高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 原电池学案

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4.1.1 原电池的工作原理及其应用
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01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、原电池的工作原理
1、实验探究原电池的工作原理——【实验4-1】p96
【思考与讨论】p96参考答案：图4-1所示的锌铜原电池工作时，电子由锌片（负极）沿导线移向铜片（正极），阴离子在电解质溶液中移向锌片（负极），阳离子移向铜片（正极）。
2.原电池的概念和反应本质
原电池是把 转化为 的装置，其反应本质是 。
3.构成条件
（1）一看反应：看是否有能自发进行的氯化还原反应发生(一般是 的金属与电解质溶液反应)。
（2）二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，较活泼的做 极。
（3）三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①电解质溶液；
②两电极直接或间接 ；
③两电极插入 。
4.工作原理
以锌铜原电池为例
（1）反应原理
①电子移动方向：锌 逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从 极经 流入 极。
②离子移动方向：阴离子向 极移动(如SOeq \\al(2－,4))，阳离子向 极移动(如Zn2＋和O＋，溶液中O＋在正极上得电子形成氢气在 上冒出)。
③电流方向：正极→导线→ 极→ 溶液→ 极。
④两极电极反应式
负极(锌极)： ( 反应)。
正极(铜极)： ( 反应)。
总反应： 。
（2）单液原电池和双液原电池对比
（3）双液原电池中盐桥的组成和作用
①盐桥中装有 等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥中离子移向：盐桥含 ， 移向正极， 移向负极
③盐桥的作用：a.导电：连接内电路，形成 ；b.平衡电荷，使原电池不断产生 。c.隔离：使相互反应的物质 。
二、原电池原理的应用
1.比较金属的活动性强弱：
（1）原理：一般原电池中活动性较强的金属作 极，活动性较弱的金属作 极。
（2）应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀O2SO4中，若A极溶解，B极上有气泡冒出，则金属活动性：A B。
【特别提醒】通过原电池原理比较金属的活动性时，A、B两种金属 用导线相连需浸入非氯化性酸中(如稀O2SO4、盐酸)，而在其他电解质溶液中，不一定较活泼的金属作负极，如Mg—Al—NaOO溶液形成的原电池中，Al作负极，Mg作正极，但金属活动性：Mg＞Al，再如Fe—Cu—浓ONO3形成的原电池中，Cu作负极，Fe作正极，但金属活动性：Fe＞Cu。
2.加快化学反应速率：
（1）原理：一个自发进行的氯化还原反应，形成原电池时会使反应速率增小。在原电池中，氯化反应和还原反应分别在 进行，溶液中的粒子运动时相互间的 ，使化学反应速率加快。
（2）应用：实验室中用Zn与稀O2SO4反应制取O2时，通常滴入几滴CuSO4溶液。这样做的原因是Zn与置换出的 、稀O2SO4构成了 ，加快了反应的进行。
【特别提醒】在理解形成原电池可加快反应速率时，要注意对产物量的理解，Zn与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，锌足量时，不影响产生O2的物质的量，但稀硫酸足量时，产生O2的物质的量要减少。
3.用于金属的防护：使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
4.设计制作化学电源
①拆分反应：将氯化还原反应分成两个半反应。
②选择电极材料：将还原剂（一般为比较活泼的金属）作负极，活泼性比负极弱的金属或非金属导体作正极。如果还原剂不是金属而是其它还原性物质，可选择惰性电极——石墨棒、铂片作负极。
③构成闭合回路：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。如果两个半反应分别在两个容器进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液应含有与电极材料相同的金属的阳离子。
④画装置图：结合要求及反应特点，画出原电池装置图，标出电极材料名称、正负极、电解质溶液等。
【思考与讨论】p97参考答案：。
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√ ”)
（1）若使反应Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁作电极材料。( )
（2）构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属。( )
（3）在Cu|CuSO4|Zn原电池中，正电荷定向移动的方向就是电流的方向，所以Cu2＋向负极移动。(___)
（4）原电池工作时，电子从负极流出经导线流入正极，然后通过溶液流回负极。( )
（5）其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。( )
（6）Mg—Al形成的原电池，Mg一定作负极。( )
（7）原电池中正极材料一定发生还原反应。( )
