121原電池的工作原理學(xué)案高二上學(xué)期化學(xué)選擇性必修1

第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第一課時(shí)原電池的工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能分析和理解原電池的工作原理，會(huì)判斷原電池的正極和負(fù)極及書寫其電極反應(yīng)式。2.能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單原電池。一、原電池工作原理1.實(shí)驗(yàn)探究——鋅與硫酸銅溶液反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化操作向一只燒杯中加入1.0mol·L－1CuSO4溶液30mL，再加入適量鋅粉，用溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，觀察溫度的變化現(xiàn)象Zn逐漸________，有________物質(zhì)生成，溶液溫度________，顏色________能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為________微觀探析Zn把電子直接傳遞給Cu2＋，離子方程式：________________________2.實(shí)驗(yàn)探究——銅鋅原電池的構(gòu)造與工作原理裝置示意圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋅片________，銅片上有紅色固體生成，質(zhì)量________，溶液顏色________，電流計(jì)指針發(fā)生________，用溫度計(jì)測(cè)量?jī)蔁芤旱臏囟葞缀醪蛔兡芰哭D(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為________微觀探析在硫酸鋅溶液中，負(fù)極一端的________失去電子被氧化成________進(jìn)入溶液；在硫酸銅溶液中，正極一端的________獲得電子被還原成________沉積在銅片上電子或離子移動(dòng)的方向?qū)Ь€(外電路)中，電子從________片(________極)移向________片(________極)。鹽橋(內(nèi)電路)中的________移向ZnSO4溶液，________移向CuSO4溶液工作原理負(fù)極：____________(______反應(yīng))正極：____________(______反應(yīng))總反應(yīng)：_____________________________________3.原電池工作原理(1)定義：原電池是將________轉(zhuǎn)化為________的裝置。(2)電極名稱及電極反應(yīng)①負(fù)極：發(fā)生________反應(yīng)，________電子。②正極：發(fā)生________反應(yīng)，________電子。(3)構(gòu)造①兩個(gè)半電池；②半電池包括電極材料(兩種金屬或一種金屬和一種能導(dǎo)電的非金屬)和________溶液。③兩個(gè)隔離的半電池通過________連接起來。(4)鹽橋的作用①形成________；②___________________________________________________________________；③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，相比單液原電池有利于最大程度地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。1.對(duì)于原電池的電極名稱，敘述錯(cuò)誤的是()A.發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極B.正極為電子流入的一極C.比較不活潑的金屬為負(fù)極D.電流流出的一極為正極2.在圖中的8個(gè)裝置中，屬于原電池的是()A.①②③⑤⑧ B.③④⑥⑦C.④⑥⑦ D.③⑤⑦3.下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是()A.均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過程中，電子均由Zn經(jīng)導(dǎo)線流向CuD.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高4.下圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置，下列敘述中正確的是()A.電極Ⅰ上發(fā)生還原反應(yīng)，作原電池的負(fù)極B.電極Ⅱ的電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=CuC.鹽橋中裝有含氯化鉀飽和溶液的瓊膠，其作用是傳遞電子D.該原電池中電子的運(yùn)動(dòng)方向：電極Ⅱ→導(dǎo)線→電極Ⅰ【題后歸納】1.原電池的工作原理簡(jiǎn)圖電子移動(dòng)方向從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極，電子不能通過電解質(zhì)溶液離子移動(dòng)方向陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)，離子只能在電解質(zhì)溶液中移動(dòng)，不能在導(dǎo)線上移動(dòng)若有鹽橋鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)若有交換膜離子可選擇性通過交換膜，如陽離子可通過陽離子交換膜移向正極(后續(xù)內(nèi)容接觸到)2.原電池中正、負(fù)極的判斷判斷依據(jù)負(fù)極正極電極材料活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬電子流動(dòng)方向電子流出極電子流入極電解質(zhì)溶液中陰、陽離子定向移動(dòng)的方向陰離子移向的電極陽離子移向的電極電流方向電流流入極電流流出極兩極發(fā)生的變化失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)得電子，發(fā)生還原反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象電極溶解電極質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生二、原電池原理的應(yīng)用1.比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱2.加快氧化還原反應(yīng)的速率構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。