高中化學(xué) 第1章 第3節(jié) 第1課時(shí) 原電池的工作原理課件 魯科版選修4

考向三考向一第3節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池第 1課時(shí)原電池的工作原理晨背關(guān)鍵語句理解教材新知應(yīng)用創(chuàng)新演練把握熱點(diǎn)考向考向二第第1 1章章化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)與與能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)一隨堂基礎(chǔ)鞏固課時(shí)跟蹤訓(xùn)練 (1)判斷一個(gè)裝置是否構(gòu)成原電池的關(guān)鍵就是抓住判斷一個(gè)裝置是否構(gòu)成原電池的關(guān)鍵就是抓住“一一 看二標(biāo)看二標(biāo)”，一看是否有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，二，一看是否有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，二標(biāo)是以構(gòu)成原電池的三個(gè)條件為標(biāo)準(zhǔn)：兩個(gè)活動(dòng)性不標(biāo)是以構(gòu)成原電池的三個(gè)條件為標(biāo)準(zhǔn)：兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極、插入電解質(zhì)溶液、形成閉合回路。同的電極、插入電解質(zhì)溶液、形成閉合回路。 (2)正極材料活潑性負(fù)極材料活潑性，正極通常正極材料活潑性負(fù)極材料活潑性，正極通常具備特定的現(xiàn)象：有氣體生成、電極質(zhì)量增加或不變具備特定的現(xiàn)象：有氣體生成、電極質(zhì)量增加或不變等；負(fù)極通常不斷溶解，質(zhì)量減小。等；負(fù)極通常不斷溶解，質(zhì)量減小。 (3)設(shè)計(jì)原電池的基本思路：先將氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池的基本思路：先將氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)(即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)即氧化反應(yīng)和還原反應(yīng))，然后，然后根據(jù)構(gòu)成原電池的條件，選擇合適的電極材料及適根據(jù)構(gòu)成原電池的條件，選擇合適的電極材料及適宜的電解質(zhì)溶液，將兩電極用導(dǎo)線連接插入電解質(zhì)宜的電解質(zhì)溶液，將兩電極用導(dǎo)線連接插入電解質(zhì)溶液形成閉合回路，即可成功設(shè)計(jì)原電池。溶液形成閉合回路，即可成功設(shè)計(jì)原電池。1原電池原電池(以銅鋅原電池為例以銅鋅原電池為例)(1)裝置：裝置：(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：檢流計(jì)指針檢流計(jì)指針電極表面變化情況電極表面變化情況發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)，銅片質(zhì)量量 發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片質(zhì)量鋅片質(zhì)量 ，銅片質(zhì)，銅片質(zhì)量量減少減少增加增加減少減少增加增加(3)實(shí)驗(yàn)分析：實(shí)驗(yàn)分析：Zn極極Cu極極電子流向電子流向由由 極流向極流向 極極電子得失電子得失Zn失電子失電子溶液中溶液中Cu2得電子得電子電極名稱電極名稱 極極 極極能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化 能轉(zhuǎn)化為能轉(zhuǎn)化為 能能ZnCu負(fù)負(fù)正正化學(xué)化學(xué)電電 2.原電池的工作原理原電池的工作原理 外電路中電子由外電路中電子由 極流向極流向 極；內(nèi)電路極；內(nèi)電路(電解質(zhì)電解質(zhì)溶液溶液)中陰離子移向中陰離子移向 極，陽離子移向極，陽離子移向 極；電子發(fā)極；電子發(fā)生定向移動(dòng)從而形成電流，實(shí)現(xiàn)了生定向移動(dòng)從而形成電流，實(shí)現(xiàn)了 能向能向 能的能的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化。 3銅鋅原電池電極反應(yīng)及電池反應(yīng)銅鋅原電池電極反應(yīng)及電池反應(yīng) 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極： 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)：負(fù)負(fù)正正負(fù)負(fù)正正化學(xué)化學(xué)電電Zn2e=Zn2Cu22e=CuZnCuSO4=ZnSO4Cu 4組成原電池的條件組成原電池的條件 (1) 不同的兩塊電極材料不同的兩塊電極材料(金屬和金屬金屬和金屬或金屬和非金屬或金屬和非金屬)； (2)電極均與電極均與 接觸；接觸； (3)形成閉合電路；形成閉合電路； (4)能自發(fā)地發(fā)生能自發(fā)地發(fā)生 反應(yīng)。反應(yīng)。活動(dòng)性活動(dòng)性電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液氧化還原氧化還原(1)原電池正、負(fù)極的判斷方法：原電池正、負(fù)極的判斷方法： (2)鹽橋的作用：鹽橋的作用： 通過離子在鹽橋中的定向移動(dòng)，使兩個(gè)隔離的通過離子在鹽橋中的定向移動(dòng)，使兩個(gè)隔離的電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。電解質(zhì)溶液連接起來，可使電流持續(xù)傳導(dǎo)。 