第二单元 化学能与电能的转化 第1课时（导学案） 化学苏教版2019选择性必修1

第二单元 化学能与电能的转化 第1课时 原电池的工作原理 一、知识目标 1.以铜锌原电池为例，深入分析原电池的构成及工作原理，熟练掌握原电池电极反应式的书写方法。 2.通过实验探究，清晰分析单液原电池与双液原电池（带盐桥）的差别，深刻理解双液原电池的优势。 3.能够利用原电池原理设计具有一定功能的简单原电池，全面了解原电池原理在判断金属活动性、加快反应速率、金属防护等方面的应用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观实验现象精准认识原电池的工作原理，从微观角度透彻理解电子转移、离子移动等过程。 2.证据推理与模型认知：通过实验现象合理推理原电池的构成条件和工作原理，科学建立原电池的模型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究单液原电池和双液原电池的差别，大力培养科学探究能力和创新思维。 4.科学态度与社会责任：充分了解原电池在生活和生产中的应用，深刻认识化学科学对社会发展的重要贡献。 一、学习重点 1.原电池的工作原理及原电池原理的应用。 2.原电池电极反应式的书写方法。 二、学习难点 1.双液原电池的工作原理及盐桥的作用。 2.复杂电极反应式的书写。 1、 原电池工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐溶解，溶液颜色变浅，有红色物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度升高，能量变化的主要形式是化学能转化为热能。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针偏转 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的Cu2＋在铜片获得电子变成Cu沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 化学能转化为电能 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成闭合回路； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 二、原电池原理的应用 1.比较金属活动性强弱 对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。 例如：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。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。 2．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：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。 3．设计原电池 (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。 一、新课引入 问题探究：世界上第一个电池是什么？它是由谁发明的，又是用什么制成的？ 答案：世界上第一个电池是伏打电堆。在 1800 年，意大利物理学家伏特用锌板、铜板和浸有盐水的湿布制成了伏打电堆。 问题思考：请列举一些日常生活中使用电池的设备。 答案：手机、电动车、手表等。 问题思考：化学电池是怎样将化学能转化为电能的呢？它的内部到底发生了什么样的反应呢？ 二、原电池的工作原理 活动一：原电池工作原理的探究实验一 问题思考：向一只烧杯中加入溶液，再加入适量锌粉，用温度计（或温度传感器）测量溶液的温度，会有什么现象？将锌片和铜片同时插入盛有溶液，用电流表连接，又会有什么现象？ 归纳总结：观察溶液温度变化，电流表示数特点等。 答案：加入锌粉后，溶液温度逐渐升高；插入锌片和铜片并用电流表连接后，有电流产生，且随时间逐渐变弱。 问题思考：两次实验的能量变化有什么不同？ 答案：第一次实验能量变化是化学能转化为热能，第二次实验能量变化是化学能转化为电能。 问题思考：为什么两次实验的能量变化会不同？ 答案：在第一个实验中，锌与硫酸铜溶液直接发生反应，化学能以热能的形式释放；而第二个实验形成了原电池，使化学能转化为电能。 活动二：原电池的构成 问题思考：写出前面实验中的电极反应式和电池总反应式。 答案：负极（）：；正极（）：；电池总反应式：。 问题探究：根据实验一，总结原电池的构成条件。 答案：原电池的构成条件：有两种活动性不同的电极；两电极插入电解质溶液或熔融态电解质中；形成闭合回路；氧化还原反应能自发进行。 活动三：原电池工作原理的探究实验二 问题思考：实验 1 中虽然形成了原电池，但电流强度逐渐减弱，锌片表面也析出了铜单质，能量转化率并不高，如何解决？ 答案：解决问题的关键是还原剂与氧化剂不直接接触。 问题思考：向两只烧杯中分别加入溶液和溶液，将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入和溶液中，将盐桥两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，会看到哪些现象？取出盐桥，又会有什么现象？ 答案：有电流产生，铜片表面有红色物质析出，而锌片表面没有红色物质析出。取出盐桥后无电流产生。 问题探究：盐桥的作用是什么？ 