第1章 第2节 第1课时 原电池的工作原理-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第2节　化学能转化为电能——电池 第1课时　原电池的工作原理 课标要点 核心素养 1.认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用 2．了解原电池及常见化学电源的工作原理 3．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池 1.宏观辨识与微观探析 2.变化观念与平衡思想 3.证据推理与模型认知 能依据物质的性质和在一定条件下可能发生的化学变化，评估与原电池相关的解释或预测的合理性 能运用电极反应式和定量计算等手段说明原电池的组成及其变化，能分析原电池中能量转化与物质性质的关系 能从不同视角认识原电池反应，能运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示原电池原理的本质特征；能对具体物质的性质和化学变化做出解释或预测，能运用原电池原理分析说明生产、生活实际中的化学变化 能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析并能解释原电池原理或解决复杂的化学问题 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [知识梳理] [知识点一]　铜锌原电池实验探究　 1．实验装置 2．实验现象 检流计指针 电极表面变化情况 (a) 发生　偏转　 锌片质量　减少　， 铜片质量　增加　 (b) 发生　偏转　 锌片质量　减少　， 铜片质量　增加　 3.电极材料及电极反应 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 　Zn－2e－===Zn2＋　 　Cu2＋＋2e－===Cu　 反应类型 　氧化　反应 　还原　反应 电池反应 Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 电子流向 由　锌　极通过导线流向　铜　极 离子移向 阳离子移向　正　极， 阴离子移向　负　极 盐桥作用 构成闭合回路，使离 子通过，传导电流 [易错提醒]　外电路中由电子的定向移动产生电流，而电解质溶液内部只有离子的定向移动，没有电子的移动。 [知识点二]　原电池的工作原理　 1．原电池 (1)定义：能把　化学能　转化为　电能　的装置。 (2)电极名称及电极反应。 负极：电子　流出　的一极，发生　氧化　反应； 正极：电子　流入　的一极，发生　还原　反应。 (3)原电池的构成条件。 a．两个活泼性不同的电极(两种金属或一种　金属　和一种能导电的　非金属　)。 b．将电极插入　电解质　溶液。 c．构成闭合回路。 d．能自发发生的　氧化还原　反应。 2．工作原理 外电路中电子由　负　极流向　正　极；内电路(电解质溶液)中阴离子移向　负　极，阳离子移向　正　极；电子发生定向移动从而形成电流，实现了化学能向电能的转化。 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”) (1)所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。( × ) (2)原电池中，负极材料一定比正极材料活泼。( × ) (3)原电池工作时，负极发生氧化反应。( √ ) (4)原电池中，电流由负极经导线流向正极。( × ) (5)铜锌原电池中，溶液中的阳离子移向锌极。( × ) (6)构成原电池正极和负极的材料必须是金属。( × ) (7)在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原。( × ) (8)实验室欲快速制取氢气，可利用粗锌与稀硫酸反应。( √ ) (9)原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能。( × ) 2．下列图示装置能形成原电池的有哪些，请分析原因 ________________________________________________________________________。 提示：AD　[根据构成原电池的条件可以判断装置A、D能形成原电池。B装置中两电极相同且没有自发发生氧化还原反应，C装置中甘油为非电解质，E装置中的两容器没有形成闭合回路。] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 原电池的工作原理与电极判断 (素养养成——证据推理与模型认知) [实验素材] [思考探究] 1．打开甲、乙两装置中的K1与K2，检流计及锌片有何现象？ 提示：检流计指针均不发生偏转，甲装置中锌片溶解且有气泡产生，乙装置中锌片上无明显变化。 2．闭合K1、K2，甲、乙装置中的检流计、铜片及锌片有何现象？ 提示：检流计指针发生偏转，铜片上均有气泡生成，锌片均溶解。 3．乙中盐桥的作用是什么？ 提示：离子在盐桥中能够定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流传导。 4．甲、乙两原电池中哪个工作效率高？ 提示：乙电池工作效率高，甲电池中锌片和硫酸电解质溶液直接接触，少量锌会与硫酸直接反应，降低工作效率。 [核心突破] 1．原电池工作原理 (1)原理图示。 (2)电极名称与反应类型。 正极→还原反应；负极→氧化反应。 (3)电子流向：负极→正极。 (4)电流方向；正极→负极。 (5)离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。 2．原电池正负极判断 3．原电池电极反应式书写的一般步骤 [典例示范] [典例1]　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c(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 [解题指南]　解答本题时注意以下几点 (1)注意原电池的正负极的判断方法； (2)阳离子能通过阳离子交换膜； (3)注意原电池中离子的移动方向。 解析：C　[原电池反应为Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。Cu电极作正极。Cu2＋在正极得电子，发生还原反应，A项错误；由于两半池中的阴离子SO不能透过半透膜，故c(SO)都不变，B项错误；甲池中由于生成Zn2＋，而乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4，导致乙池中溶液总质量变大，C项正确；阴离子不能透过半透膜，D项错误。] [刨根问底] (1)写出上述电池的正负极电极反应式。 