使用鹽橋是將兩個(gè)半電池完全隔開，使副反使用鹽橋是將兩個(gè)半電池完全隔開，使副反應(yīng)減至最低程度，可以獲得單純的電極反應(yīng)。有利于最應(yīng)減至最低程度，可以獲得單純的電極反應(yīng)。有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (3)原電池的電極類型不僅跟電極材料有關(guān)，還與原電池的電極類型不僅跟電極材料有關(guān)，還與電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān)，如電解質(zhì)溶液的性質(zhì)有關(guān)，如MgAl電極在稀硫酸中電極在稀硫酸中構(gòu)成原電池時(shí)，構(gòu)成原電池時(shí)，Mg作負(fù)極，作負(fù)極，Al作正極，但若以作正極，但若以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，則溶液為電解質(zhì)溶液，則Al為負(fù)極，為負(fù)極，Mg為正極。為正極。1下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是 ()解析：解析：酒精為非電解質(zhì)，酒精為非電解質(zhì)，A錯(cuò)誤；選項(xiàng)錯(cuò)誤；選項(xiàng)B中未使用中未使用鹽橋，沒有形成閉合回路；鹽橋，沒有形成閉合回路；C項(xiàng)中兩個(gè)電極材料項(xiàng)中兩個(gè)電極材料相同，不能形成原電池。依據(jù)原電池的構(gòu)成條件相同，不能形成原電池。依據(jù)原電池的構(gòu)成條件可知可知D正確。正確。答案：答案：D 1.加快氧化還原反應(yīng)的速率加快氧化還原反應(yīng)的速率 如實(shí)驗(yàn)室用如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸和稀硫酸(或稀鹽酸或稀鹽酸)反應(yīng)制反應(yīng)制H2，常用粗鋅，常用粗鋅，它產(chǎn)生它產(chǎn)生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質(zhì)、鋅和稀硫酸的溶的速率快。原因是粗鋅中的雜質(zhì)、鋅和稀硫酸的溶液形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產(chǎn)生液形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產(chǎn)生H2的速率加快。的速率加快。 2比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱 如有兩種金屬如有兩種金屬A和和B，用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀，用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀察到察到A極溶解，極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生，根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出極上有氣泡產(chǎn)生，根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出A是是負(fù)極，負(fù)極，B是正極；一般情況下，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)是正極；一般情況下，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性性AB，即原電池中，活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動(dòng)性弱的金，即原電池中，活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動(dòng)性弱的金屬為正極。屬為正極。 3設(shè)計(jì)原電池設(shè)計(jì)原電池 設(shè)計(jì)原電池時(shí)要緊扣原電池的構(gòu)成條件。設(shè)計(jì)原電池時(shí)要緊扣原電池的構(gòu)成條件。 (1)首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)；首先將已知氧化還原反應(yīng)拆分為兩個(gè)半反應(yīng)； (2)根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出根據(jù)原電池的電極反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。正負(fù)極材料及電解質(zhì)溶液。 電極材料的選擇：電極材料的選擇： 在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極；氧化在原電池中，選擇還原性較強(qiáng)的物質(zhì)作為負(fù)極；氧化性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導(dǎo)電。性較強(qiáng)的物質(zhì)作為正極。并且，原電池的電極必須導(dǎo)電。 電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液的選擇： 電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)解質(zhì)溶液中溶解的其他物質(zhì)能與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)(如空氣中如空氣中的氧氣的氧氣)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中中間連接鹽橋間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇與電極材料相同的陽離子。如在鋅電極材料相同的陽離子。如在鋅銅銅硫酸構(gòu)成的原電硫酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有池中，負(fù)極金屬鋅浸泡在含有Zn2的電解質(zhì)溶液中，而的電解質(zhì)溶液中，而正極金屬銅浸泡在含有正極金屬銅浸泡在含有Cu2的溶液中。