例如，實(shí)驗(yàn)室制取氫氣時(shí)，粗鋅比純鋅與稀硫酸反應(yīng)速率快或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，產(chǎn)生氫氣的速率加快。3.設(shè)計(jì)原電池(1)電極材料的選擇。負(fù)極一般是活潑的金屬材料。正極一般選用活潑性比負(fù)極差的金屬材料或石墨等惰性電極。(2)電解質(zhì)溶液的選擇。電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。若是兩個(gè)“半反應(yīng)”分別在兩只燒杯中進(jìn)行，則左、右兩只燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子，且兩燒杯之間用鹽橋連接。(3)設(shè)計(jì)示例設(shè)計(jì)思路應(yīng)用示例①以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2②將已知氧化還原反應(yīng)拆分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，從而確定電極反應(yīng)氧化反應(yīng)(負(fù)極)：Cu－2e－=Cu2＋還原反應(yīng)(正極)：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋③以兩極反應(yīng)為依據(jù)，確定電極材料及電解質(zhì)溶液負(fù)極：銅和CuCl2溶液正極：石墨(或鉑)和FeCl3溶液④畫出原電池裝置示意圖1.10mL1mol·L－1硫酸溶液與過量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是()A.加入適量的3mol·L－1硫酸溶液B.加入適量的蒸餾水C.加入數(shù)滴硫酸銅溶液D.加入適量的硫酸鈉溶液2.(2023·石家莊實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二月考)由A、B、C、D四種金屬按表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列敘述中正確的是()實(shí)驗(yàn)裝置甲乙丙現(xiàn)象A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生A.裝置甲中的B金屬是原電池的負(fù)極B.裝置乙中電流的流向?yàn)锽→CC.裝置丙中溶液里的SOeq\o\al(2－,4)移向AD.四種金屬的活潑性順序是D>A>B>C3.某原電池總反應(yīng)為Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋，下列能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()ABCD電極材料Cu、CCu、AgCu、ZnFe、Zn電解質(zhì)溶液Fe(NO3)3FeSO4FeCl3CuSO44.設(shè)計(jì)兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料：ZnSO4(aq)，F(xiàn)eSO4(aq)，CuSO4(aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。(1)完成原電池甲的裝置示意圖(如圖所示)，并作相應(yīng)標(biāo)注。要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。(2)銅片為電極之一，CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后，可觀察到負(fù)極________________________________________。(3)甲、乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________________，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。1.(2023·無錫檢測(cè))在如圖所示的檸檬水果電池中，外電路上的電子從電極Y流向電極X。若X為鉛電極，則Y可能是()A.鋅 B.銀C.石墨 D.銅2.某電池的總反應(yīng)為Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是()選項(xiàng)正極負(fù)極電解質(zhì)溶液ACuFeFeCl3溶液BCFeFe(NO3)2溶液CFeZnFe2(SO4)3溶液DAgFeCuSO4溶液3.X、Y、Z、W四塊金屬板分別用導(dǎo)線兩兩相連浸入稀硫酸中構(gòu)成原電池。X、Y相連時(shí)，X為負(fù)極；Z、W相連時(shí)，電流方向是W→Z；X、Z相連時(shí)，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時(shí)，W極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此判斷四種金屬的活動(dòng)性順序是()A.X>Z>W>Y B.Z>X>Y>WC.X>Y>Z>W D.Y>W>Z>X4.實(shí)驗(yàn)探究是提高學(xué)習(xí)效果的有力手段。某同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說法錯(cuò)誤的是()A.若將圖1裝置的Zn、Cu下端接觸，Zn片逐漸溶解，Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B.圖2中H＋向Cu片移動(dòng)C.若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D.圖2與圖3中，Zn片減輕的質(zhì)量相等時(shí)，正極產(chǎn)物的質(zhì)量比為32∶15.由A、B、C、D四種金屬按表中裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)象金屬A不斷溶解形成二價(jià)金屬離子C極質(zhì)量增加A極有氣泡產(chǎn)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題：(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)裝置丙中溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。(4)四種金屬活潑性由強(qiáng)到弱的順序是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第一課時(shí)原電池的工作原理一、1.溶解紅色升高變淺熱能Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋2.