提示：Cu电极为正极，电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu；Zn电极为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。 (2)若将题目中“阳离子交换膜”换为“阴离子交换膜”其余不变是否还构成原电池？若构成原电池请分析甲乙两池溶液质量的变化？ 提示：能，甲池溶液质量增加，乙池溶液质量减少。甲池Zn→Zn2＋，并且阴离子交换膜允许阴离子通过，因此SO向甲池移动，从而导致甲池溶液的质量增加；而乙池Cu2＋―→Cu析出，且SO从乙池移到甲池，故溶液的质量减少。 [方法小结]　原电池中电荷的转移路径 原电池是一个闭合的回路，在外电路，电子从负极经导线流向正极；在内电路(电解质溶液中)，阴离子移向负极，阳离子移向正极，从而产生电流。 [学以致用] 1．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是(　　) A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．a和b用导线连接后，溶液中的Cu2＋向铜电极移动 D．a和b用导线连接后，Fe片上发生还原反应 解析：D　[a和b不连接时，Fe与硫酸铜溶液发生置换反应，a和b用导线连接时，形成原电池，Fe作负极，Cu作正极，以此解答该题，a和b不连接时，铁和铜离子发生置换反应，所以铁片上有铜析出，A正确；a和b连接时，该装置构成原电池，铜作正极，发生还原反应，铜离子得电子生成铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，B正确；a和b用导线连接时，形成原电池，原电池溶液中阳离子移向正极，即溶液中的Cu2＋向铜电极移动，C正确；a和b连接时，该装置构成原电池，铁作负极，发生氧化反应，D错误。] 2．(双选)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。下列说法正确的是(　　) A．b电极上发生还原反应 B．外电路电子的流向是从a到b C．电池工作时，盐桥中SO移向乙烧杯 D．a电极上发生的反应为MnO＋8H＋＋5e－===Mn2＋＋4H2O 解析：CD　[依据总反应：Fe2＋―→Fe3＋，b电极上发生氧化反应，A错误；b电极上发生氧化反应，失去电子，电子流向为b―→a，B错误。] 原电池工作原理的应用 (素养养成——科学探究与创新意识) [思考探究] 1．将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？ 提示：a比b活泼。 2．实验室用稀硫酸与锌粒反应制取H2时常加入少量铜片，其目的是什么？ 提示：加快制取氢气的反应速率。 3．已知2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，如何设计成原电池装置？ 提示：根据氧化还原反应分析，Cu被氧化，为原电池的负极，则正极可为惰性电极或不如Cu活泼的金属，电解质溶液一定含Fe3＋。 [核心突破] 1．比较金属活动性强弱 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。如实验室制H2时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，锌(负极)反应加快。 3．设计原电池 (1)理论上，自发的氧化还原反应，可以设计成原电池。 (2)外电路 负极——还原性较强的物质被氧化 正极—氧化性较强的物质被还原 (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 [典例示范] [典例2]　某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　) A．Zn为负极，发生还原反应 B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极 D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜 [解题指南]　分析原电池设计的思维流程如下： (1)氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个反应，从而确定电极反应； (2)以两电极反应原理为依据，确定电极材料和电解质溶液； (3)用导线连接构成闭合回路。 解析：D　[A.Zn为负极，发生氧化反应，故A错误；B.氯离子向负极移动，所以b是负极，a是正极，则铁离子在a极上发生还原反应生，电极反应式为：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋故B错误，C.电子由负极沿导线流向正极，所以电子流动方向是b电极→导线→a电极，故C错误；D.正极材料本身未参与电极反应，所以可以选用石墨，铂电极，也可以用比锌活泼性弱的铜电极，故D正确。] [方法技巧] 设计原电池的方法思路 (1)根据原电池总反应式确定正、负极反应式。 (2)根据正、负极反应式选择电极材料和电解质溶液。 (3)要形成闭合回路(可画出装置图)。 [学以致用] 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．a＞b＞c＞d　　　 B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 解析：C　[由第一个装置a极质量减小，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。] 4．100 mL 2 mol·L－1盐酸和过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的量，可采用的方法是(　　) A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸 B．加入数滴氯化铜溶液 C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液 解析：B　[加入适量的6 mol·L－1的盐酸会增加生成氢气的量，A不符合题意；加入数滴氯化铜溶液，锌置换出铜以后，会构成原电池，加快反应速率，B符合题意；加入适量蒸馏水或加入NaCl溶液，都会减小氢离子浓度，从而减慢了反应速率，C、D不符合题意。] 5．