第1节 第1课时 原电池的工作原理（课件）-【勤径学升·同步练测】2024-2025学年高中化学选择性必修1（人教版2019）

单击此处添加文本具体内容 第四章　 化学反应与电能 第一节　原电池 第1课时　原电池的工作原理 第四章　化学反应与电能 化学能 电能 氧化还原 活泼性 电解质 闭合回路 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 逐渐溶解 有红色物质生成 发生偏转 负极 正极 失 得 流出 流入 氧化 还原 第四章　化学反应与电能 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 第四章　化学反应与电能 负 正 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 第四章　化学反应与电能 学习目标 核心素养 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．了解原电池的工作原理。 3．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 4．掌握原电池反应方程式和电极反应式的书写。 1．变化观念与平衡思想：联系化学反应中能量转化，预测在一定条件下某种物质可能发生的化学变化。 2．宏观辨识与微观探析：电池负极失去电子经导线传到正极，电流表指针偏转说明形成原电池，电池宏观现象通过微观探析辨别。 一、原电池的概念及形成条件 1．概念 将______转化为____的装置。 2．形成条件 (1)能自发进行的________反应。 (2)两个______不同的能导电的电极。 (3)______溶液或熔融电解质。 (4)形成________。 二、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 装置 示意图 现象 锌片________，铜片上______________， 电流表的指针________ 电极材料 锌片 铜片 电极名称 ____ ____ 得失电子 __电子 __电子 电子流向 ____ ____ 反应类型 ____反应 ____反应 电极反应式 _________________________ ____________________________ 总反应离 子方程式 ______________________________________ 三、盐桥及其作用 1．成分 含KCl饱和溶液的琼脂。 2．离子移动方向 Cl－移向__极区，K＋移向__极区。 3．作用 将两个半电池形成通路，使氧化还原反应持续进行，并保持两溶液的电中性。 1．(湖北六校新高考联盟高二联考)下列关于如图所示装置的叙述，错误的是(　　) A．该装置将化学能转化为电能 B．电流从锌片经导线流向铜片 C．铜电极发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑ D．若电路通过0.2 mol电子，理论上负极溶解6.5 g锌 解析　该装置是原电池，将化学能转化为电能，A正确；锌为负极，铜为正极，则电流从铜片经导线流向锌片，B错误；铜电极上氢离子得电子生成氢气，故电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C正确；根据负极发生反应Zn－2e－=== Zn2＋，电路通过0.2 mol电子，负极溶解0.1 mol Zn，质量为0.1 mol×65 g/mol＝6.5 g，D正确。 答案　B 2．下列示意图中能构成原电池的是(　　) 答案　B 要点一　原电池的工作原理 1．含有盐桥的原电池，如果撤去盐桥，还有电流吗？ 提示：若撤去盐桥，则不能构成闭合回路，不能形成原电池，因此不再有电流。 2．活泼性强的金属一定作负极吗？ 提示：不一定。例如MgAl-H2SO4溶液构成的原电池中，Mg为负极，而在MgAl-NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极。 1．原电池的工作原理简图 [特别警示] 电子及离子的移动 (1)电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。 (2)若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 (3)若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 2．原电池中正负极的判断方法 3．电极反应式书写的一般步骤 [例1]　(菏泽高二期中)某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，不正确的是(　　) A．Fe作正极，发生氧化反应 B．工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大 C．负极反应：2H＋＋2e－===H2↑ D．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 解析　由图可知，铁电极为原电池的负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，石墨电极是正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，原电池工作时，盐桥中的钾离子向正极移动，氯离子向负极移动，则氯化钠溶液中氯离子浓度增大，A、B、C均正确；铁电极为原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，亚铁离子在溶液中水解使溶液呈酸性，左侧溶液pH减小，石墨电极是正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，放电消耗氢离子，右侧溶液pH增大，D错误。 答案　D 1．(辽宁鞍山高二月考)已知反应Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)是自发进行的氧化还原反应，将其设计成如图所示原电池。下列说法中正确的是(　　) A．电极X是正极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ B．银电极板质量逐渐减小，Y溶液中c(Ag＋)增大 C．当X电极质量变化0.64 g时，电解质溶液中有0.02 mol电子转移 D．电子流向：X→电流计→银 解析　根据Cu(s)＋2Ag＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)可知，铜失去电子，发生氧化反应，则电极X是铜，作负极，A错误；根据电池总反应，可知Y溶液中 c(Ag＋)减小，银电极板质量逐渐增大，B错误；电解质溶液中没有电子转移，C错误；铜作负极，银作正极，电子从铜电极流出，经外电路流向银电极，D正确。 答案　D 要点二　原电池原理的应用 1．根据原电池原理如何比较Fe、Cu两种金属的活动性强弱？ 提示：将铁片和铜片用导线连接浸入稀硫酸中，发现铁片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，说明铁比铜活泼。 2．中和反应能够放出大量的热，有人设想将其设计成原电池，你认为他是否能成功？原因是什么？ 提示：不能。原因是中和反应不属于氧化还原反应。 1．加快氧化还原反应的速率 原理 原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大 实例 实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快速率 2.