的溶液中。 (3)按要求畫出原電池裝置圖。按要求畫出原電池裝置圖。 (4)注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 設(shè)計(jì)原電池有以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。設(shè)計(jì)原電池有以下兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。 a電解質(zhì)溶液：一般能與負(fù)極反應(yīng)或者溶解在溶液電解質(zhì)溶液：一般能與負(fù)極反應(yīng)或者溶解在溶液中的物質(zhì)中的物質(zhì)(如如O2)與負(fù)極反應(yīng)。與負(fù)極反應(yīng)。 b電極材料：一般較活潑的金屬作負(fù)極，較不活潑電極材料：一般較活潑的金屬作負(fù)極，較不活潑的金屬或非金屬作正極。的金屬或非金屬作正極。 設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原方程式中無明確的電解設(shè)計(jì)原電池時(shí)，若氧化還原方程式中無明確的電解質(zhì)溶液，可用水做電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加質(zhì)溶液，可用水做電解質(zhì)，但為了增強(qiáng)其導(dǎo)電性，通常加入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸，如燃料電池，水中一般要加入入強(qiáng)堿或一般的強(qiáng)酸，如燃料電池，水中一般要加入KOH或或H2SO4。2設(shè)計(jì)原電池設(shè)計(jì)原電池Zn2Fe3=Zn22Fe2，在，在 方框中畫出能形成穩(wěn)定電流的半電池形式的裝方框中畫出能形成穩(wěn)定電流的半電池形式的裝 置圖置圖(標(biāo)出電極材料、電解質(zhì)溶液標(biāo)出電極材料、電解質(zhì)溶液)負(fù)極：負(fù)極：_，電極反應(yīng)：，電極反應(yīng)：_；正極：正極：_，電極反應(yīng)：，電極反應(yīng)：_。解析：解析：分析元素化合價(jià)的變化可知，分析元素化合價(jià)的變化可知，Zn為負(fù)極，比為負(fù)極，比Zn活潑性差的金屬或非金屬石墨等作正極，選擇與活潑性差的金屬或非金屬石墨等作正極，選擇與電極材料有相同離子的溶液作電解質(zhì)溶液。電極材料有相同離子的溶液作電解質(zhì)溶液。答案：答案：ZnZn2e=Zn2Pt2Fe32e=2Fe2例例1下列裝置中，電流表指針能發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是下列裝置中，電流表指針能發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是 () 解析解析A項(xiàng)中鋅電極和乙燒杯中的電解質(zhì)溶液不項(xiàng)中鋅電極和乙燒杯中的電解質(zhì)溶液不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池，能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不能構(gòu)成原電池，A項(xiàng)錯(cuò)誤；項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)中冰醋酸不導(dǎo)電，不構(gòu)成原電池，項(xiàng)中冰醋酸不導(dǎo)電，不構(gòu)成原電池，B項(xiàng)錯(cuò)誤；項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)中項(xiàng)中裝置符合構(gòu)成原電池的條件，但兩極直接接觸，相當(dāng)于裝置符合構(gòu)成原電池的條件，但兩極直接接觸，相當(dāng)于短路，因此電路中無電流，短路，因此電路中無電流，C項(xiàng)錯(cuò)誤。項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案答案D 原電池電極反應(yīng)式的書寫原電池電極反應(yīng)式的書寫 (1)先分析有無外接直流電源，無外接直流電源的可先分析有無外接直流電源，無外接直流電源的可能是原電池。能是原電池。 (2)然后依據(jù)原電池的形成條件判斷裝置是否為原電然后依據(jù)原電池的形成條件判斷裝置是否為原電池，方法如下：池，方法如下：提示：提示：電流表電流表指針能發(fā)生偏轉(zhuǎn)。指針能發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因?yàn)榇姿崴芤阂驗(yàn)榇姿崴芤簽殡娊赓|(zhì)溶液，為電解質(zhì)溶液，符合原電池符合原電池的構(gòu)成條件。的構(gòu)成條件。 1.B項(xiàng)中若將冰醋酸改為項(xiàng)中若將冰醋酸改為醋酸水溶液，電流表指針醋酸水溶液，電流表指針 能能, ,否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？否發(fā)生偏轉(zhuǎn)？