2020化学新素养同步鲁教选修4(课件+讲义+素养练):第1章第3节 化学能转化为电能-电池 第1课时.doc
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1、第第 3 节节 化学能转化为电能化学能转化为电能电池电池 第第 1 课时课时 原电池的工作原理原电池的工作原理 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 =Zn2 Cu2 2e=Cu 能量转化 化学能转
2、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 =Zn2 B.电池总反应为 ZnCu2 =Zn2Cu C.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 ZnSO
3、 4溶液 解析 正极发生还原反应: Cu2 2e=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 CuSO 4溶液保持电中性,则盐桥中的 K 移向 CuSO 4溶液, Cl 移向 ZnSO 4溶液。故 D 不正确。 答案 D 2.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
4、XY D.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 C 3.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 中的东西设计原电池
5、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_
6、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)2H 2e=H 2 Fe2e =Fe2 FeH2SO4=FeSO4H2 (2)氧化 负 Zn2e 2OH=Zn(OH) 2 还原 正 Ag2O2e H 2O=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 个原电池,回答下列问题。 (1) 正 极 是 _( 填 名 称 , 下 同 ) 发生 _ 反 应 ,
7、 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 =4OH2H 2 (2)硅 氧化 Si6OH 4e=SiO2 33H2O (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
8、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
9、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
10、 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 2 X、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、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.ZXYW C.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;
11、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 A 1.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
12、 正极反应式为 Ag e=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 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 C 2.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
13、作一段时间后,甲池的SO2 4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:Zn 2e =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 C 3.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
14、原剂,总是溶液中的阳离子在此被还原 答案 B 4.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 FeCl 3溶液等。 答案 Pt(或 C)
15、 2Fe3 2e=2Fe2 Cu Cu2e=Cu2 FeCl 3溶液 5.有 A、B、C、D、E 五块金属片,进行如下实验: (1)A、 B 用导线相连后, 同时浸入稀 H2SO4溶液中, A 极为负极, 活动性_。 (2)C、D 用导线相连后,同时浸入稀 H2SO4溶液中,电流由 D导线C,活动 性_。 (3)A、 C 相连后, 同时浸入稀 H2SO4溶液中, C 极产生大量气泡, 活动性_。 (4)B、 D 相连后, 同时浸入稀 H2SO4溶液中, D 极发生氧化反应, 活动性_。 (5)用惰性电极电解含 B 离子和 E 离子的溶液,E 先析出,活动性_。 综 上 所 述 , 这 五 种
16、金 属 的 活 动 性 从 强 到 弱 的 顺 序 为 _。 答案 (1)AB (2)CD (3)AC (4)DB (5)BE ACDBE 课时作业 基 础 练 1.100 mL 2 mol L 1 的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成 氢气的总量,可采用的方法是( ) A.加入适量的 6 mol/L 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 A 项, 加入 6 mol L 1 的盐酸, 会使产生的 H2总量增加; B 项, 加入 CuCl2 溶液后,Zn 置换出 Cu,Cu 附着在 Zn 上,形成原电池,加快反应速率;C、D 两项,蒸
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