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1、1.3 化学能转化为电能电池第1课时原电池的工作原理 学案鲁科版选修4学习目标1.了解原电池的工作原理,能写出电极反响和电池反响方程式。2.掌握构成原电池的条件。重点难点电极反响和电池反响方程式的书写。1铜锌原电池的实验探究(1)装置(2)实验现象检流计指针电极外表变化情况发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加发生偏转锌片质量减少,铜片质量增加(3)实验分析Zn极Cu极电子流向由Zn极流向Cu极电子得失失电子溶液中Cu2得电子电极名称负极正极能量转化化学能转化为电能思考装置()中假设取出盐桥,检流计指针是否发生偏转,为什么提示不偏转。如果要使检流计指针发生偏转,那么该装置中必须形成闭合回路,如果取
2、出盐桥,很显然该装置未构成闭合回路,检流计指针不会发生偏转。2原电池工作原理(1)将化学能转化为电能的装置叫做原电池。(2)在原电池中,外电路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。(3)电极反响及电池反响:负极:MMnne发生氧化反响正极:NmmeN发生复原反响电池总反响:mMnNm=mMnnN。提示电极反响是分别在两极上发生的“半反响(氧化反响或复原反响),电池反响是两个电极反响加合消去电子后的总反响。可通过电极反响相加求电池反响,也可通过电池反响减一个电极反响求另一个电极反响。3原电池的组成以下装置中,属于原电池的是()答案
3、D解析利用组成原电池的条件分析:A项两电极相同;B项酒精为非电解质;C项缺少盐桥;E项有外加电源,只有D项符合。4原电池原理的应用关于以下列图装置的表达,正确的选项是()A铜是阳极,铜片上有气泡产生B铜片质量逐渐减少C电流从锌片经导线流向铜片D氢离子在铜片外表被复原后生成H2答案D解析此题主要考查有关原电池的知识,由所给图示可知Zn为原电池负极,失去电子被氧化,电子经导线流向正极,溶液中的氢离子在正极得到电子而被复原为H2;原电池只分正、负极,不用阴、阳极表示,电流与电子流向相反。一、构成原电池的条件1构成原电池的化学反响有何特点答案必须是自发的氧化复原反响。原电池是化学能转化为电能的装置,发
4、生的反响必定是放热反响,即反响的焓变小于零。2原电池的构成条件(1)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或非金属)负极:活泼性强,失去电子发生氧化反响。正极:活泼性弱,得到电子发生复原反响。(2)电极均插入电解质溶液中。(3)构成闭合回路。(4)能自发地发生氧化复原反响。3原电池正、负极的判断判断依据负极正极电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向移动方向阴离子移向的极阳离子移向的极发生的反响氧化反响复原反响反响现象溶解的极增重或有气泡放出的极思考镁铝电极在稀H2SO4中构成原电池时,正、负极材料分别是什么假设将电解质溶液改为
5、NaOH溶液,正、负极材料又分别是什么分别写出两种溶液中的电极反响。提示在稀硫酸溶液中,正极为Al,负极为Mg,电极反响为:正极:2H2eH2负极:MgMg22e在NaOH溶液中,正极为Mg,负极为Al,电极反响为:正极:3H2O6e3H26OH负极:2Al8OH2Al(OH)46e典例1将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下表达正确的选项是()A两烧杯中铜片外表均无气泡产生B甲中铜片是正极,乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的pH均增大D产生气泡的速率甲比乙慢解析由题目中所给图示可知,甲中形成闭合回路,符合形成原电池的条件。其中铜的活泼性不如锌强,故铜作正极,发生的电极反响
6、为2H2eH2;乙不能构成闭合回路,不能形成原电池,只在锌片上发生反响:Zn2H=Zn2H2,由于两者都消耗H,故溶液的pH都增大。由于原电池的形成,故甲的反响速率比乙快。答案C变式训练1(1)假设例1中甲装置的电极分别为铁、铜,电解质溶液为浓HNO3,那么原电池正、负极分别是什么(2)利用装置乙现有材料,如何加快反响速率答案(1)Cu为负极,Fe为正极。(2)让锌片与铜片接触,形成原电池。二、电极反响和电池反响的书写方法1书写原那么(1)遵守质量守恒和电荷守恒。(2)正、负极的电极反响式通过加合消去电子即为电池反响式。(3)弱电解质、气体或难溶物均以化学式表示,其余以离子符号表示。2书写方法
