人教版 选择性必修1 化学反应原理 第1课时　原电池的工作原理(01)

1、第一节原电池第1课时原电池的工作原理【课程标准要求】1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。1.原电池的构成(1)概念把化学能转化为电能的装置。(2)构成条件闭合回路。两极有电势差两个活动性不同的电极，相对较活泼的金属作负极。电解质溶液或熔融电解质。自发的氧化还原反应。(3)实例锌铜原电池装置如图所示：缺点：原电池中氧化反应和还原反应并未完全隔开，锌与其接触的稀硫酸发生反应，电流会逐渐衰减。【微自测】 1.下列装置中，能构成原电池的是()答案D解析A装置中的酒精是非电解质，不导电，不能构成原电池；B装置中两烧杯中电解质不连通，不能形成闭合回路，故不能构成原电池；C装置中两个电极材料相同，不能构成原电池；D装置符合原电池装置的构成条件，能构成原电池。2.原电池的工作原理(1)双液原电池的构成Zn|ZnSO4溶液形成负极(填“正极”或“负极”，下同)，Cu|CuSO4溶液形成正极。中间通过盐桥相连接，形成闭合回路。(2)工作原理盐桥中的Cl移向ZnSO4溶液，K移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地

2、产生电流。【微自测】 2.锌铜原电池装置如图所示，下列说法正确的是()A.铜片作负极B.锌电极的反应式：Zn2e=Zn2C.电流从锌片流向铜片D.盐桥的作用是传递电子答案B解析A项，Zn失电子发生氧化反应而作负极，错误；B项，锌电极的反应式：Zn2e=Zn2，正确；C项，铜作正极，电流由铜片流向锌片，错误；D项，盐桥的作用是传递离子，电子不能通过溶液，错误。3.原电池的设计(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。(2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。【微自测】 3.将反应：Cu2Ag=2AgCu2设计成带盐桥的原电池装置，并填写下列空白：是_溶液，是_溶液，负极反应式：_，盐桥中的Cl向_移动(填“铜片”或“银片”)。答案CuSO4AgNO3Cu2e=Cu2铜片一、原电池的工作原理【活动探究】如下图所示，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连接，并在中间串联一个电流计。(1)上述原电池装置中的正、负极材料分别

3、是什么？电池工作时锌片和铜片分别发生怎样的变化？提示：锌片作负极，铜片作正极；电池工作时，锌失去电子生成Zn2进入溶液，锌片逐渐溶解，溶液中的Cu2得到电子生成Cu沉积在铜片上。(2)电池工作时，电子的运动方向是怎样的？盐桥中阴、阳离子的运动方向是怎样的？提示：电子流向：Zn片电流表Cu片盐桥中离子流向：KCu片(正极)；ClZn片(负极)(3)单液ZuCuCuSO4原电池装置如下：对比单液锌铜原电池与双液锌铜原电池装置，你认为哪种装量能产生稳定地、持续时间长的电流？其原因是什么？提示：双液原电池能产生稳定地、持续时间长的电流。原因是双液原电池装置中Zn与氧化剂(Cu2)不直接接触，仅有化学能转化为电能(单液原电池装置中Zn与Cu2接触发生反应)，避免了能量的损耗，故产生的电流稳定，持续时间长。(4)双液锌铜原电池装置中，电池工作一段时间后，锌片的质量减少16.25 g，线路中转移电子个数是多少？铜电极质量增加多少克？提示：负极反应式Zn2e=Zn2，n(Zn)0.25 mol，则线路中转移电子：0.25 mol20.5 mol，即0.5NA个电子，正极反应式：Cu22e=Cu，铜电极

4、增加的质量为0.5 mol64 gmol116 g。【核心归纳】1.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)2.原电池中盐桥的作用(1)通过离子在盐桥中的定向移动，使两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续。(2)使用盐桥是将两个半电池完全隔开，使副反应减至最低程度，可以获得单纯的电极反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能。3.原电池中正、负极的判断方法(1)电子流向：原电池中电子由负极流出，经导线流向正极；两极转移电子数相等。(2)电流方向：电流方向与电子流向恰好相反，即由正极经导线流向负极。(3)离子移动方向：溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。【实践应用】1.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()答案A解析A项装置ZnCu稀H2SO4形成原电池，Cu作正极，电极反应式为2H2e=H2，有气泡产生；B、C装置中的Cu和Ag与稀H2SO4均不反应，不能形成原电池；D项装置

