化學魯科版選修4課件：第1章 第3節(jié) 第1課時原電池工作原理

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歡迎進入化學課堂 第3節(jié)化學能轉化為電能 電池 第1課時原電池工作原理 1 了解原電池的工作原理 2 掌握構成原電池的條件 3 會設計原電池 一 銅鋅原電池的實驗探究1 裝置 2 鹽橋 1 成分 KCl飽和溶液 2 離子移動方向 Cl 移向溶液 K 移向溶液 3 作用 使兩個半電池溶液連成一個通路 使兩溶液保持電中性 ZnSO4 CuSO4 3 實驗現象 偏轉 偏轉 減少 減少 增加 增加 4 實驗分析及電極反應 失電子 負極 氧化反應 還原反應 溶液中Cu2 得電子 正極 Cu2 2e Cu Zn Zn2 2e 負極 正極 二 原電池1 定義 將轉化為的裝置 2 構成條件 1 由兩種活潑性不同的金屬或由金屬和非金屬作電極 一般較活潑金屬作 較不活潑金屬或非金屬作 2 兩電極必須同時浸在中 3 兩電極之間要用導線 或鹽橋 形成 4 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應 有明顯電流產生時需具備此條件 化學能 電能 負極 正極 電解質溶液 閉合回路 3 工作原理 以銅鋅原電池為例 開放探究 1 構成原電池的化學反應有何特點 2 如何用反應2Fe3 Fe 3Fe2 設計原電池 提示 1 必須是自發(fā)的氧化還原反應 原電池是化學能轉化為電能的裝置 發(fā)生的反應必定是放熱反應 即反應的焓變小于零 2 其他答案合理也可 1 在理論上不能用于設計原電池的化學反應是 A H2SO4 aq BaCl2 aq 2HCl aq BaSO4 s H 0B 2CH3OH l 3O2 g 2CO2 g 4H2O l H 0C 4Fe OH 2 s 2H2O l O2 g 4Fe OH 3 s H 0D 3Cu s 8HNO3 aq 3Cu NO3 2 aq 2NO g 4H2O l H 0 解析 用于設計成原電池的反應一般為放熱的 可以自發(fā)進行的氧化還原反應 所以A不能 因為A為復分解反應 是非氧化還原反應 答案 A 2 將銅和鋅用導線連接插入到鹽酸中 關于該裝置的敘述 正確的是 A 鋅是負極 銅的表面有氣泡B 電子從銅極經外電路流向鋅極C 溶液中Cl 向銅極移動D 溶液的pH基本沒有變化 解析 B項鋅失去電子 電子從負極流向正極 電流方向與電子流向相反 B錯 原電池中陰離子流向負極 C錯 H 在正極得電子生成H2 所以溶液中H 濃度降低 pH增大 答案 A 3 在下圖中的8個裝置中 屬于原電池的是 解析 構成原電池要有四個基本條件 a 電解質溶液 b 兩個電極 其中一個相對較活潑 另一個相對較不活潑 兩個電極直接或間接地連接在一起 并插入電解質溶液中 c 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應 d 形成閉合回路 符合條件 答案 一 正 負極的判斷1 由組成原電池的電極材料判斷 一般是活潑的金屬為負極 活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極 2 根據電流方向或電子流動方向判斷 電流是由正極流向負極 電子流動方向是由負極流向正極 3 根據原電池里電解質溶液內離子的定向流動方向判斷 在原電池的電解質溶液內 陽離子移向的極是正極 陰離子移向的極是負極 4 根據原電池兩極發(fā)生的變化來判斷 原電池的負極總是失電子發(fā)生氧化反應 其正極總是得電子發(fā)生還原反應 5 根據電極是否被溶解判斷 被溶解的電極為負極 增重或有氣泡產生的電極為正極 原電池的電極類型不僅跟電極材料有關 還與電解質溶液的性質有關 如鎂 鋁電極在稀硫酸中構成原電池 鎂為負極 鋁為正極 而鎂 鋁電極在氫氧化鈉溶液中構成原電池 鋁為負極 鎂為正極 2011 寧波高二質檢 如圖所示裝置中 可觀察到電流計指針偏轉 M棒變粗 N棒變細 由此判斷下表中所列M N P物質 其中可以成立的是 由M棒變粗知M棒表面析出金屬 發(fā)生還原反應 應為原電池的正極 同理由N棒變細知N棒為負極 再根據原電池的構成條件知 金屬活性N M 故A D項不符合題意 B項的正極反應為 2H 2e H2 不符合題意 C項 負極反應為Zn Zn2 2e 正極反應為2Ag 2e 2Ag 符合題意 答案 C 1 剪約6cm長 2cm寬的銅片 鋁片各一片 分別用接線柱平行地固定在一塊塑料板上 間隔2cm 將銅片與鋁片分別和電流表的兩接線柱相連 電流表指針調在中間位置 取兩個50mL的小燒杯 在一個燒杯中注入約40mL的濃硫酸 在另一只燒杯中注入40mL0 5mol L 1的硫酸溶液 試回答下列問題 已知電流表指針偏轉方向與電子流向一致 1 兩電極同時插入稀硫酸中 電流表指針偏向連接 填 鋁 或 銅 的接線柱 2 兩電極同時插入濃硝酸時 電流表指針偏向連接 填 鋁 或 銅 的接線柱 此時鋁是 填 正 或 負 極 答案 1 鋁 2 銅正 二 原電池的設計以2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2為例 