原电池的工作原理.doc

一. 教学内容： 原电池的工作原理二. 教学目标1、掌握原电池的工作原理、构造特点；2、能正确书写原电池的电极反应式及电池总反应方程式三. 教学重点、难点原电池的构造原理及电极反应式和电池总反应方程式四. 知识分析（一）原电池的构造特点：原电池是把化学能转化成电能的装置原电池由活泼性不同的金属或金属与非金属组成电极，连接两根电极的导线，以及电解质溶液等组成说明：1、原电池的一般构成条件是：①由活泼性不同的材料作电极；②有电解质溶液，且要形成闭合电路；③氧化还原反应能够自发进行2、组成原电池的电极一般可以是活泼性不同的金属或金属与非金属，原电池的工作原理是发生了氧化还原反应，电极本身可以参加电极反应，也可以不参加电极反应，故负极不一定是活泼金属但实际上在许多原电池中，我们可以根据电极反应式来判断电极名称，如：燃料电池中，发生氧化反应的属于负极，发生还原反应的属于正极，负极不一定是活泼金属，也就不一定符合活泼性不同的金属或金属与非金属这个条件3、与高一化学所学的原电池的结构相比，主要区别在于“盐桥”通过“盐桥”将两个半电池相连而构成原电池，将两种电解质溶液通过盐桥相连，使电解质溶液不直接接触，降低了液面的接界电势，同时，盐桥中也装有电解质溶液，还可以起到导电的作用。

盐桥中的电解质要求浓度较高，且阴、阳离子迁移速度应差不多，一般用饱和氯化钾溶液的琼脂4、使用“盐桥”后，原电池一般采用如下表达方法（以铜锌原电池为例）：（－）Zn∣Zn2－（1mol/L）║Cu2＋（1mol/L）│Cu（＋）一般情况下负极在左，正极在右，其中“∣”表示电极材料与电解质溶液的界面，“║”通常表示盐桥，必要时，可以加注溶液的浓度二）原电池的工作原理：通过氧化还原反应，把化学能转化为电能.说明：1、化学反应中能量的转化形式有多种，可以转化为热能，如燃烧过程放出大量的热；可以转化为光能，如化学反应中常伴随有发光现象；可以转化为动能，如利用化学能使汽车等交通工具行驶等；还可以通过原电池反应，把化学能转化为电能.2、原电池中较活泼金属作原电池的负极，还原性较强，是向外电路提供电子的电极，用“－”表示，发生氧化反应；较不活泼的金属作原电池的正极，某些微粒氧化性较强，从外电路获得电子，用“＋”表示，发生还原反应3、原电池中电极反应和电极反应式的书写：原电池的电极反应式，实际上是氧化还原反应的两个半反应，即氧化反应和还原反应在两极上发生原电池反应：在电解质溶液中，在正负极上发生两极反应的电子得失总数相等，通过的电子的电量相同，将正负两极的电极反应相加，即可得原电池反应.4、利用原电池反应原理，可以判断不同金属（或阳离子）的还原性（或氧化性）相对强弱：在原电池中，作负极的金属的活泼性较强，在电极反应中失去电子，发生氧化反应；氧化性强的阳离子在正极得到电子，发生还原反应.5、金属的失电子的难易程度一般按照金属活泼性顺序表由易到难，而溶液中的金属阳离子的得电子难易，则正好与金属活泼性顺序表相反.6、在原电池的电极反应中，并不都是较活泼的金属作负极，有时还必须根据组成原电池的电极材料和电解质溶液来判断原电池的正负极材料和反应.如：由镁、铝以及氢氧化钠溶液组成的原电池，此时，作为负极材料的就是铝，而不是活泼性更强的镁，主要是因为铝可以与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应，而镁不能.7、原电池正负极的判断方法：①据组成原电池的两极的材料判断：一般为活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极；②据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极，而电子流动方向是由负极流向正极；③据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；④据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，而正极总是得电子发生还原反应；⑤据现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极.【典型例题】例1. 有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀，将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈.将铜浸入B的盐溶液中无明显变化.如将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出.据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是＿＿＿＿＿＿.解析：根据原电池原理：活泼金属作负极，被腐蚀，所以A、B中活泼性A>B；A、D与等浓度盐酸反应时D比A剧烈，所以D>A；铜与B的盐溶液不反应，而与C反应置换出D，说明活泼性B>C.即D>A>B>C.本题旨在应用原电池原理，判断金属活泼性的强弱.解此类题首先要明确判断金属活动性的方法，抓其规律，中学阶段主要有以下几条：①应用原电池原理，作负极的金属的活动性比作正极的金属的活动性强；②与同浓度同种酸反应，剧烈的活泼；③金属之间的置换反应即金属活动顺序表；④根据元素在元素周期表中的位置.学生应掌握从多个角度比较判断金属单质金属性强弱，理清思路，要养成解决综合性题目的能力，减少失误.答案：D>A>B>C例2. 我国首创以铝－空气－海水电池作能源的新型海水标志灯，它以海水为电解溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流.只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光.则该电源负极材料为＿＿＿＿＿＿，正极材料为＿＿＿＿＿，正负极反应分别为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿.解析：Al、O2（空气）之间的氧化还原反应为：将该反应与原电池的原理、Al的导电性等知识进行综合分析可知，铝既是负极反应物，又是负极材料，O2是正极反应物，正极材料应该选择还原性比Al弱的导电性强的材料，如石墨等.答案：铝；石墨；负极反应：4Al－12e-＝4Al3+正极反应：3O2+6H2O+12e－＝12OH－例3. 某原电池由M、N两根电极导线和电解质溶液组成，工作时，M电极变粗，N电极变细，由此判断该电池中电极材料和电解质溶液可能是：M电极N电极电解质溶液A锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液解析：该原电池中M电极变粗，N电极变细，，说明原电池反应时N电极溶解作负极，溶液中有金属析出在M电极上附着，M电极作正极。