5、不能形成闭合回路，Cu电极上不能产生气泡。2.如图为锌铜原电池装置，下列有关描述正确的是()A.铜片和锌片能互换位置B.若缺少电流计，则不能产生电流C.盐桥可用吸有KNO3溶液的滤纸条代替D.Zn发生氧化反应，Cu发生还原反应答案C解析若铜片和锌片互换位置，则铜片置于ZnSO4溶液中，锌片置于CuSO4溶液中，CuSO4溶液中Zn与Cu2直接发生反应，不能产生电流，A项错误；锌铜原电池中，电流计的作用是观察电流的产生，与电流能否产生无关，B项错误；吸有KNO3溶液的滤纸条中有自由移动的K、NO，可代替盐桥，C项正确；Cu电极上是Cu2发生还原反应，D项错误。二、原电池原理的应用【核心归纳】1.加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。2.比较金属活动性强弱3.设计原电池(1)电极材料的选择。负极一般是活泼的金属材料。正极一般选用活泼性比负极差的金属材料或石墨等惰性电极。(2)电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。若是两个“半反应”分别在两只烧杯中

6、进行，则左、右两只烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。(3)设计示例设计思路应用示例以自发进行的氧化还原反应为基础2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2将已知氧化还原反应拆分成氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：Cu2e=Cu2还原反应(正极)：2Fe32e=2Fe2以两极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液负极：铜和CuCl2溶液正极：石墨(或铂)和FeCl3溶液画出原电池装置示意图【实践应用】1.某原电池总反应为Cu2Fe3=Cu22Fe2，下列能实现该反应的原电池是()选项ABCD电极材料Cu、ZnCu、CFe、ZnCu、Ag电解液FeCl3溶液Fe(NO3)2溶液CuSO4溶液Fe2(SO4)3溶液答案D解析锌比铜活泼，锌作负极，电池反应为Zn2Fe3=Zn22Fe2，A项错误；金属铜和亚铁盐不反应，没有自发进行的氧化还原反应，B项错误；锌比铁活泼，锌作负极，电池反应为ZnCu2=Zn2Cu，C项错误；铜比银活泼，金属铜作负极，电池反应为Cu2Fe3=Cu22Fe2，D项正确。2.设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：Zn

7、SO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。(1)完成原电池甲的装置示意图(如图所示)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_。(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是_，其原因是_。答案(1)如图所示。(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出(3)甲电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小解析以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥，则除了发生电化学反应外还发生Zn和Cu2的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能完全转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2的直接接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。核心体系建构1.在如图所示的水果(柠檬)电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是()A.锌 B.石墨C.银 D.铜答案A解析电流的方向与电子的转移方向相反，由已知

8、条件可知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。2.下列关于原电池的叙述中不正确的是()A.构成原电池的正极和负极可以是金属也可以是导电的非金属B.原电池是将化学能转变为电能的装置C.在原电池中，电子流出的一极是负极，发生还原反应D.原电池放电时，电流的方向是从正极到负极答案C解析A.原电池的两电极可以由金属材料或导电的非金属材料组成，故A正确；B.原电池是将化学能转变为电能的装置，故B正确；C.电子从负极流向正极，则电子流出的一极是负极，发生氧化反应，故C错误；D.原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，故D正确。3.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：实验装置部分实验现象a极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；c极无变化d极溶解；c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.abcd B.bcdaC.dabc D.abdc答案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：ab；对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性：bc；由第三个装置d极溶解可知金属活动性：dc；由第四个装置电流从ad可知电子从da，故金属活动性：da。故金属活动性：dabc。4.为了避免锌片与Cu2直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置。按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是_

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