( )A.水既是氧化剂又是溶剂B.放电时正极上有氢气生成C.放电时OH-向正极移动D.总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
解析:这种电池名称叫锂水电池。可推测其总反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,再写出其电极反应:负极为2Li-2e-===2Li+;正极为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,结合选项分析A、B、D都是正确的。
4.某学习小组用如图所示装置A、B分别探究金属锌与稀硫酸的反应,实验过程中A烧杯内的溶液温度升高,B烧杯的电流计指针发生偏转,请回答以下问题。
(1)A烧杯中反应的离子方程式为________________________。(2)B中Zn板是____极,发生的电极反应是________________,Cu板上的现象是____________,发生的电极反应是_______________。(3)从能量转化的角度来看,A、B中反应物的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)生成物总能量,A中是将化学能转变为_____,B中主要是将化学能转变为______。
Zn+2H+===Zn2++H2↑
Zn-2e-===Zn2+
2H++2e-===H2↑
解析:(1)锌与氢离子反应生成锌离子与氢气,离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑;(2)锌-铜-稀硫酸原电池中,活泼金属锌作负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,氢离子在正极铜上得电子产生氢气,电极反应为2H++2e-===H2↑;(3)A烧杯中温度升高,该反应是放热反应,所以反应物总能量大于生成物总能量;该反应将化学能转化成热能,原电池是将化学能转化成电能;
(4)该小组同学反思原电池的原理,其中观点正确的是______(填字母序号)。A.原电池反应的过程中一定有电子转移B.原电池装置需要2个电极C.电极一定不能参加反应D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生
解析: 原电池要有自发进行的氧化还原反应发生,一定有电子的转移,故A正确;原电池的构成条件必须有两个电极,故B正确;活泼金属作负极失电子发生氧化反应,正极上得电子发生还原反应,一般负极溶解,正极质量增加或析出气体,故C错误;负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故D正确。
5.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置,完成下列问题:
负极:Zn-2e-===Zn2+;正极:Cu2++2e-===Cu;总方程式:Zn+Cu2+===Cu+Zn2+
练后反思原电池中电子和离子的移动方向(1)外电路:电子由负极流向正极,与电流方向相反。(2)内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极,电流由负极流向正极,具体情况如图所示。
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