2020高中化学第1章化学反应与能量转化第3节第1课时原电池的工作原理讲义+素养练含解析鲁科版选修4

1、第1课时原电池的工作原理学业要求素养对接1.了解原电池的工作原理。2.能设计简单的原电池。1.模型认知：电解池的构成条件和工作原理。2.创新意识：会设计电解池。知 识 梳 理知识点一、铜锌原电池1.装置2.实验现象及分析Zn极Cu极实验现象检流计指针发生偏转锌片质量减小铜片质量增加电子流向由Zn极流向Cu极(填“Zn”“或Cu”)电子得失Zn失电子Cu2得电子电极名称负极正极电极反应Zn2e=Zn2Cu22e=Cu能量转化化学能转化为电能知识点二、原电池的工作原理1.原电池的定义把化学能转变为电能的装置。2.原电池的构成条件(1)两个活泼性不同的导体作电极；(2)电极材料均插入电解质溶液中；(3)能形成闭合回路；(4)能自发发生氧化还原反应。3.原电池的工作原理(1)电子流向：由负极经导线流向正极(填“正”或“负”)。(2)离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。自 我 检 测1.铜锌原电池工作时，下列叙述不正确的是()A.负极电极反应为Zn2e=Zn2B.电池总反应为ZnCu2=Zn2CuC.在外电路中，电子从Zn极沿导线流向Cu极D.盐桥中的K移向ZnSO4溶液解析正极发生还原反

2、应：Cu22e=Cu，负极发生氧化反应：Zn2e=Zn2；原电池总反应为ZnCu2=Zn2Cu；电子从Zn极沿导线流向Cu极；由于Cu2放电，为使CuSO4溶液保持电中性，则盐桥中的K移向CuSO4溶液，Cl移向ZnSO4溶液。故D不正确。答案D2.如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为：X外电路YB.若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为ZnC.若两电极都是金属，则它们的活动性为XYD.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应解析由图可知电子的流动方向是X外电路Y，则电流的方向就为Y外电路X；X为原电池的负极，Y为正极，X的活动性比Y强；X极应发生氧化反应，Y极应发生还原反应。答案C3.下列装置中能构成原电池产生电流的是()解析B、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池；A项不符合原电池的构成条件；C项中Cu与HNO3反应能构成原电池。答案C学习任务一、原电池的工作原理及电极反应【观图助学】如图：用葡萄发电让闹钟正常走的实验中，工作原理是什么呢？你能用日常生活中

3、的东西设计原电池吗？提示略【名师点拨】1.原电池的工作原理2.一般电极反应式的书写方法3.已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式总反应式简单的电极反应式。【典例1】(1)将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池，其正极反应式：_；负极反应式：_；总反应方程式：_。(2)有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2。Zn发生_反应，是_极，电极反应式是_。Ag2O发生_反应，是_极，电极反应式是_。答案(1)2H2e=H2Fe2e=Fe2FeH2SO4=FeSO4H2(2)氧化负Zn2e2OH=Zn(OH)2还原正Ag2O2eH2O=2Ag2OH【深度思考】1.书写原电池电极反应式，应注意电解质溶液参加反应，与电解池电极反应式不同。2.原电池正极反应与负极反应相加，一定等于总反应。变式训练1如图所示，X为单质硅，Y为金属铁，a为NaOH溶液，组装成一个原电

4、池，回答下列问题。(1)正极是_(填名称，下同)发生_反应，电极反应式为_。(2)负极是_，发生_反应，电极反应式为_。(3)电池总反应的化学方程式为_。答案(1)铁还原4H2O4e=4OH2H2(2)硅氧化Si6OH4e=SiO3H2O(3)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2学习任务二、原电池原理的应用【合作交流】1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀H2SO4反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？提示粗锌。2.将金属a、b用导线相连插入稀H2SO4中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？提示a。【名师点拨】1.加快氧化还原反应的速率例如：锌与稀H2SO4溶液反应时，加入少量CuSO4能使产生H2的速率加快。2.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3.设计化学电源(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。(2)确定电极材料以电池两个电极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液。发生氧化反应的物质作负极材料，如果发生氧化反应的物质是金属单质，可用该金属直接作负极，选惰性电极

5、或较不活泼的金属作正极。确定电解质溶液对单池原电池，一般选用反应物中的电解质溶液。对双池原电池，则两个单池中选用的电解质溶液不同。【关键提醒】不能自发进行的氧化还原反应不能设计成原电池，能自发进行的放热的氧化还原反应多数可以设计成原电池。 【典例2】根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3Fe=3FeCl2要求：(1)画出此原电池的装置图，装置采用烧杯和盐桥。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。解析将该反应拆成两个半反应： Fe2e=Fe2(氧化反应), 2Fe32e=2Fe2(还原反应)。负极发生氧化反应，电极材料应选参加反应的单质Fe，正极发生还原反应，电极材料应选比铁不活泼的金属或石墨等导体。电解质溶液铁极池中选不能与铁反应的FeCl2溶液，正极选与铁能反应的FeCl3溶液。答案(1)装置图如下：(2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如上图所示。【深度思考】设计成双池原电池，避免了负极金属与电解质溶液的直接接触发生反应，从而避免能量损失，且能提供稳定电流。变式训练2X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时，X为负极；Z、

6、W相连时，电流方向是WZ；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡；W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动性顺序是()A.XZWY B.ZXYWC.XYZW D.YWZX解析在原电池中，活泼金属作原电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属或非金属导体作原电池的正极，阳离子或氧气等在正极得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。因此，X、Y相连时，X为负极，则活动性XY；Z、W相连时，电流方向是WZ，则活动性ZW；X、Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活动性XZ；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则活动性WY。综上所述，可以得出金属的活动性顺序：XZWY。答案A1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有KNO3琼脂的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应式为Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同A. B. C. D.解析铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu

7、作负极，Ag作正极，其电极反应分别为负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向与电子的流向相反，因此C正确。答案C2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后，甲池的SO减小C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析Zn作负极，Cu作正极发生还原反应，A项错误；负极发生的反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：Cu22e=Cu，而该交换膜是阳离子交换膜，因此Zn2由甲池交换到乙池，故甲池中硫酸根离子浓度几乎不变，B、D选项错误，C选项正确。答案C3.下列关于原电池的叙述中正确的是()A.构成原电池的两极必须是两种不同金属B.原电池是将化学能转化为电能的装置C.原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质析出D.原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原答案B4.利用反应Cu2FeCl3=CuCl22FeCl2设计一个原电池，正极为_，电极反应式为_；负极为_，电极反应式为_；电解质溶液是_。解析根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu2e=Cu2，2Fe32e=2Fe2；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Fe3得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3的材料，如Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Fe3的电解质溶液，如FeCl3溶液等。答案Pt(或C)2Fe32e=2Fe2CuCu2e=Cu2FeCl3溶液5.有A、B

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