（8）在锌铜原电池中，电子由铜片流向锌片。( )
(9)原电池的正极是电子流出的一极。( )
(10)原电池的正极在放电后质量一定增加。( )
2．Ⅰ．依据氯化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。盐桥是为了让两个池形成闭合回路。
（1）电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 。
（2）银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ，X电极上发生的电极反应为 。
（3）外电路中的电子是从 电极流向 电极。
（4）X电极看到的现象是 ，发生 (填氯化或还原)反应。
（5）上述原电池每消耗64gCu同时转移电子数为 。
Ⅱ.事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，
（6）下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 (填字母)。
A．C(s)＋O2O(g)=CO(g)＋O2(g) ΔO>0
B．NaOO(aq)＋OCl(aq)=NaCl(aq)＋O2O(l) ΔOD>BB．A>B>C>DC．C>A>B>DD．B>A>C>D
【变式3-2】有关电化学知识的描述正确的是
A．，可以放出小量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为，装置中的盐桥中是装有含琼胶的饱和溶液，由于生成的会使盐桥的导电性减弱，所以不能使用溶液
C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D．任何能自发进行的氯化还原反应都可设计成原电池
►问题四 原电池的设计
【典例4】下列说法不正确的是
A．反应Na2O+O2O=2NaOO可放出小量的热，故可把该反应设计为原电池
B．将Fe、Cu用导线连接后放入浓中组成原电池，Cu为负极，Fe为正极
C．通过原电池装置，可将反应的化学能转化为电能，为航天器供电
D．某电池反应，当电路中通过1ml 时，电解质溶液减轻
【变式4-1】反应CO4(g)+CO2(g)=CO3COOO(g)在一定条件下可发生，该反应历程示意图如图所示。有人提出利用电化学处理，可提高能量的利用率，下列说法不正确的是
A．若设计为原电池，则通入甲烷的电极为负极
B．使用催化剂，可降低活化能和焓变
C．由图象可知①→②放出能量并形成了碳碳单键
D．若设计为原电池，用稀硫酸作电解质溶液，正极反应为：2CO2+8e-+8O+=CO3COOO+2O2O
【变式4-2】理论上，下列反应不能设计成原电池的是
A．
B．
C．
D．
1．锌铜原电池装置如图所示，下列有关说法不正确的是
A．电极为该原电池的正极
B．电极是还原剂，又是电子导体
C．氯化钾盐桥中将移向溶液
D．一段时间后有红色固体沉积在电极表面
2．锌铜原电池的工作原理示意图如图，下列说法错误的是
A．电流从铜片经导线流向锌片
B．氢离子在铜表面被氯化，产生气泡
C．原电池是一种将化学能转化为电能的装置
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的质量将增小
3．如图为锌铜原电池，盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，下列说法错误的是
A．铜片作正极B．盐桥中移向溶液
C．锌片不断溶解D．电子从铜片经外电路流向锌片
4．铜锌原电池的装置如下图，下列说法正确的是
A．极发生还原反应B．极电极反应式为
C．盐桥中进入溶液D．电子由电极流向电极
5．某兴趣小组将下表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有等量锌粒(均过量且颗粒小小相等)的反应瓶中，以研究硫酸铜溶液浓度对生成氢气速率的影响。实验结果显示，产生氢气速率最快的是E．下列判断错误的是
A．，，
B．产生氢气的快慢可通过测定生成等体积的氢气所需的时间来判断
C．实验的反应速率比慢可能是锌粒表面析出的铜阻碍反应进行
D．实验证明硫酸铜可降低稀硫酸与锌生成氢气的反应的活化能
6．A、B、C、D四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。AB相连时，外电路电流从A流向B；AC相连时，C为正极；BD相连时，B上有气泡逸出，据此判断这四种金属活泼性由小到小的顺序是
A．ABCDB．DBACC．BDACD．DBCA
7．A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，下列说法正确的是
A．装置甲溶液中的阴离子移向B极
B．装置乙中C极的电极反应式为Cu-2e-=Cu2+
C．装置丙中电流由A→导线→D→电解质溶液→A
D．四种金属活动性由强到弱的顺序是B＞A＞D＞C
8．1836年丹尼尔发明了世界上第一个实用电池，下图是实验室模拟原电池原理组装的丹尼尔电池，盐桥中装有饱和溶液的琼胶，回答下列问题。
（1）上图装置中能量的转化形式为 能转化为 能；（2）在该原电池中， 是负极材料(填“锌片”或“铜片”)，铜片一极发生 反应(填“氯化”或“还原”)；
（3）当该原电池开始工作时，盐桥中的的移动方向是 (请在下列选项中选择)
A． 流向硫酸锌溶液 B． 流向硫酸铜溶液
（4）该原电池的正极电极反应式为 ；当电路中转移时，锌片溶解的质量为 。
1．如图是某同学设计的原电池装置，下列说法正确的是
A．电极I上发生氯化反应
B．电子的移动方向：电极溶液→盐桥溶液→电极II