設計一個原電池 1 確定電極反應將氧化還原反應拆成氧化反應和還原反應兩個半反應 分別作原電池的負極和正極 電極反應式為 負極 Cu Cu2 2e 正極 2Fe3 2e 2Fe2 2 確定電極材料如發(fā)生氧化反應的物質為金屬單質 可用該金屬直接做負極 如為氣體 如H2 或溶液中的還原性離子 可作惰性電極 如Pt 碳棒 做負極 發(fā)生還原反應的電極材料必須比負極材料不活潑 本例中可用銅棒做負極 用鉑絲或碳棒做正極 3 確定電解質溶液一般選用反應物中的電解質溶液即可 如本例中可用FeCl3溶液做電解液 4 構成閉合回路 畫出示意圖 合理即可 依據氧化還原反應 2Ag aq Cu s Cu2 aq 2Ag s 設計一個最簡單的原電池 1 在下邊方框內畫出實驗裝置圖 并指出正極為 電極反應式為 負極為 電極反應式為 2 該反應還可設計成能量轉化效率更高的原電池裝置 如圖所示 請回答下列問題 電極X的材料是 Y的材料是 電解質溶液Z是 鹽橋的作用是 外電路中的電子是從 電極流向 電極 本題考查原電池的原理和設計 解題時應明確設計思路 理解帶鹽橋的原電池的組成原理 根據已知的氧化還原反應設計原電池的思路是 首先將已知的反應拆成兩個半反應 即氧化反應和還原反應 Cu Cu2 2e 2Ag 2e 2Ag 然后結合原電池的電極反應特點 分析可知 該電池的負極應該用Cu作材料 正極要保證Ag 得到負極失去的電子 一般用不能還原Ag 的材料如Pt或碳棒等 電解質溶液只能用含Ag 的電解質溶液如AgNO3溶液 在帶鹽橋的原電池組成半電池時 注意電極材料與溶液中的離子一般要相對應 如Cu2 Cu或Ag Ag 答案 1 實驗裝置圖如圖 Pt2Ag 2e 2AgCuCu Cu2 2e 2 CuAgAgNO3 將兩個隔離的電解質溶液連接起來 可使電流持續(xù)傳導 CuAg 2 一個原電池總反應為Zn Cu2 Zn2 Cu 該電池材料及電解質溶液可能是 雙選 解析 原電池總反應 Zn Cu2 Zn2 Cu 可得出其負極反應 Zn Zn2 2e 氧化反應 正極反應 Cu2 2e Cu 還原反應 發(fā)生氧化反應的一極是原電池負極 發(fā)生還原反應的一極為原電池正極 因此負極材料只能是Zn 正極為Cu2 得電子還原成銅 電解質應為可溶性銅鹽 正極材料為活潑性比Zn弱的Cu Fe 或C Pt 等 答案 CD 1 2010 余姚高二質檢 以下能形成原電池的是 A B C D 解析 水果中有電解質溶液 如果酸等 符合原電池的構成條件 答案 C 2 關于如圖所示裝置的敘述 正確的是 A 銅是陽極 銅片上有氣泡產生B 銅片質量逐漸減少C 電流從鋅片經導線流向銅片D 氫離子在銅片表面被還原解析 從圖中看出裝置是原電池 Zn較活潑 發(fā)生失電子的氧化反應 是負極 電子由Zn流向Cu 溶液中的H 在銅片上得電子 發(fā)生還原反應生成H2 電流方向與電子流向相反 從銅片經導線流向鋅片 答案 D 3 某原電池 將兩金屬X Y用導線連接 同時插入相應的電解質溶液中 發(fā)現Y電極質量增加 則可能是下列情況中的 A X是負極 電解質溶液為CuSO4溶液B X是負極 電解質溶液為稀H2SO4溶液C X是正極 電解質溶液為CuSO4溶液D X是正極 電解質溶液為稀H2SO4溶液 解析 將金屬X Y用導線連接 同時 插入相應的電解質溶液中 構成原電池 負極上發(fā)生氧化反應 失去電子 電子經外電路流向正極 溶液中的陽離子在正極得電子而被還原 若使Y極質量增加 四個選項中 只有A正確 X是負極 Y是正極 電解質是CuSO4溶液 答案 A 4 2011 馬鞍山高二質檢 對于鋅 銅 稀H2SO4組成的原電池裝置中 當導線中有1mol電子通過時 理論上的兩極變化是 鋅片溶解了32 5g 鋅片增重32 5g 銅片上析出1gH2 銅片上析出1molH2A 和 B 和 C 和 D 和 解析 鋅片做負極 電極反應為Zn Zn2 2e 所以導線中有1mol電子通過時 鋅片溶解了32 5g 銅片做正極 電極反應為2H 2e H2 所以導線中有1mol電子通過時 銅片上析出氫氣0 5mol 1g 答案 A 5 2011 石獅高二質檢 已知 直流電池 導線電極材料 鐵 銅 銀 石墨 鋅 鋁 電解質溶液 CuCl2溶液 Fe2 SO4 3溶液 鹽酸 按要求回答下列問題 1 電工操作上規(guī)定 不能把銅導線和鋁導線連接在一起使用 請說明原因 2 若電極材料選銅和石墨 電解質溶液選硫酸鐵溶液 外加導線 能否構成原電池 若能 請寫出電極反應 負極 正極 解析 此題考查的是原電池原理 只要有兩種活潑性不同的電極相連 另有電解質溶液且構成閉合回路就可構成原電池 1 中銅導線和鋁導線連在一起在潮濕空氣中就構成了原電池 導致鋁導線被腐蝕 2 題目條件可以構成原電池 其中Cu為原電池負極 石墨為原電池的正極 3 反應Cu 2H Cu2 H2 可通過電解池來實現 Cu作電解池陽極 石墨或其他電極作電解池陰極 選用鹽酸作電解質溶液 答案 1 構成原電池 負極鋁加快腐蝕 2 能Cu Cu2 2e 2Fe3 2e 2Fe2 3 見下圖所示 練考題 驗能力 輕巧奪冠 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全