第4章 第1节 新知探究课18 原电池的工作原理-【名师导航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步课件(人教版2019)

第四章　化学反应与电能 第一节　原电池 新知探究课18　原电池的工作原理 学习任务 1．以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，掌握原电池装置的构造及构成条件，培养“宏观辨识与微观探析”的化学核心素养。 2．通过实验，认识双液原电池相比普通原电池的优点，特别是盐桥的作用，培养“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”的化学核心素养。 3．依据带盐桥的锌铜原电池装置，学会分析电子和阴、阳离子的移动方向，并以电极反应式的形式表达出来，培养“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”的化学核心素养。  新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 必备知识·自主预习 01 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3 一、原电池的构成 1．定义：利用_________反应原理将_____能转化为电能的装置。 2．原电池的构成条件 氧化还原 化学 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 二、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 装置 现象 锌片_________，铜片上有_____________，电流表指针发生_____ 电极名称 Zn电极—负极 Cu电极—正极 得失电子 失电子 得电子 电子流向 _____ _____ 反应类型 _____反应 _____反应 电极反应式 Zn－2e－===Zn2+ Cu2+＋2e－===Cu 总反应式 Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu  逐渐溶解 红色物质析出 偏转 流出 流入 氧化 还原 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 微点拨：①盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路；平衡电荷，使溶液保持中性。若撤去盐桥，电流表的指针会回到零点不再发生偏转。②盐桥中的阳离子移向正极区，阴离子移向负极区。 判一判 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)任何放热反应均可设计为原电池反应。 (　　) (2)原电池工作时电子从负极流出通过导线流入正极。 (　　) (3)原电池工作时，阳离子移向负极，阴离子移向正极。 (　　) (4)盐桥可以用金属代替。 (　　) × √ × × 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 关键能力·情境探究 02 学习任务1　原电池的工作原理　 学习任务2　原电池工作原理的应用　 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 7 观察下面两个原电池装置。 学习任务1　原电池的工作原理　 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [问题1]　断开甲、乙两装置中的K1与K2，电流表及锌片有何现象？若闭合K1和K2，又如何？ [提示]　断开时，甲、乙中电流表指针均不偏转，甲中锌片溶解且有气泡，乙中锌片无现象；闭合时，甲、乙中电流表指针均偏转，甲中锌片有气泡、铜片也有气泡，乙中锌片溶解无气泡，铜片有气泡。 [问题2]　闭合甲、乙两装置中的K1和K2，两池中锌片和铜片上电极反应如何写？发生的反应类型？是原电池的什么极。 [提示]　锌片：Zn－2e－===Zn2+，氧化反应，负极。 铜片：2H＋＋2e－===H2↑，还原反应，正极。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [问题3]　乙装置中电子流向如何？盐桥中的阳离子移向什么极？ [提示]　从Zn电极流出，通过电流表，流入铜电极；盐桥平阳离子移向铜电极(正极)。 [问题4]　乙原电池相对于甲原电池的优点是什么？ [提示]　电流稳定，工作效率高。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1．原电池的工作原理 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [注意]　①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过阳离子交换膜移向正极。③电子、离子移动方向应注意：电子不下“水”，离子不上“岸”。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．原电池正、负极的一般判断 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是(　　) A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应 B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极 C．该原电池的总反应式为2Fe3+＋Cu=== Cu2+＋2Fe2+ D．盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶， K＋移向负极区 √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 C　[A项，该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，错误；B项，Cu电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，错误；D项，正极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+，正电荷减少，K＋移向正极区补充正电荷，错误。] 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O，设计如图原电池，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。下列说法不正确的是(　　) A．b电极上发生氧化反应 B．外电路电子的流向是从a到b C．电池工作时，盐桥中移向乙烧杯 D．a电极上发生的电极反应为＋8H＋＋5e－===Mn2+＋4H2O √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 B　[首先把化学方程式改为离子方程式：＋10Fe2+＋16H＋===2Mn2+＋10Fe3+＋8H2O，依据离子反应：Fe2+→Fe3+，b电极上发生氧化反应，为负极，负极反应式为Fe2+－e－===Fe3+，A正确；a电极上发生还原反应，得到电子，为正极，电子流向是从b到a，B错误；盐桥中阴离子移向负极，因此盐桥中移向乙烧杯，C正确；正极电极反应式为＋8H＋＋5e－===Mn2+＋4H2O，D正确。] 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 电极反应式的一般书写步骤 (1)定电极，标得失。按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。 (2)看环境，配守恒。电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒定律、得失电子守恒等加以配平。 (3)两式加，验总式。两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 某兴趣小组为探究构成原电池的条件，将A、B、C、D四种金属按表中的装置图进行实验。 学习任务2　原电池工作原理的应用　 装 置 现 象 二价金属A 不断溶解 C的质量 增加 A上有气 体产生 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [问题1]　甲、乙、丙中A、B、C、D四种金属对应电极名称是什么极？活泼性顺序如何？ [提示]　甲：A为负极，B为正极； 乙：B为负极，C为正极； 丙：D为负极，A为正极；活泼性顺序：D＞A＞B＞C。 [问题2]　用乙装置设计反应：Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，B、C的电极材料是什么？ [提示]　B为Fe，C为Cu或C。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [问题3]　设计含盐桥的装置实验Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+，画出装置图(注明电解质溶液、电极材料和电极名称)。 [提示]　 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 原电池工作原理的应用 1．比较金属活动性强弱 [注意]　对于“Mg-NaOH(aq) -Al”原电池负极为Al，对于“Cu-浓HNO3-Al(Fe)”原电池负极为Cu。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．加快化学反应速率 构成原电池负极的反应速率比直接接触的反应速率快。 3．设计原电池装置 (以Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag为例) (1)明确两半反应 (2)选择电极材料 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (3)选择电解质溶液 (4)画装置图：注明电极材料和溶液成分 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1．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 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 25 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 C　[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。] √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．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C，电解质溶液为FeCl3溶液 B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C．正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为溶液 B　[由电池反应Fe＋2Fe3+===3Fe2+可知，Fe为负极，Fe3+在正极上反应，则电解质溶液为可溶性铁盐。] √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是(　　) A．2Ag(s)＋Cd2+(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s) B．Co2+(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2+(aq) C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2+(aq) D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2+(aq) A　[根据原电池知识，金属活动性：负极＞正极，可得三种金属的活动性顺序应为Cd＞Co＞Ag，则选项中A项不符合此关系的置换反应。] √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 知识必备 课堂小结 1．原电池实现了化学能转化为电能。 2．电子从负极流出，电流从正极流出。 3．阴离子移向负极，阳离子移向正极。 4．负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 学习效果·随堂评估 03 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 30 1．某兴趣小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) 1 2 3 4 5 √ A．铜片作负极 B．锌片发生还原反应 C．将电能转化为化学能 D．电子由锌片经导线流向铜片 D　[电池工作时，Zn失去电子，作负极， A错误；锌是负极，发生氧化反应，而Cu为正极，氢离子在正极上得到电子生成氢气，有气泡产生， B错误；原电池中化学能转化为电能， C错误； Zn为负极，电子由锌片经导线流向铜片， D正确。] 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 5 2．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　) A．正极电极反应式为Zn－2e－===Zn2+ B．电池总反应式为Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu C．在外电路中，电子从铜极流向锌极 D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液 √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．灯塔可用镁-海水电池提供能源，其装置如图所示，下列有关该电池的说法正确的是(　　) 1 2 3 4 5 A．X电极材料可为铁、铜、石墨等 B．每转移2 mol电子，2 mol H＋由交换膜左侧向右侧迁移 C．正极的电极反应式为H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O D．该电池能将化学能全部转化成电能 √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 C　[该电池的负极材料是金属镁，正极X的材料的活泼性应比金属镁的弱，但是铁、铜都可以和H2O2、稀H2SO4的混合溶液反应，故不能用铁、铜作正极，A错误；阳离子会移向正极，则每转移2 mol电子，2 mol H＋由交换膜右侧向左侧迁移，B错误；原电池的正极上发生得电子的还原反应：H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，C正确；该电池能将化学能部分转化成电能，部分转化为热能，D错误。] 1 2 3 4 5 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 4．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 (　　) 1 2 3 4 5 A．外电路的电流方向为X→外电路→Y B．若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn C．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 C　[根据电子(e－)流向，可知X为负极，Y为正极。] √ 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 5．利用反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示的原电池。 回答下列问题： (1)写出电极反应式： 正极：_______________________________； 负极：______________________________。 (2)图中X是________，Y是________。 (3)原电池工作时，盐桥中的________(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。 1 2 3 4 5 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [解析]　题干原电池中Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+；石墨作正极，电极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+。X溶液应为FeCl3溶液，Y溶液应为CuCl2溶液。原电池工作时，盐桥中的阳离子向正极移动。 [答案]　(1)2Fe3+＋2e－===2Fe2+　Cu－2e－===Cu2+　(2)FeCl3　CuCl2　(3)阳 1 2 3 4 5 新知探究课18　原电池的工作原理 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 $$