答案：形成闭合回路；平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；避免还原剂与氧化剂直接接触，相比单液原电池能量转化率大大提高。 活动四：原电池的工作原理总结 归纳总结：结合前面的实验和分析，总结原电池的工作原理，包括正负极的反应、电子和离子的移动方向。 答案：负极上发生氧化反应，给出电子；正极上发生还原反应，得到电子。电流由原电池的正极流向负极，即电子由负极流向正极。阳离子移向正极，阴离子移向负极。 问题思考：老师总结的口诀“电子不下水（由负到正），离子不上岸（正正负负），电流水陆通（内外循环）”是什么意思？ 答案：外电路是电子在定向移动，内电路是离子在定向移动，而电荷的定向移动形成电流，所以电流是贯穿整个闭合回路的。 活动五：原电池正负极的判断方法 问题思考：判断原电池的正负极有哪些方法？ 答案：①根据电极材料：一般地，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极； ②根据反应类型：发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极； ③根据电子流向：电子流出的是负极，电子流入的是正极； ④根据离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极； ⑤根据电极现象： 电极增重或有气体产生的是正极，电极溶解的是负极。 活动六：典例精讲 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（ SO42- ）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 答案：C。Zn作负极，发生氧化反应，Cu作正极，发生还原反应，故A错误；中间为阳离子交换膜，只允许阳离子通过，SO42- 为阴离子，无法通过，故甲池中不变，B错；乙池中Cu棒上发生反应，每转移2mole-，减少1molCu2+（64g），同时通过阳离子交换膜从左侧移动过来1molZn2+（65g），相当于溶液总质量增加了65-64=1g，故C是正确的；阳离子交换膜只允许阳离子通过，D错。 典例2：关于如图所示的甲、乙两装置，下列说法正确的是(　　) A．甲中锌棒为正极，且逐渐溶解 B．甲中电子从锌棒流出，经硫酸溶液到铜棒 C．甲、乙两池反应原理相同，且一段时间后酸性都减弱 D．甲、乙中均发生氧化还原反应，且都在锌棒附近产生大量气泡 答案：C。根据原电池的构成条件，甲形成了原电池，而乙没有，甲中锌棒作负极，A错；锌棒失去电子，通过导线和电流表移到铜棒（电子不下水），B错；甲、乙均发生了锌与稀硫酸的氧化还原反应，消耗了氢离子，故一段时间后酸性都减弱，故C是正确的；虽然反应原理相同，但甲形成了原电池，铜作正极，气泡是在正极产生的，而乙未形成原电池，气泡在锌棒负极产生，故D错。 三、电极反应式的书写 活动一：电极反应式的书写原则 问题思考：电极反应式的书写需要遵循哪些原则？ 答案：遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒；遵循离子方程式的书写规则；两电极反应式相加得电池总化学（或离子）方程式。 活动二：电极反应式的书写方法 问题探究：以碱性锌锰电池为例，已知电解质为，总反应为，如何书写电极反应式？ 答案：判电极，定产物：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，可知在负极反应，在正极反应，为负极产物，为正极产物。 标价态，算得失：由价→+ 2价，失去个电子，由 + 4+ 3价，得到个电子。 看环境，配守恒：该电池为碱性环境，所以补及配平。 负极：； 正极：。 最后两式相加看是否能得到总式。 活动三：书写电极反应式的基本类型 问题思考：书写电极反应式有哪些基本类型？ 答案：类型一：题目给定原电池的装置图，未给总反应式。 类型二：题目给出原电池的总反应式。 问题思考：这两种类型分别如何书写呢？ 答案：都要先根据已知条件判断正负极，也就是氧化剂、还原剂以及对应的产物，再根据书写原则进行书写。 归纳总结：详细说明每种类型书写的方法。 答案：类型一：首先判断原电池的正、负极，分别找出氧化剂和还原剂；结合已知条件及电解质，判断出还原产物和氧化产物；遵循氧化还原反应离子方程式的配平原则，写出电极反应式。 类型二：将总反应式改写为离子方程式，分析各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应；依照电极反应式的一般书写方法依次写出正、负极反应式；若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。 活动四：典例精讲 典例1：根据如下装置图，回答问题： (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 (2)乙装置中正极为_____，电极反应式为_________________________，负极为______，电极反应式为________________________。 答案：（1） ，； ，。（2） ， ； ， 。 讲解：甲、乙都是原电池装置，虽然电极材料（都是镁和铝）相同，但电解质溶液不同，甲为盐酸，乙为氢氧化钠，所以甲中镁是负极、铝是正极，而乙中铝是负极，镁是正极，甲中总反应为，乙中总反应为，依据电极反应式的书写方法可写出正负极反应式。 典例2：根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。 (1)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备硫酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是_______________________，正极反应式是_______________________。 (2) 某原电池总反应为2FeO42－＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是__________________________；正极反应式是__________________________________。 答案：（1）2Cu－4e－===2Cu2＋；O2＋4e－＋4H＋===2H2O （2）3H2－6e－＋6OH－===6H2O；2FeO42－＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－ 讲解：根据电极反应式书写类型二的步骤进行书写，写出其中一个较为简单的电极反应式后，可用总式减掉它，得到另一个电极反应式；电极反应式写出后记得两式相加验一下是否可得到总式。 四、原电池原理的应用 问题思考：学习了原电池的工作原理后，原电池的工作原理有哪些应用？ 答案：判断金属活动性强弱、加快化学反应速率、设计化学电源、用于金属的防护。 问题思考：分别举例说明这些应用。 答案：判断金属活动性强弱：一般情况下，负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。 （1）第一个例题中请大家先根据装置图和实验现象判断好正负极，特别注意的是第二个装置，它并没有形成原电池，所以不能用原电池的原理来分析。 （2）加快化学反应速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。第二个例题中，试管中加入硫酸铜溶液后，锌与其反应将铜置换出来，这样便形成了原电池，因此的反应速率会明显加快，但由于硫酸铜与锌反应，消耗了少量锌，所以产生的氢气偏少。 （3）设计化学电源：我们以铜与硝酸银的反应为例来拆解一下设计的思路。首先将电池总反应拆成两个半反应，即原电池的负极反应和正极反应。接着确定负极材料、正极材料和电解质溶液。最后画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液。 （4）金属的防护：将被保护的金属（比如钢铁）与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属（如镁、锌等）作阳极（负极），在不断被腐蚀后定期更换，而作为阴极（正极）的金属就不易被腐蚀而得到保护，所以又叫牺牲阳极的阴极保护法。此法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 典例精讲 典例1：根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3＋Fe=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。 答案：先根据总反应判断正负极和电解质溶液，再套入双液原电池装置模型。需要注意的是正极材料的选择，从总反应式中并不能直接看出，需要思考正极材料的要求，一般没有负极材料活泼且能导电，且不与电解质溶液接触反应，综合考虑选择石墨或金属铂。装置图如下： 典例2：请选择适当的材料和试剂,将反应2Fe3++2I-=2Fe2++I2设计成一个原电池： 设计思路 负极 负极材料:　　　  负极反应物:　　　　　　　  正极 正极材料:　　　  正极反应物:　　　　　　　  电子导体:　　　  离子导体:　　　  答案：由于总反应式中氧化剂和还原剂都是离子，所以电极材料选择能导电的惰性材料，石墨最佳；正极和负极反应物由元素化合价变化判断得失电子，进而确定下来。外电路由电极和导线连接，电子定向移动；内电路由电解质溶液和盐桥连接，离子定向移动。 1. 原电池工作原理： 负极上发生氧化反应，给出电子；正极上发生还原反应，得到电子。电流由原电池的正极流向负极，即电子由负极流向正极。内电路阳离子移向正极，阴离子移向负极。 口诀： 电子不下水（由负到正） 离子不上岸（正正负负） 电流水陆通（内外循环） 2. 原电池正负极的判断方法： (1)根据电极材料：一般地，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属作正极； (2)根据反应类型：发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极； (3)根据电子流向：电子流出的是负极，电子流入的是正极； (4)根据离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极； (5)根据电极现象： 电极增重或有气体产生的是正极，电极溶解的是负极。 3.原电池原理的应用 （1）判断金属活动性强弱（2）加快化学反应速率（3）设计化学电源（4）用于金属的防护。 1.某原电池装置如图所示，下列有关叙述中正确的是(　　) 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，右侧烧杯中溶液质量减小 【答案】B 【解析】A：铁较活泼做负极，发生氧化反应。A错。B：工作时，由于盐桥中Cl-向负极定向移动，进入左侧烧杯中，一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大，故B对。C：正极反应为氢离子得电子的反应。C错。