比较金属活动性强弱 原理 一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应 实例 有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：A>B 3.用于金属保护 原理 使被保护的金属作原电池的正极而得到保护 实例 要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 4.设计原电池 设计思路 实例 以自发进行的氧化还原反应为基础 2FeCl3＋Cu=== 2FeCl2＋CuCl2 把氧化还原反应分解为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)： Cu－2e－===Cu2＋ 还原反应(正极)： 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 设计思路 实例 以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液 负极铜和CuCl2溶液，正极碳(或铂)和FeCl3溶液 画出示意图 [例2]　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 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．a>b>c>d　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>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：a>b；对于第二个装置，依据还原性规律知，金属活动性：b>c；第三个装置的金属活动性：d>c；由第四个装置电流从a→d，则电子从d→a，故金属活动性：d>a。 [答案]　C 2．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的半电池形式的装置图(标出电极材料、电解质溶液)： 负极：________，电极反应：_______________________________________； 正极：________，电极反应：_______________________________________。 解析　分析元素化合价的变化可知，Zn为负极，比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等作正极，选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液。 答案　如图 Zn　Zn－2e－===Zn2＋ Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 1．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是(　　) A．均发生了化学能转化为电能的过程 B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高 解析　甲、乙均为原电池，A项正确；Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，B项错误；电子均由Zn经导线流向Cu，C项正确；图乙中Zn没有直接与CuSO4溶液接触，能最大限度地将化学能转化为电能，D项正确。 答案　B 2．某化学兴趣小组同学在实验室按照如图所示Zn­Cu原电池装置(盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂)进行实验后，记录如下： ①Zn为负极，发生还原反应；Cu为正极，发生氧化反应 ②Zn极溶解并伴有大量气泡冒出 ③硫酸锌溶液中SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 向Zn极移动 ④盐桥中K＋移向正极，Cl－移向负极 ⑤电流的流向：Cu→电流表→Zn ⑥正极反应：Cu－2e－===Cu2＋ ⑦当有0.5 mol电子流经导线时，则可产生标准状况下5.6 L气体 其中合理的是(　　) A．①②③⑦　　　　　　　 B．②④⑤⑥ C．③④⑤⑦ D．④⑤⑥⑦ 解析　根据题图装置可判断Zn为负极，Cu为正极。负极Zn溶解，发生氧化反应，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，即Cu电极上有气泡产生，发生还原反应。盐桥中阳离子即K＋移向正极Cu，阴离子即Cl－移向负极Zn。硫酸锌中SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 向负极移动，电子从负极流出经导线流向正极，即Zn→电流表→Cu，电流方向反之。根据正极反应：2H＋＋2e－===H2↑可知，电路中转移0.5 mol电子时，可产生0.25 mol H2，标准状况下体积为5.6 L。因此合理的是③④⑤⑦，故C符合题意。 答案　C 3．(石家庄实验中学高二月考)由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验，下列叙述中正确的是(　　) 实验装置 甲 乙 丙 现象 A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 A．装置甲中的B金属是原电池的负极 B．装置乙中电流的流向为B→C C．装置丙中溶液里的SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 移向A D．四种金属的活泼性顺序是D＞A＞B＞C 解析　装置甲中，A金属不断溶解，所以A极为负极，发生氧化反应，A错误；装置乙中，活泼金属与硫酸铜发生置换反应，置换出铜单质，吸附在正极上，C的质量增加，故C电极为正极，电流的流向为C→B，B错误；丙装置中，氢离子得电子，发生还原反应，所以产生氢气的一极为正极，A为正极，溶液中阴离子移向负极，C错误；在甲装置中，A电极为负极，B电极为正极，A的活动性强于B，在乙装置中，C电极为正极，B电极为负极，所以B的金属活动性强于C，在丙装置中，A电极为正极，D电极为负极，所以D的金属活动性强于A，故得出四者的金属活泼性顺序为D＞A＞B＞C，D正确。 答案　D 4．依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是________，电解质溶液Y是____________。 (2)银电极的电极反应式是________________________________；X电极的电极反应式是________________________________。 (3)外电路中的电子是从________极流向________极。 (4)该原电池的正极是________，还可以选用________等材料。 (5)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，是否还需要硫酸铜溶液？________(选填“需要”或“不需要”)。 解析　原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。 答案　(1)铜　硝酸银溶液　(2)2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋　(3)负(或铜)　正(或银)　(4)银 铂(或石墨)　(5)不需要 $$