A、B选项中，电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸，原电池工作时不会有金属析出；C选项中正极反应为：Ag+＋e-＝Ag，负极反应式为：Zn－2e-＝Zn 2+，符合题意；D选项中M电极（锌）作负极，反应为Zn－2e-＝Zn2+，变细，不符合题意.答案：C例4. 由铜片、锌片和200mL2mol/L的稀H2SO4组成的原电池工作时，若铜片上放出3.36L（标准状况）气体，求：⑴电池工作过程中，消耗的锌片的质量⑵导线中通过的电子的数目⑶电池工作后溶液中硫酸的物质的量浓度（假设电解液体积不变）解析：锌为负极：Zn－2e-＝Zn 2+，铜为正极：2H＋＋2e－＝H2在原电池的两极反应中通过的电子的电量相同，则可以根据生成的氢气的物质的量为：0.15mol，计算得到通过的电子的物质的量0.3mol，再由负极反应式得出消耗的锌的物质的量为0.15mol，即得锌的质量为：9.75g，通过的电子的物质的量为0.3mol，则通过的电子的数目为0.3NA，再由Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2，可得的硫酸的物质的量为0.15mol，则剩余的硫酸为0.4mol －0.15mol＝0.25mol，则电池工作后溶液中硫酸的物质的量浓度为1.25mol/L答案：⑴ 9.75g，⑵ 0.3NA，⑶ 1.25mol/L【模拟试题】1、在用Zn片和Cu片及稀H2SO4组成的原电池装置中经过一段时间工作后，下面说法正确的是　（　　）A、锌片是正极，铜片上有气泡产生　 B、电流方向是从锌片流向铜片C、溶液中H2SO4的物质的量减小　 D、电解液的pH保持不变2、下列关于Cu－Zn稀H2SO4构成的原电池的有关叙述中错误的是　（　　）A、锌为负极，锌发生氧化反应　B、Cu为正极，Cu不易失去电子而受到保护C、负极发生还原反应，正极发生氧化反应D、外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极3、如图所示装置，电流表Ｇ发表偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解溶液，则A，B，C应是下列各组中的（　　　）A、A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO2溶液B、A是Zn，B是Cu，C是稀H2SO4C、A是Cu，B是Zn，C是稀H2SO4D、A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO2溶液4、铜片和铝片用导线连接后插入浓硝酸中，铝片是（　　　）A、阴极　　　　B、正极　　　　　C、阳极　　　　　　D、负极5、有A，B，C，D四块金属片如下实验：①A，B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中A极为负极；②C，D用导线连接后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A，C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，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.据此，判断四种金属的活动性顺序是（　　　）A、A>B>C>D　　　　　　　　　　　　　　B、A>C>D>BC、C>A>B>D　　　　　　　　　　　　　　D、B>D>C>A6、等质量的两份锌粉a，b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量CuSO4溶液，如图，表示产生H2的体积（Ｖ）与时间（t）的关系，其中正确的是（　　　）7、把铁棒和锌棒用导线连接插入CuSO4溶液中，当电路中有0.2mol电子通过时负极的质量变化是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　）A、增加6.5g　　　　　　　　　　　　　B、减少6.5gC、减少5.6g　　　　　　　　　　　　　D、增加6.4g8、某原电池总反应的离子方程式为2Fe3+＋Fe＝3Fe2+能实现该反应的原电池是（　）A、正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3B、正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2（SO4）3C、正极为C，负极为Zn，电解质溶液为Fe（NO3）3D、正极为Ag， 负极为Fe，电解质溶液为CuSO49、把金属M放入盐N（NO3）2溶液中发生如下反应：M＋N2+＝M2+＋N，以下叙述正确的是（　　）A、常温下金属M和N都不跟水反应B、M和N用导线连接放入稀H2SO4中，一定构成原电池，且N极上有H2放出C、M和N用导线连接并平行放入N（NO3）2溶液中，一定构成原电池D、由M和N构成的原电池，M一定是负极10、下列变化中，属于原电池反应的是　（　　）A、在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层B、白铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化（注明：白铁是在铁上镀Zn）C、红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色的保护层D、铁与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液时，可使反应加速11、铅蓄电池放电时发生下列反应　　负极：Pb＋SO42－－2e－＝PbSO4正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O使用该电池电解CuSO4溶液，当有纯铜1.6g析出时，铅蓄电池内消耗硫酸的物质的量为　　（　　　）A、0.05 mol　　　　　　　　　　　　　B、0.025 molC、0.25 mol　　　　　　　　　　　　　D、0.1 mol12、根据下列实验事实（1）Ｘ＋Ｙ2＋＝Ｘ2＋＋Ｙ；（2）Z＋2H2OZ（OH）2＋H2↑；（3）Z2＋离子的氧化性比Ｘ2＋弱；（4）由Ｙ，Ｗ电极组成的原电池，电极反应为：Ｗ2＋＋2e－＝Ｗ，Ｙ－2e－＝Ｙ2＋，可知Ｘ，Ｙ，Z，Ｗ的还原性由强到弱的顺序是（　　　）A、Ｘ＞Z＞Ｙ＞Ｗ　　　。