选项D：盐桥中K+向右侧烧杯定性移动，每消耗1molH+（1g），就会补充进来1molK+（39g），故溶液总质量增加。D错。 2.在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断如表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　) 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 【答案】C 【解析】A：M（锌）做负极，N（铜）做正极，负极锌失电子，故M棒变细，正极上氢离子得电子析出氢气，故N棒质量不变。故A不符合要求。B：N（铁）做负极，M（铜）做正极，负极铁失电子，故N棒变细，正极上氢离子得电子析出氢气，故M棒质量不变。B不符合要求。C：N（锌）做负极，M（银）做正极，负极锌失电子，故N棒变细，正极上银离子得电子析出金属银，故M棒变粗。符合题意。D：M（锌）做负极，N（铁）做正极，负极锌失电子，故M棒变细，正极上铁离子得电子变为亚铁离子，故N棒质量不变。D不符合要求。 3.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　) A．当M为FeCl3溶液、杠杆为导体时，A端低，B端高 B．当M为AgNO3溶液、杠杆为导体时，A端高，B端低 C．当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低 D．当M为CuSO4溶液、杠杆为绝缘体时，A端低，B端高 【答案】A 【解析】A：由于杠杆为导体，故可形成原电池。根据金属活泼性可知，铁丝做负极，铜丝做正极，负极失电子质量减小，正极上铁离子得电子变为亚铁离子，质量不变。故A端低，B端高。A对。B：铁做铁丝做负极，铜丝做正极，负极失电子质量减小，正极上银离子得电子析出金属银，质量变大。故A端低，B端高。B错。C：铁丝做负极，铜丝做正极，负极失电子质量减小，正极上氢离子得电子析出氢气，质量不变。故A端低，B端高。C错。D：由于杠杆为绝缘体，故不可形成原电池。铁直接与硫酸铜溶液反应，析出的铜附着在铁丝表面，B质量变大，A质量不变，故A端高，B端低。D错。 4.为了探究原电池的电极名称不仅与电极材料有关,还与电解质溶液有关,某学生进行了如下实验，根据表格内容回答: 编号 电极材料 电解质溶液 电子流向 ① Mg-Al HNO3(浓) Mg→Al ② Mg-Al HCl(aq) Mg→Al ③ Mg-Al NaOH(aq) Al→Mg ④ Al-Cu HNO3(浓) Cu→Al (1)实验①中Mg作　 　(填“正极”或“负极”),发生　 　(填“氧化反应”或“还原反应”)。实验③中Mg作　 　(填“正极”或“负极”),总反应的离子方程式为　 。 (2)实验②中Al作　 　(填“正极”或“负极”)，实验④中Al电极上发生的电极反应式为 　 。 【答案（1）负极，氧化反应。正极， （2）正极，NO3-+e-+2H+=NO2+ 【解析】原电池工作时，电子从负极流出，流入正极，由此可判断①②中Mg做负极，Al做正极，③中Al做负极，Mg做正极，④中Cu做负极，Al做正极。再结合电解质溶液的性质，可写出如上离子方程式和电极反应式。 考点1原电池的构成条件 1.下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】A．乙醇是非电解质，不能导电，不能构成原电池，A错误； B．装置中两金属电极的活泼性相同，不能形成原电池，B错误； C．没有形成闭合回路，不能形成原电池，C错误； D．铁和铜作电极，硫酸铜作电解质溶液，有闭合回路，有自发的氧化还原反应，能形成原电池，D正确；故选D。 2.某化学兴趣小组自制的盐水彩灯装置如图所示，下列电池组合正确且能使彩灯亮起来的是 选项 电极a(正极) 电极b(负极) X A Al Mg 乙醇 B Zn Pt 稀硫酸 C Cu Fe 硫酸铜溶液 D 金刚石 Zn 稀硫酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】A．X为乙醇，乙醇是非电解质，无法导电，不能形成原电池，A错误； B．Zn比Pt活泼，应作负极，Pt为正极，B错误； C．Fe比Cu活泼，Fe作负极（b），Cu作正极（a），X为硫酸铜溶液，负极Fe失电子，正极Cu2+得电子，发生自发氧化还原反应，形成原电池产生电流，C正确； D．金刚石不导电，无法作为电极形成闭合回路，D错误； 故选C。 考点2 原电池的工作原理 3.下列有关如图所示装置的叙述正确的是(该装置工作时) A．稀硫酸的电离方程式为 B．往锌电极迁移，且铜电极上无气泡产生 C．铜电极上的电极反应式为 D．一段时间后，电解质溶液的质量较反应前有所增加 【答案】D 【解析】A．稀硫酸的电离方程式应为，选项中书写错误，A错误； B．原电池中阳离子向正极迁移，铜为正极， H+应向铜电极迁移，且H+在铜电极得电子生成H2，铜电极有气泡产生，B错误； C．电解质为稀硫酸（酸性环境），铜电极（正极）的电极反应式为，选项中是碱性环境下吸氧腐蚀的正极反应，C错误； D．负极锌溶解：（进入溶液，增加质量），正极生成H2逸出：（减少质量），每溶解65 g Zn生成2 g H2 4.下列有关如图所示原电池（盐桥中吸附有KNO3饱和溶液）的叙述不正确的是 A．盐桥中的K+向铜电极移动 B．电子沿导线由铜电极流向银电极 C．正极的电极反应为Ag++e-=Ag D．铜电极发生氧化反应 【答案】A 【解析】A．盐桥中阳离子向正极移动，银电极为正极，故K⁺应向银电极移动，而非铜电极，A错误； B．铜为负极，电子从负极（铜电极）沿导线流向正极（银电极），B正确； C．