第二单元化学能与电能的转化第二单元化学能与电能的转化第第1课时原电池的工作原理课时原电池的工作原理1电流是怎样形成的？电流是怎样形成的？【答案】【答案】电子的定向移动形成电流。电子的定向移动形成电流。2什么是氧化还原反应？什么是氧化还原反应？【答答案案】有有电电子子得得失失或或共共用用电电子子对对偏偏移移的的化化学学反反应应叫叫氧氧化化还原反应，表现为化合价的变化。还原反应，表现为化合价的变化。1以铜锌原电池为例，熟练掌握原电池的工作原理。以铜锌原电池为例，熟练掌握原电池的工作原理。2能正确判断原电池的正负极。能正确判断原电池的正负极。3熟练书写原电池的电极、电池反应方程式。熟练书写原电池的电极、电池反应方程式。1.装置装置如如右右图图所所示示是是_装装置置，是是借借助助_反反应应将将_转转化化为为_的的装装置置。Zn是是_，Cu是是_，外外电电路路电子由电子由_通过导线流向通过导线流向_。请分别写出电极反应式和总反应方程式：请分别写出电极反应式和总反应方程式：负极反应式：负极反应式：_；正极反应式：正极反应式：_；总反应方程式：总反应方程式：_。笃学一笃学一原电池原电池原电池原电池氧化还原氧化还原化学能化学能电能电能负极负极正极正极ZnCu2工作原理工作原理原原电电池池原原理理是是把把_分分开开进进行行，还还原原剂剂在在_极极上上失失去去电电子子发发生生_反反应应，电电子子通通过过导导线线流流向向_极，氧化剂在极，氧化剂在_极上得到电子发生极上得到电子发生_反应。反应。氧化反应和还原反应氧化反应和还原反应负负氧化氧化正正正正还原还原1.设设计计原原电电池池时时，用用_的的物物质质作作为为负负极极，负负极极向向外外电电路路提提供供电电子子；用用_的的物物质质作作为为正正极极，正正极极从从外电路得到电子。外电路得到电子。2在在原原电电池池的的内内部部，两两极极浸浸在在_中中，并并通通过过_的定向运动而形成内电路。的定向运动而形成内电路。3放放电电时时，负负极极上上的的电电子子通通过过导导线线流流向向_，再再通通过过溶液中离子形成的溶液中离子形成的_构成回路。构成回路。笃学二笃学二原电池的设计原电池的设计还原性较强还原性较强氧化性较强氧化性较强电解质溶液电解质溶液阴、阳离子阴、阳离子正极正极内电路内电路【慎思【慎思1】 盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？【答答案案】盐盐桥桥内内通通常常装装有有含含有有琼琼脂脂的的KCl饱饱和和溶溶液液。离离子子在在盐盐桥桥中中能能定定向向移移动动，通通过过盐盐桥桥将将两两个个隔隔离离的的电电解解质质溶溶液液连连接接起起来来，可可使使电电流流持持续续传传导导。使使用用盐盐桥桥将将两两个个半半电电池池完完全全隔隔开开，使使副副反反应应减减至至最最小小程程度度，可可以以获获得得单单纯纯的的电电极极反反应应，便便于于分分析析放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。【慎思【慎思2】 原电池形成的条件是什么？原电池形成的条件是什么？【答答案案】(1)两两个个活活泼泼性性不不同同的的电电极极，其其中中一一个个相相对对来来说说较较活活泼泼，另另一一个个相相对对来来说说较较不不活活泼泼，二二者者直直接接或或间间接接地地连连在在一一起起，插入电解质溶液中。插入电解质溶液中。(2)电解质溶液。电解质溶液。(3)形成闭合回路。形成闭合回路。(4)能自发地发生放出能量的氧化还原反应。能自发地发生放出能量的氧化还原反应。【慎慎思思3】 在在原原电电池池内内部部，电电解解质质溶溶液液中中的的阴阴、阳阳离离子子是是如何移动的？如何移动的？【答案】【答案】阴离子移向负极，阳离子移向正极。阴离子移向负极，阳离子移向正极。 原电池正、负极的判断方法原电池正、负极的判断方法【例例1】将将Mg条条、Al条条平平行行插插入入一一定定浓浓度度的的NaOH溶溶液液中中，用用导导线线、电电流流计计连连接接成成原原电电池池，此此电电池池工工作作时时，下下列列叙叙述述正正确确的是的是()原原电电池池的的电电极极类类型型不不仅仅跟跟电电极极材材料料有有关关，还还与与电电解解质质溶溶液液的的性性质质有有关关。