7、(1)根据给出的化学方程式或图示装置确定原电池的正、负极,弄清正、负极上发生反响的物质。题目给定总反响式:分析有关元素的化合价变化情况,化合价升高的物质发生氧化反响即负极反响;化合价降低的物质发生复原反响即正极反响。题目给定图示装置:先确定正、负极,再根据正、负极反响规律书写电极反响式。(2)注意电解质溶液的成分及其对正、负极反响产物的影响,正、负极产物可根据题意或根据化学方程式确定。典例2写出下表中电池装置的电极反响和总的化学反响方程式:负极材料正极材料电解质溶液(1)铁铜硫酸(2)铜银硝酸银(1) 正极反响_;负极反响_;总反响方程式_。(2) 正极反响_;负极反响_;总反响方程式_。解析
8、负极失电子,发生氧化反响,正极得电子,发生复原反响,根据活泼性,(1)中铁作负极,(2)中铜作负极。答案(1)2H2eH2FeFe22eFeH2SO4=FeSO4H2(2)2Ag2e2AgCuCu22eCu2Ag=Cu22Ag变式训练2由锌片、铜片和200mL稀H2SO4组成的原电池如下列图。(1) 原电池的负极反响是_,正极反响是_。(2)电流的方向是_。(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况下)气体时,H2SO4恰好消耗一半。那么产生这些气体的同时,共消耗_g锌,有_个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是_(设溶液体积不变)。答案(1)ZnZn22e2H2eH2(2)由C
9、u极流向Zn极(3)4.8759.0310220.75molL1解析产生0.075molH2,通过0.07520.15mol电子,消耗0.075molZn和0.075molH2SO4。所以m(Zn)0.075mol65gmol14.875g,N(e)0.15mol6.021023mol19.031022,H2SO40.75molL1。三、原电池的设计从理论上讲,任何一个自发的氧化复原反响,都可以设计成原电池。1根本依据构成原电池的根本条件,也是进行原电池设计的根本依据。(1)根据电池反响写出电极反响;(2)找出两极材料(电极材料);(3)找出电解质溶液;(4)形成闭合回路。2电解质溶液及电极材
10、料的选择(1)电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质,因此电解质溶液一般要能与负极发生反响,或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反响。(2)电极材料的选择在原电池中,选择复原性较强的金属作负极,易导电且比负极材料活动性弱的物质作正极。3设计思路设计思路实例以自发的氧化复原反响为根底ZnH2SO4=ZnSO4H2把氧化复原反响分解为氧化反响和复原反响两个半反响,从而确定电极反响氧化反响(负极):ZnZn22e复原反响(正极):2H2eH2以两极反响为原理,确定电极材料及电解质溶液负极材料:Zn正极材料:石墨或比锌活泼性差的金属电解质溶液:稀硫酸画出示意图典例3利用反响Cu2FeCl3=C
11、uCl22FeCl2,设计一个原电池,在下边方框内画出实验装置图,并指出正极为_,电极反响式为_;负极为_,电极反响式为_。解析根据的氧化复原反响设计原电池的思路是:首先将的反响拆成两个半反响(即氧化反响和复原反响):CuCu22e,2Fe32e2Fe2;然后结合原电池的电极反响特点,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,一般用不能复原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FeCl3溶液等。答案实验装置图如图:Pt2Fe32e2Fe2CuCuCu22e变式训练3对于如下列图的原电池,对其中的电解质溶液有以下猜想:猜想一:必须是能与负极发生反响的电解质。猜想二:任意的电解质溶液均可在如图装置中构成原电池。(1)为了证明猜想是正确的,请配齐实验用品:锌片、铜片、导线、检流计、稀硫酸、_。(2)你应该做怎样的简单操作_。假设_,那么说明猜想二是正确的。(2) 该电池的电流方向为:_。答案(1)NaCl溶液(或其他电解质溶液)(2)将稀H2SO4换成NaCl溶液检流计指针发生偏转(3)从铜片流向锌片