银电极为正极，Ag⁺在正极得电子发生还原反应，电极反应式为Ag⁺+e⁻=Ag，C正确； D．铜电极为负极，负极发生氧化反应，D正确。 考点3 原电池电极反应式的书写 5.分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑ 【答案】B 【解析】A．①中Mg作负极；②中铝是负极；③中Cu作负极；④中Fe作负极，故A错误； B．②中铝与氢氧化钠反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，②中Mg作正极，正极生成氢气，正极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故B正确； C．铁在浓硝酸中钝化，③中Cu与浓硝酸反应失电子，Cu作负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故C错误； D．Fe的活泼性大于铜，④中发生铁的吸氧腐蚀，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，故D错误； 故选B。 6.Sn/SnO2@NC电极使CO2还原催化性能得到了很大的提高，为高性能CO2还原催化剂的设计提供了新的思路，同时可充放电Zn-CO2电池的构建为绿色能源转换和存储系统提供了新的方案，如图所示。 下列说法正确的是 A．该原电池中，CO2在负极发生还原反应 B．电子由a极流出经过膜M向b极迁移 C．每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.4mol电子 D．a极反应式为 【答案】D 【解析】A．由分析可知，该原电池中，b电极为正极，CO2得电子发生还原反应，A不正确； B．原电池工作时，a极为负极，b极为正极，电子由a极流出，沿导线向b极迁移，电子不能通过电解质溶液，则不能经过膜M，B不正确； C．4.6gHCOOH的物质的量为=0.1mol，CO2+2e-+2H+=HCOOH，则每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.2mol电子，C不正确； D．a极为负极，Zn失电子产物与电解质反应生成[Zn(OH)4]2-，则电极反应式为，D正确； 故选D。 考点4 原电池原理的应用 7.利用反应设计原电池，下列装置示意图正确的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】根据反应：，铜元素化合价升高，失去电子，铜单质作原电池负极，铁元素化合价降低，在正极材料上铁离子得到电子变为亚铁离子，正极材料是活泼性比铜弱的金属或石墨电极，溶液中电解质是含铁离子的盐溶液，比如氯化铁或硫酸铁，C符合； 故选C。 8.一种锂-海水电池结构如图(Li为负极，N为正极，隔膜为玻璃陶瓷)，下列说法错误的是 A．海水可作为电解质溶液 B．正极反应仅为O2+2H2O+4e-=4OH- C．玻璃陶瓷可传导Li+且防止海水与Li直接反应 D．该电池属于一次电池 【答案】B 【解析】A．海水中含有氯化钠等电解质，可以起电解质溶液的作用，A正确； B．根据分析可知，N为正极，电极反应为：或，B错误； C．锂为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷能起到防止水和锂反应并能传导Li+的作用，C正确； D．锂-海水电池不可充电，属于一次电池，D正确； 故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二单元 化学能与电能的转化 第1课时 原电池的工作原理 一、知识目标 1.以铜锌原电池为例，深入分析原电池的构成及工作原理，熟练掌握原电池电极反应式的书写方法。 2.通过实验探究，清晰分析单液原电池与双液原电池（带盐桥）的差别，深刻理解双液原电池的优势。 3.能够利用原电池原理设计具有一定功能的简单原电池，全面了解原电池原理在判断金属活动性、加快反应速率、金属防护等方面的应用。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观实验现象精准认识原电池的工作原理，从微观角度透彻理解电子转移、离子移动等过程。 2.证据推理与模型认知：通过实验现象合理推理原电池的构成条件和工作原理，科学建立原电池的模型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究单液原电池和双液原电池的差别，大力培养科学探究能力和创新思维。 4.科学态度与社会责任：充分了解原电池在生活和生产中的应用，深刻认识化学科学对社会发展的重要贡献。 一、学习重点 1.原电池的工作原理及原电池原理的应用。 2.原电池电极反应式的书写方法。 二、学习难点 1.双液原电池的工作原理及盐桥的作用。 2.复杂电极反应式的书写。 1、 原电池工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把 转化为 的装置。 (2)构成条件： 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐 ，溶液颜色 ，有 物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度 ，能量变化的主要形式是 转化为 。