例例如如：镁镁铝铝电电极极在在稀稀硫硫酸酸中中构构成成原原电电池池，镁镁为为负负极极，铝铝为为正正极极，但但若若以以氢氢氧氧化化钠钠溶溶液液为为电电解解质质溶溶液液，则则铝铝为为负极，镁为正极。负极，镁为正极。【体体验验1】在在下下图图所所示示装装置置中中，观观察察到到电电流流计计指指针针偏偏转转，M棒棒变变粗粗，N棒棒变变细细，由由此此判判断断下下表表中中所所列列M、N、P物物质质，其其中可以成立的是中可以成立的是()选项选项MNPA锌锌铜铜稀硫酸溶液稀硫酸溶液B铜铜铁铁稀盐酸稀盐酸C银银锌锌硝酸银溶液硝酸银溶液D锌锌铁铁硝酸铁溶液硝酸铁溶液【答案】【答案】C【解解析析】本本题题通通过过电电极极变变化化来来确确定定电电极极，N棒棒变变细细，即即N极极上上发发生生氧氧化化反反应应，N棒棒金金属属较较活活泼泼，排排除除A、D；由由M棒棒变变粗粗，可知可知B不正确。不正确。1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率例例如如：在在锌锌与与稀稀H2SO4反反应应时时加加入入少少量量CuSO4溶溶液液能能使使产产生生H2的速率加快。的速率加快。2比较金属活动性的强弱比较金属活动性的强弱例例如如：有有两两种种金金属属a和和b，用用导导线线连连接接后后插插入入到到稀稀H2SO4中中，观观察察到到a极极溶溶解解，b极极上上有有气气泡泡产产生生。根根据据电电极极现现象象判判断断出出a是是负极，负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab。原电池原理的应用原电池原理的应用(2)确定电极材料确定电极材料若若发发生生氧氧化化反反应应的的物物质质为为金金属属单单质质，可可用用该该金金属属直直接接作作负负极极；若若为为气气体体(如如H2)或或溶溶液液中中的的还还原原性性离离子子，可可用用惰惰性性电电极极(如如Pt、碳棒、碳棒)作负极。作负极。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。本例中可用铜棒作负极，用铂丝或碳棒作正极。(3)确定电解质溶液确定电解质溶液一一般般选选用用反反应应物物中中的的电电解解质质溶溶液液即即可可，如如本本例例中中可可用用FeCl3溶液作电解质溶液。溶液作电解质溶液。(4)构成闭合回路。构成闭合回路。4寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源5用于金属的防护用于金属的防护(2)该该反反应应还还可可设设计计成成能能量量转转化化效效率率更更高高的的原原电电池池装装置置，如如下图所示：下图所示：请回答下列问题：请回答下列问题：电电极极X的的材材料料是是_，Y的的材材料料是是_，电电解解质质溶溶液液Z是是_。盐桥的作用是盐桥的作用是_。外电路中的电子是从外电路中的电子是从_电极流向电极流向_电极。电极。解解析析本本题题考考查查原原电电池池的的原原理理和和设设计计，解解题题时时应应明明确确设设计计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根根据据已已知知的的氧氧化化还还原原反反应应设设计计原原电电池池的的思思路路是是：首首先先将将已已知知的的反反应应拆拆成成两两个个半半反反应应(即即氧氧化化反反应应和和还还原原反反应应)：Cu2e=Cu2，2Ag2e=2Ag；然然后后结结合合原原电电池池的的电电极极反反应应特特点点，分分析析可可知知，该该电电池池的的负负极极应应该该用用Cu作作材材料料，正正极极要要保保证证Ag得得到到负负极极失失去去的的电电子子，电电解解质质溶溶液液只只能能用用含含Ag的的电电解解质质溶溶液液，如如AgNO3溶溶液液。