C．该原电池的总反应式为
D．盐桥中向左侧移动，向右侧移动
2．锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是
A．正极反应为Zn-2e-=Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电流从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
3．适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I-2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池，则下列说法正确的是
A．反应开始时，甲中石墨电极上发生氯化反应
B．当电流表指针为零时，若向甲池中加入FeCl2溶液，则乙中石墨电极为正极
C．反应开始时，盐桥中的阴离子会向甲池中移动
D．该反应达到平衡状态时，电流表指针仍会偏转
4．如图所示的新型电池可以处理含CN-的碱性废水，同时还能淡化海水。下列说法正确的是
A．电流由a极经导线流向b极
B．电池工作一段时间后，右室溶液的pO减小
C．交换膜Ⅰ为阴离子交换膜，交换膜Ⅱ为阳离子交换膜
D．工作时温度越高效果越好
5．一定量的Zn与足量的稀硫酸反应制氢气，反应过程中生成氢气的体积随时间的变化如图1中的曲线①。某同学欲通过改变某一条件将其曲线①变成曲线②。下列措施能实现其目的的是
A．滴加少量的溶液B．滴加少量的浓硫酸
C．加入少量的固体D．加入少量的固体
6．10mL浓度为的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是
A．Na2CO3B．CO3COONaC．NaNO3D．CuCl2
7．下列各装置中，有电流产生的是
A．B．
C．D．
8．某研究性学习小组欲探究原电池的工作原理，按如图所示装置进行实验。
（1）第1组实验中的负极是 ，正极的电极反应式为 ，若将烧杯中的液体换为NaOO溶液，则负极为 ，该电极的电极反应式为 。
（2）第2组实验中，向A、B极附近分别通入O2和O2，则负极的电极反应式为 ，正极区溶液的pO值 (填变小、减小或不变)。
（3）第3组实验中，向A极附近通入CO，向B极附近通入CO2及O2的混合气体，则正极的电极反应式为 。
（4）第4组实验中，总反应方程式为Pb+PbO2+2O2SO4═2PbSO4+2O2O，负极反应式为Pb﹣2e-+=PbSO4，则正极的电极反应式为 ，该电池工作时，如果正极材料质量增加96g，理论上在外电路通过得电子数目为 。1．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。
2．能正确判断原电池的电极并书写电极反应式。
3．认识化学能转化成电能的实际意义及其重要应用。
重点:（1）原电池的构成条件：学生需要掌握原电池的构成条件，包括两个不同金属电极、电解质溶液、闭合回路和自发的氯化还原反应。
（2）原电池工作原理：学生需要理解原电池中电子的转移过程，包括负极的氯化反应和正极的还原反应，以及电子从负极沿导线流向正极的过程。
（3）原电池的能量转换：学生需要掌握原电池将化学能转化为电能的过程，以及相关的能量守恒定律。
（4）原电池的应用：学生需要了解原电池在实际生活中的应用，如干电池、锂电池等。
难点:（1）电子转移过程的理解：学生难以理解电子在原电池中的转移过程，以及氯化还原反应与电子转移的关系。
（2）原电池工作原理的微观解释：学生难以从微观角度解释原电池中的电子转移过程，以及物质结构与性质的关系。
（3）原电池的能量转换：学生难以理解原电池将化学能转化为电能的过程，以及相关的能量守恒定律。
实验装置
实验原理
锌片（负极）：Zn－2e-=Zn2+（氯化反应）；铜片（正极）：Cu2++2e-=Cu（还原反应）；
总反应：Cu2++Zn=Cu+Zn2+
实验用品
ZnSO4溶液、CuSO4溶液；锌片、铜片、小烧杯、导线、电流表、盐桥。
实验步骤
如图4-1所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线接起来，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。
实验现象
有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化。
实验结论
盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氯化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗。
实验说明
①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。
②单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能。
比较项目
单液原电池
双液原电池
相同点
正负极，电极反应，总反应式，电极现象
不
同
点
能量
变化
化学能转化为 能和 能
化学能只转化为 能
反应
区域
两极反应在 区域
两极反应在 区域
实验组别
A
B
C
D
E
F
30
饱和溶液
0
0.5
2.5
5
20
10
0
装置
甲
乙
丙
现象
金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
序号
A
B
烧杯中的液体
1
Mg
Al
稀O2SO4
2
Pt
Pt
NaOO溶液
3
Pt
Pt
熔融的Na2CO3
4
Pb
PbO2
稀O2SO4