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活波性差的金属或非金属(石墨等)作正极，负极选择与电极材料有相同离子的溶液作电解质溶液，正极选择含有Fe3＋的溶液作电解质溶液。 答案：见下图 Zn　Zn－2e－===Zn2＋ Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ [素养提升] 某化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，完成下列问题： [思考探究] 1．写出上述原电池的电极反应式和电池总方程式。 提示：锌棒作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜棒作原电池的正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。电池的总反应为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。 答案：(1)负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极Cu2＋＋2e－===Cu；总方程式：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋ 2．分析盐桥的作用是什么？并指出盐桥中NH和Cl－的移动方向。 提示：盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供NH和Cl－，构成闭合回路，同时使两烧杯溶液中保持电中性。在反应过程中盐桥中的NH向乙烧杯(正极)移动，Cl－向甲烧杯(负极)移动。 答案：形成闭合回路，使两烧杯溶液中保持电中性，NH向乙烧杯(正极)移动，Cl－向甲烧杯(负极)移动。 3．若反应一段时间后锌棒和铜棒的质量相差6.45 g，计算电路中转移的电子的物质的量。 提示：Zn作负极，发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，故锌棒的质量会减少。Cu作正极，发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，铜棒质量会增加。因此转移2 mol e－时锌棒质量减少65 g，铜棒质量增加64 g，两者质量差为129 g，因此质量相差6.45 g时电路转移的电子为0.1 mol。 答案：0.1 mol 4．当外电路中转移0.2 mol电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是哪种离子？ 提示：反应过程中，溶液为了保持电中性，Cl－将进入甲烧杯，NH进入乙烧杯。当外电路中转移0.2 mol电子时，乙烧杯中有0.1 mol Cu2＋消耗，还剩余0.1 mol Cu2＋有0.2 mol NH进入乙烧杯，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是NH。 答案：NH 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.如图所示装置，检流计G发生偏转，同时a极逐渐变粗，b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的(　　) A．a是Zn，b是Cu，c是稀硫酸 B．a是Cu，b是Zn，c是稀硫酸 C．a是Fe，b是Ag，c为AgNO3溶液 D．a是Ag，b是Fe，c为AgNO3溶液 解析：D　[由题意，a极变粗，b极变细可知，b为负极，a为正极，溶液中阳离子在a极上得电子析出，应为金属盐溶液，a、b两金属活泼性b＞a，所以A、B、C错，D正确。] 2．下列说法正确的是(　　) A．原电池中，负极上发生的反应是还原反应 B．原电池中，电流的方向是负极—导线—正极 C．双液原电池中的盐桥是为了联通电路，所以也可以用金属导线代替 D．在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 解析：D　[A项，负极上发生氧化反应；B项，电流的方向应是正极—导线—负极；C项，盐桥不能用导线代替。] 3．(双选)如图所示装置中，观察到检流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　) M N P A 铜 锌 硫酸铜溶液 B 铜 铁 氯化亚铁溶液 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 解析：AC　[本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，应为负极，N棒金属较活泼，M棒变粗说明M极上有固体析出。] 4．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) 解析：A　[由第一个装置图中正负极的标注可知，Cd失去电子作负极，则金属性Cd＞Co；由第二个装置图正负极的标注可知，Co失去电子被氧化作负极，则金属性Co＞Ag，综上分析可知三者金属性的强弱顺序为Cd＞Co＞Ag。根据活泼性强的金属能将活泼性弱的金属从其盐溶液中置换出来的规律判断A项错误。] 5．将Fe片和石墨用导线连接，一组插入稀H2SO4溶液中，一组插入FeCl3溶液中，分别形成原电池。 (1)在这两个原电池中，正极分别为　______　(填序号)。 A．石墨、石墨　　　 B．石墨、Fe片 C．Fe片、Fe片 D．Fe片、石墨 (2)插入稀H2SO4溶液中形成的原电池的正极反应式为　________________　(用离子方程式表示)。 (3)插入FeCl3溶液中形成的原电池的电池总反应式为　________________　(用离子方程式表示)。 解析：当电解质溶液为稀H2SO4溶液时，原电池的总反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，则负极为Fe片，正极为石墨，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；当电解质溶液为FeCl3溶液时，原电池的总反应为Fe＋2FeCl3===3FeCl2，对应的离子方程式为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，负极为Fe片，正极为石墨。 答案：(1)A　(2)2H＋＋2e－===H2↑ (3)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋ [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$