原电池的工作原理.ppt

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第3节 化学能转化为电能—— 电池 第1课时 原电池的工作原理,●课标要求 体验化学能与电能相互转化的探究过程，了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 ●课标解读 1.通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理，根据电流的方向判断原电池的正极和负极的方法，以及电池反应的概念。 2．根据原电池的工作原理，能写出其电极反应及电池反应方程式。,,,,你知道了吗,●新课导入 随着经济的发展、人民生活水平的提高以及科技的进步，电池已经深入到我们工作、学习和生活中的每一个角落，如计算器、闹钟、电蚊拍、手电筒、MP3、手机等，都需要电池才能工作。其用量越来越大，生产量也就越来越大。电池是如何产生电能的？电池的工作原理和电解的工作原理有什么异同？,1.铜锌原电池装置及实验现象分析 (1)装置,原电池的工作原理,,,,原电池的工作原理,,A,,,,锌,e-,e-,,—,,,铜,,,SO42-,Cu2+,SO42-,Cu2+,Cu2+,Zn2+,,,Cu2+,,Cu2+,SO42-,CuSO4溶液,,Cu2+,SO42-,,,e-,e-,,,e-,e-,,,,+,,,,思考与讨论,该电池的电子流向？电极反应？,,,原电池的工作原理,思考：,,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,,,,,,,,,,,盐桥：在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶制作成的冻胶。,改进的装置：,盐桥的作用(1)通过离子在盐桥中的定向移动使两个隔 离的电解质溶液连接起来。使电流持续传导。 （2）使用盐桥将两个半反应完全隔离，使副反应减少 到最低,(2)实验现象,发生偏转,发生偏转,减小,增加,减小,增加,(3)实验分析,Zn,Cu,失电子,溶液中Cu2＋得电子,负极,正极,化学,电,2．原电池的概念、构成条件 (1)概念 将________转变为_______的装置。 (2)构成条件 活动性______的两种 _____(或一种金属和一种能够______________)；________溶液；______电路；能自发进行的_____________。 (3)电极的判断 负极：较______的金属，发生______反应。正极：较________的金属或非金属，发生______反应。,化学能,电能,不同,金属,导电的非金属,电解质,闭合,氧化还原反应,活泼,氧化,不活泼,还原,2．原电池的内外电路是由何种带电微粒的定向移动而产生的电流？ 【提示】 外电路中是电子的定向移动，由负极流向正极，内电路中是离子的定向移动，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。,【问题导思】 ①电流的方向与电子流向相同吗？ ②Zn—Cu—稀H2SO4原电池中，H＋和SO42-分别向什么方向移动？ ③Mg—Al—稀H2SO4和Mg—Al—NaOH溶液所形成的原电池中，Al分别作原电池的哪一极？,原电池两极的判断和电极反应式的书写,,1．两极的判断,2.电极反应式的书写,,,如CH4酸性燃料电池中，电极反应式为： 总反应式: CH4＋2O2===CO2＋2H2O 正极反应式: 2O2＋8H＋＋8e－===4H2O 负极反应式: CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋,①电极反应式用“===”；②电极反应式中若有气体生成需加“↑”。原电池的总反应式，一般把正、负极的电极反应式相加而得。若电解质为弱电解质，则相加时应把离子改为相应的化学式。,(2014福建泉州一中高二上学期期中)我国首创的海洋电池以铝板、铂网为电极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应式为：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。下列说法不正确的是( ) A．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极 B．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积 D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用,【解析导引】 【解析】 铝电极作负极，流出电子，电流方向与此相反，A错；正极上氧化剂O2得电子与H2O生成OH－，B正确；铂网作正极，可使更多O2与电极接触，增大电池效率，C正确；正极反应物来自于空气，电解质溶液为海水，来源丰富，只有负极铝板损耗后需更换，D正确。 【答案】 A,,,1．有如图所示的两个原电池装置，下列说法不正确的是( ) A．A池中负极的电极反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．Mg在A池中为负极，在B池中为正极 C．B池中电子的流向：Mg→Al D．原电池工作一段时间后，A池溶液的pH会增大,,【解析】 判断原电池正负极，除考虑活泼性外还要注意电解质溶液对正负极的影响。对于稀硫酸来说，镁是比铝更活泼的金属；但对于氢氧化钠溶液来说，铝是比镁更活泼的金属，所以A池中镁是负极，B池中铝是负极，B对；A池中电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，A对；B池中电子流向为Al―→Mg，C项错。