逐漸溶解增加變淺偏轉(zhuǎn)電能ZnZn2＋Cu2＋CuZn負(fù)Cu正Cl－K＋Zn－2e－=Zn2＋氧化Cu2＋＋2e－=Cu還原Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu3.(1)化學(xué)能電能(2)①氧化失去②還原得到(3)②電解質(zhì)③鹽橋(4)①閉合回路②平衡兩側(cè)溶液的電荷，使溶液保持電中性對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.C[原電池中一般是相對(duì)活潑的金屬為負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬(或非金屬導(dǎo)體)為正極。]2.D[①⑧未構(gòu)成閉合回路；②中兩極材料活動(dòng)性相同；④中酒精是非電解質(zhì)；⑥雖形似鹽橋原電池裝置，但鋅直接與硫酸銅溶液反應(yīng)，銅離子不能在銅電極放電；所以①②④⑥⑧均不構(gòu)成原電池，③⑤⑦可構(gòu)成原電池，D正確。]3.B[兩個(gè)裝置都為原電池裝置，均發(fā)生化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程，故A項(xiàng)正確；根據(jù)原電池的工作原理，鋅比銅活潑，鋅作負(fù)極、銅作正極，銅本身不是反應(yīng)物，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；鋅作負(fù)極，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，故C項(xiàng)正確；圖乙裝置產(chǎn)生的電流在一段時(shí)間內(nèi)變化不大，但圖甲裝置產(chǎn)生的電流在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減，故D項(xiàng)正確。]4.D[電極Ⅰ鉑電極上鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以鉑電極作正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電極Ⅱ銅電極上銅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，B項(xiàng)錯(cuò)誤；鹽橋的作用是平衡電荷，鹽橋中離子的定向移動(dòng)形成電流，電子不能通過電解質(zhì)溶液，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電極Ⅱ是負(fù)極，電極Ⅰ是正極，所以該原電池中電子的運(yùn)動(dòng)方向：電極Ⅱ→導(dǎo)線→電極Ⅰ，D項(xiàng)正確。]二、對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.C[加入適量的3mol·L－1的硫酸，增大了氫離子的濃度，反應(yīng)速率加快，但也增大了氫離子的物質(zhì)的量，生成氫氣總量增加，故A錯(cuò)誤；加入適量蒸餾水，氫離子的濃度減小，不改變氫離子的物質(zhì)的量，化學(xué)反應(yīng)速率減小，故B錯(cuò)誤；加入數(shù)滴硫酸銅溶液，Zn足量，構(gòu)成銅鋅原電池，加快反應(yīng)速率，且沒有改變氫離子的物質(zhì)的量，不影響生成的氫氣的總量，故C正確；加入適量的硫酸鈉溶液，氫離子的濃度減小，不改變氫離子的物質(zhì)的量，化學(xué)反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤。]2.D[裝置甲中，A金屬不斷溶解，所以A極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；裝置乙中，活潑金屬與硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)，置換出銅單質(zhì)，吸附在正極上，C的質(zhì)量增加，故C電極為正極，電流的流向?yàn)镃→B，B錯(cuò)誤；丙裝置中，氫離子得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，所以產(chǎn)生氫氣的一極為正極，A為正極，溶液中陰離子移向負(fù)極，C錯(cuò)誤；在甲裝置中，A電極為負(fù)極，B電極為正極，A的活動(dòng)性強(qiáng)于B，在乙裝置中，C電極為正極，B電極為負(fù)極，所以B的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于C，在丙裝置中，A電極為正極，D電極為負(fù)極，所以D的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于A，故得出四者的金屬活潑性順序?yàn)镈>A>B>C，D正確。]3.A[根據(jù)原電池的總反應(yīng)可知，Cu的化合價(jià)升高，Cu作負(fù)極，電解質(zhì)溶液應(yīng)含有Fe3＋，另一個(gè)電極應(yīng)為不如Cu活潑的導(dǎo)電物質(zhì)，A項(xiàng)正確；電解質(zhì)溶液中不含F(xiàn)e3＋，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Zn比銅活潑，鋅作負(fù)極，C項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)生的電池總反應(yīng)是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4.(1)如圖所示。(2)逐漸溶解(3)甲電池乙的負(fù)極可與CuSO4溶液直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；電池甲的負(fù)極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時(shí)損耗較小解析(3)以Zn和Cu作電極為例分析，如果不用鹽橋，則除了發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)外還發(fā)生Zn和Cu2＋的置換反應(yīng)，反應(yīng)放熱，會(huì)使部分化學(xué)能以熱能形式散失，使其不能完全轉(zhuǎn)化為電能，而鹽橋的使用，可以避免Zn和Cu2＋的直接接觸，從而避免能量損失，提供穩(wěn)定電流。課堂達(dá)標(biāo)訓(xùn)練1.A[在檸檬水果電池中，外電路上的電子從電極Y流向電極X，說明電極Y是負(fù)極，電極X是正極，Y的活動(dòng)性比X強(qiáng)。根據(jù)金屬活動(dòng)性順序可知，金屬活動(dòng)性：Zn>Pb>Cu>Ag，石墨是非金屬單質(zhì)，失去電子能力比金屬弱，因此若X為鉛電極，則Y應(yīng)該是活動(dòng)性比鉛強(qiáng)的金屬鋅，故合理選項(xiàng)是A。]2.A[能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋的原電池應(yīng)符合以下條件：①負(fù)極