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针————————— 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量________ 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成 进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的 在铜片获得电子变成 沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：__________________ Cu片：__________________ 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 转化为 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成 ； ② ；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③ ，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 二、原电池原理的应用 1.比较金属活动性强弱 对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性 ，正极金属的活动性 。 例如：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。根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。 2．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 。 例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。 3．设计原电池 (1)理论上，任何自发的 反应都可以设计成原电池。 (2)外电路： 性较强的物质在负极上失去电子， 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 移动。 一、新课引入 问题探究：世界上第一个电池是什么？它是由谁发明的，又是用什么制成的？ 问题思考：请列举一些日常生活中使用电池的设备。 问题思考：化学电池是怎样将化学能转化为电能的呢？它的内部到底发生了什么样的反应呢？ 二、原电池的工作原理 活动一：原电池工作原理的探究实验一 问题思考：向一只烧杯中加入溶液，再加入适量锌粉，用温度计（或温度传感器）测量溶液的温度，会有什么现象？将锌片和铜片同时插入盛有溶液，用电流表连接，又会有什么现象？ 归纳总结：观察溶液温度变化，电流表示数特点等。 问题思考：两次实验的能量变化有什么不同？ 问题思考：为什么两次实验的能量变化会不同？ 活动二：原电池的构成 问题思考：写出前面实验中的电极反应式和电池总反应式。 问题探究：根据实验一，总结原电池的构成条件。 活动三：原电池工作原理的探究实验二 问题思考：实验 1 中虽然形成了原电池，但电流强度逐渐减弱，锌片表面也析出了铜单质，能量转化率并不高，如何解决？ 问题思考：向两只烧杯中分别加入溶液和溶液，将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入和溶液中，将盐桥两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，会看到哪些现象？取出盐桥，又会有什么现象？ 问题探究：盐桥的作用是什么？ 活动四：原电池的工作原理总结 归纳总结：结合前面的实验和分析，总结原电池的工作原理，包括正负极的反应、电子和离子的移动方向。 问题思考：老师总结的口诀“电子不下水（由负到正），离子不上岸（正正负负），电流水陆通（内外循环）”是什么意思？ 活动五：原电池正负极的判断方法 问题思考：判断原电池的正负极有哪些方法？ 活动六：典例精讲 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（ SO42- ）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 典例2：关于如图所示的甲、乙两装置，下列说法正确的是(　　) A．甲中锌棒为正极，且逐渐溶解 B．甲中电子从锌棒流出，经硫酸溶液到铜棒 C．甲、乙两池反应原理相同，且一段时间后酸性都减弱 D．甲、乙中均发生氧化还原反应，且都在锌棒附近产生大量气泡 三、电极反应式的书写 活动一：电极反应式的书写原则 问题思考：电极反应式的书写需要遵循哪些原则？ 活动二：电极反应式的书写方法 问题探究：以碱性锌锰电池为例，已知电解质为，总反应为，如何书写电极反应式？ 活动三：书写电极反应式的基本类型 问题思考：书写电极反应式有哪些基本类型？ 问题思考：这两种类型分别如何书写呢？ 归纳总结：详细说明每种类型书写的方法。 活动四：典例精讲 典例1：根据如下装置图，回答问题： (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 (2)乙装置中正极为_____，电极反应式为_________________________，负极为______，电极反应式为________________________。 典例2：根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。 (1)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备硫酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是_______________________，正极反应式是_______________________。 (2) 某原电池总反应为2FeO42－＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是__________________________；正极反应式是__________________________________。 四、原电池原理的应用 问题思考：学习了原电池的工作原理后，原电池的工作原理有哪些应用？ 问题思考：分别举例说明这些应用。 典例精讲 典例1：根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2FeCl3＋Fe=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。 典例2：请选择适当的材料和试剂,将反应2Fe3++2I-=2Fe2++I2设计成一个原电池： 设计思路 负极 负极材料:　　　  负极反应物:　　　　　　　  正极 正极材料:　　　  正极反应物:　　　　　　　  电子导体:　　　  离子导体:　　　  1. 原电池工作原理： 负极上发生 反应，给出电子；正极上发生 反应，得到电子。电流由原电池的 极流向 极，即电子由 极流向 极。内电路阳离子移向 极，阴离子移向 极。 口诀：电子不下水（由负到正） 离子不上岸（正正负负） 电流水陆通（内外循环） 2. 原电池正负极的判断方法： (1)根据电极材料：一般地，较活泼的金属作 ，较不活泼的金属或非金属作 ； (2)根据反应类型：发生 反应的是负极，发生 反应的是正极； (3)根据电子流向：电子流出的是 ，电子流入的是 ； (4)根据离子流向：阳离子移向 ，阴离子移向 ； (5)根据电极现象： 电极增重或有气体产生的是 ，电极溶解的是 。 3.原电池原理的应用 （1）判断金属活动性强弱（2）加快化学反应速率（3）设计化学电源（4）用于金属的防护。 1.某原电池装置如图所示，下列有关叙述中正确的是(　　) 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↑ 2.在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断如表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　) 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 3.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　) A．当M为FeCl3溶液、杠杆为导体时，A端低，B端高 B．当M为AgNO3溶液、杠杆为导体时，A端高，B端低 C．当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低 D．当M为CuSO4溶液、杠杆为绝缘体时，A端低，B端高 4.为了探究原电池的电极名称不仅与电极材料有关,还与电解质溶液有关,某学生进行了如下实验，根据表格内容回答: 编号 电极材料 电解质溶液 电子流向 ① Mg-Al HNO3(浓) Mg→Al ② Mg-Al HCl(aq) Mg→Al ③ Mg-Al NaOH(aq) Al→Mg ④ Al-Cu HNO3(浓) Cu→Al (1)实验①中Mg作　 　(填“正极”或“负极”),发生　 　(填“氧化反应”或“还原反应”)。实验③中Mg作　 　(填“正极”或“负极”),总反应的离子方程式为　 。 (2)实验②中Al作　 　(填“正极”或“负极”)，实验④中Al电极上发生的电极反应式为 　 。 考点1 原电池的构成条件 1.下列装置能构成原电池的是 A． B． C． D． 2.某化学兴趣小组自制的盐水彩灯装置如图所示，下列电池组合正确且能使彩灯亮起来的是 选项 电极a(正极) 电极b(负极) X A Al Mg 乙醇 B Zn Pt 稀硫酸 C Cu Fe 硫酸铜溶液 D 金刚石 Zn 稀硫酸 考点2 原电池的工作原理 3.下列有关如图所示装置的叙述正确的是(该装置工作时) A．稀硫酸的电离方程式为 B．往锌电极迁移，且铜电极上无气泡产生 C．铜电极上的电极反应式为 D．一段时间后，电解质溶液的质量较反应前有所增加 4.下列有关如图所示原电池（盐桥中吸附有KNO3饱和溶液）的叙述不正确的是 A．盐桥中的K+向铜电极移动 B．电子沿导线由铜电极流向银电极 C．正极的电极反应为Ag++e-=Ag D．铜电极发生氧化反应 考点3 原电池电极反应式的书写 5.分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e-=H2↑ 6.Sn/SnO2@NC电极使CO2还原催化性能得到了很大的提高，为高性能CO2还原催化剂的设计提供了新的思路，同时可充放电Zn-CO2电池的构建为绿色能源转换和存储系统提供了新的方案，如图所示。 下列说法正确的是 A．该原电池中，CO2在负极发生还原反应 B．电子由a极流出经过膜M向b极迁移 C．每生成4.6gHCOOH时理论上转移0.4mol电子 D．a极反应式为 考点4 原电池原理的应用 7.利用反应设计原电池，下列装置示意图正确的是 A． B． C． D． 8.一种锂-海水电池结构如图(Li为负极，N为正极，隔膜为玻璃陶瓷)，下列说法错误的是 A．海水可作为电解质溶液 B．正极反应仅为O2+2H2O+4e-=4OH- C．玻璃陶瓷可传导Li+且防止海水与Li直接反应 D．该电池属于一次电池 / 学科网（北京）股份有限公司 $