而而正正极极材材料料的的活活泼泼性性比比Cu弱弱。在在带带盐盐桥桥的的原原电电池池组组成成半半电电池池时时，注注意意电电极极材材料料与与溶溶液液中中的的离离子子一一般要相对应，如般要相对应，如Cu2/Cu或或Ag/Ag。答案答案(1)实验装置图如右图实验装置图如右图Pt(合理即可合理即可)2Ag2e=2AgCuCu2e=Cu2(2)CuAgAgNO3溶液溶液将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导CuAg(1)例析原电池的设计过程：例析原电池的设计过程：设计思路设计思路实例实例以自发的氧化还原反应为以自发的氧化还原反应为基础基础2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2把氧化还原反应分解为氧把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应反应，从而确定电极反应氧化反应氧化反应(负极负极)：Cu2e=Cu2还原反应还原反应(正极正极)：Fe3e=Fe2(2)设设计计原原电电池池时时，若若氧氧化化还还原原方方程程式式中中无无明明确确的的电电解解质质溶溶液液，可可用用水水作作电电解解质质，但但为为了了增增强强其其导导电电性性，通通常常加加入入强强碱碱或或一一般般的的强强酸酸，如如燃燃料料电电池池，水水中中一一般般要要加加入入KOH或或H2SO4；若若给给出出的的是是离离子子方方程程式式，则则电电解解质质溶溶液液是是含含氧氧化化性性离离子子的的酸酸或或可可溶性盐，此时电解质可能不唯一。溶性盐，此时电解质可能不唯一。【答案】【答案】C【解解析析】本本题题考考查查原原电电池池的的组组成成，活活泼泼金金属属为为负负极极，且且能能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。【案案例例】 某某校校化化学学研研究究性性学学习习小小组组欲欲设设计计实实验验验验证证Fe、Cu的的金金属属活活动动性性，他他们们提提出出了了以以下下两两种种方方案案。请请你你帮帮助助他他们们完成有关实验项目：完成有关实验项目：方方案案：有有人人提提出出将将大大小小相相等等的的铁铁片片和和铜铜片片，分分别别同同时时放放入入稀稀硫硫酸酸(或或稀稀盐盐酸酸)中中，观观察察产产生生气气泡泡的的快快慢慢，据据此此确确定定它它们们的活动性。该原理的离子方程式为的活动性。该原理的离子方程式为_。实验探究三原电池原理的应用实验探究三原电池原理的应用判断金属活泼性判断金属活泼性方方案案：有有人人利利用用Fe、Cu作作电电极极设设计计成成原原电电池池，以以确确定定它它们们的的活活动动性性。试试画画出出原原电电池池装装置置图图，标标出出原原电电池池的的电电极极材材料料和电解质溶液，并写出电极反应式。和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：正极反应式：_；负极反应式：负极反应式：_。方方案案：结结合合你你所所学学的的知知识识，帮帮助助他他们们再再设设计计一一个个验验证证Fe、Cu活活动动性性的的简简单单实实验验方方案案(与与方方案案、不不能能雷雷同同)：_，用用离离子子方方程式表示其反应原理：程式表示其反应原理：_。【答案】【答案】Fe2H=Fe2H2如下图所示如下图所示2H2e=H2Fe2e=Fe2把把铁铁片片插插入入CuSO4溶溶液液中中，一一段段时时间间后后，观观察察铁铁片片表表面面是是否生成红色物质否生成红色物质FeCu2=CuFe2【解解析析】比比较较或或验验证证金金属属活活动动性性方方案案有有很很多多，可可以以利利用用金金属属与与酸酸反反应应的的难难易易来来判判断断或或验验证证；也也可可以以利利用用原原电电池池原原理理，负负极是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。极是较活泼的金属；也可以利用金属单质间的置换反应来完成。