例例2(2010廣東高考廣東高考)銅鋅原電池銅鋅原電池(如圖如圖)工作工作時(shí)，下列敘述正確的是時(shí)，下列敘述正確的是 ()A正極反應(yīng)為正極反應(yīng)為Zn2e=Zn2B電池反應(yīng)為電池反應(yīng)為ZnCu2=Zn2CuC在外電路中，電子從負(fù)極流向正極在外電路中，電子從負(fù)極流向正極D鹽橋中的鹽橋中的K移向移向ZnSO4溶液溶液 解析解析電池的正極得電子，電池的正極得電子，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合該電選項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合該電池的裝置圖可知，該過程中的氧化還原反應(yīng)為池的裝置圖可知，該過程中的氧化還原反應(yīng)為ZnCu2=Zn2Cu，B選項(xiàng)正確；外電路中，電子從負(fù)極流向選項(xiàng)正確；外電路中，電子從負(fù)極流向正極，正極，C選項(xiàng)正確；左燒杯中由于選項(xiàng)正確；左燒杯中由于Zn失去電子形成失去電子形成Zn2，使得該燒杯中正電荷的離子增加，為維持電中性，使得該燒杯中正電荷的離子增加，為維持電中性，K應(yīng)應(yīng)該通過鹽橋流向該通過鹽橋流向CuSO4所在的右燒杯，所在的右燒杯，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案答案BC(1)一般電極反應(yīng)式的書寫：一般電極反應(yīng)式的書寫：(2)復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫：復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫： (3)題目給定總反應(yīng)式：題目給定總反應(yīng)式： 分析化合價(jià)，確定電極反應(yīng)物與產(chǎn)物，按照負(fù)分析化合價(jià)，確定電極反應(yīng)物與產(chǎn)物，按照負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)的原理，寫出正、極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)的原理，寫出正、負(fù)電極的反應(yīng)物與產(chǎn)物。負(fù)電極的反應(yīng)物與產(chǎn)物。 在反應(yīng)式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子在反應(yīng)式的左邊寫出得失電子數(shù)，使得失電子守恒。守恒。 根據(jù)質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式。根據(jù)質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式。(2012蘇州模擬蘇州模擬)將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一稀鹽酸溶液中，并經(jīng)過一段時(shí)間后，下列敘述中正稀鹽酸溶液中，并經(jīng)過一段時(shí)間后，下列敘述中正確的是確的是()A負(fù)極有負(fù)極有Cl2逸出，正極有逸出，正極有H2逸出逸出B負(fù)極附近負(fù)極附近Cl的濃度減小的濃度減小C正極附近正極附近Cl的濃度逐漸增大的濃度逐漸增大D溶液中溶液中Cl的濃度基本不變的濃度基本不變解析：解析：在該原電池中，在該原電池中，F(xiàn)e為負(fù)極，電極反應(yīng)為為負(fù)極，電極反應(yīng)為Fe2e=Fe2，Ag為正極，電極反應(yīng)為為正極，電極反應(yīng)為2H2e=H2，Cl移向負(fù)極，但整個(gè)溶液中移向負(fù)極，但整個(gè)溶液中Cl的濃度基本保持的濃度基本保持不變，不變，D正確。正確。答案：答案：D 例例3把把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線相連組成原電池。若用導(dǎo)線相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，相連時(shí)，a為負(fù)極。為負(fù)極。c、d相連時(shí)，電流由相連時(shí)，電流由d到到c。a、c相連時(shí)，相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣極上產(chǎn)生大量氣泡。泡。b、d相連時(shí)，相連時(shí)，b極上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬極上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為 () AabcdBacdb Ccabd Dbdca 解析解析根據(jù)原電池原理，作為負(fù)極的金屬的活動(dòng)性比根據(jù)原電池原理，作為負(fù)極的金屬的活動(dòng)性比正極金屬的活動(dòng)性強(qiáng)。電子流動(dòng)方向是負(fù)極流向正極，電流正極金屬的活動(dòng)性強(qiáng)。電子流動(dòng)方向是負(fù)極流向正極，電流方向與電子流動(dòng)方向相反，溶液中的方向與電子流動(dòng)方向相反，溶液中的H在正極上得電子生成在正極上得電子生成H2，因此可依次作出如下判斷：活動(dòng)性，因此可依次作出如下判斷：活動(dòng)性ab，cd，ac，db，綜合得到結(jié)論：金屬活動(dòng)性順序?yàn)椋C合得到結(jié)論：金屬活動(dòng)性順序?yàn)閍cdb，所以，所以B項(xiàng)正確。項(xiàng)正確。 答案答案B 利用原電池原理比較利用原電池原理比較a、b兩種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的兩種金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的方法：將金屬方法：將金屬a和和b用導(dǎo)線相連后插入稀用導(dǎo)線相連后插入稀H2SO4或或b的可的可溶性鹽溶液中，觀察到溶性鹽溶液中，觀察到a極溶解，極溶解，b極上產(chǎn)生氣泡或質(zhì)極上產(chǎn)生氣泡或質(zhì)量增加，則量增加，則a作負(fù)極，作負(fù)極，b作正極，即金屬活潑性作正極，即金屬活潑性ab。提示：提示：不能，不能，盡管盡管Mg比比Al活潑，活潑，但但Mg與與NaOH溶液不反應(yīng)，溶液不反應(yīng)，而而Al與與NaOH溶液發(fā)生氧化溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在還原反應(yīng)，在Mg、Al和和NaOH溶液構(gòu)溶液構(gòu)成的原電池中，成的原電池中，Al作負(fù)極。作負(fù)極。 2.將將Mg、Al兩種金屬用導(dǎo)線兩種金屬用導(dǎo)線相連浸入相連浸入NaOH溶液中，溶液中，Al片溶片溶解而解而Mg片上產(chǎn)生氣泡，能否據(jù)片上產(chǎn)生氣泡，能否據(jù)此判斷此判斷Mg、Al的活潑性？的活潑性？