A池中正极2H＋＋2e－===H2↑，随着反应进行，c(H＋)减少，pH增大，D对。 【答案】 C,1．在书写原电池电极反应式的时候常出现以下几种问题： ①正、负极判断错误。原因是没有真正从本质上理解正、负极反应的实质。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。 ②电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时出现H＋；同样，电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时出现OH－。正确的写法为：若电解质溶液为碱性，在书写电极反应式时可出现OH－；若电解质溶液为酸性，在书写电极反应式时可出现H＋。,③已知电池总反应式不知如何去写正、负极反应式。书写电极反应式时应先列物质、标电子得失，找出正、负极参加反应的离子，再根据总反应式中物质的存在形式，判断电解质溶液的酸碱性，并写出较易书写的一极的电极反应式。根据正、负极反应式相加得总反应式的规律去书写另一极的电极反应式。,据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是( ) A．锌为正极，空气进入负极反应 B．负极反应为Zn－2e－===Zn2＋ C．正极发生氧化反应 D．电解质溶液肯定不是强酸,【答案】 BD,2．电压高低与金属的活动性 在原电池中，构成两电极的金属其金属活动性相差越大，电压表的读数越大。,将洁净的金属片A、B、C、D分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图)。每次实验时，记录电压表 指针的移动方向和电压表的读数如下：,,已知：构成两电极的金属其金属活动性相差越大，电压表的读数越大。请根据表中数据判断： (1)________金属可能是最强的还原剂，________金属一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。 (2)若滤纸不用盐溶液浸润而改用NaOH溶液浸润，则在滤纸上看到有蓝色沉淀析出的是________金属。其对应的原电池的电极反应式为：负极___________，正极____________。,【解析】 由于题中已说明了电压高低与金属活动性的关系，四种金属与Cu构成的原电池，其中Cu、金属C、盐溶液构成的原电池电压读数最高，因此金属C是最强的还原剂，而金属B与Cu构成的原电池中，电压读数最低，且为负值，B的活动性不如Cu，因此金属B一定不能从硫酸铜溶液中置换出铜。 若看到有蓝色沉淀析出，则负极一定是Cu失去电子，因而是金属B一组。 电极反应为：负极：2Cu－4e－===2Cu2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 【答案】 (1)C B (2)B Cu－2e－===Cu2＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－,【问题导思】 ①实验室用纯锌和粗锌(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？为什么？ 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？ ③哪种化学反应才能设计成原电池？ 【提示】 ①用粗锌的快。因发生原电池反应。 ②a比b活泼。 ③自发进行的氧化还原反应。,原电池原理的应用,1．加快氧化还原反应的速率 如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质，锌和稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性强弱 如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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极是负极，B极是正极；一般情况下，由原电池原理可知，金属活动性AB，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。,3．设计原电池 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。,,,(2014湖北省孝感高级中学高二期中)根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池： Zn(s)＋2Ag＋(aq)===Zn2＋(aq)＋2Ag(s) (1)装置要采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图(要求：①作图规范②写出电极材料、电解液名称)； 并在装置图中注明原电池的正极和负极以及外电路中电子的流动方向。 (2)写出两个电极上的电极反应 负极___________________； 正极____________________。 (3)盐桥的作用是____________________。,【解析】 由反应Zn＋2Ag＋===Zn2＋＋2Ag知，锌元素化合价升高，锌作负极，银元素化合价降低，Ag＋为正极反应物，且应选用比Zn不活泼的金属或导电的非金属单质作正极，由题给反应，负极应选用含有Zn2＋的溶液作电解质溶液，正极应选用含有Ag＋溶液作电解质溶液，并用导线和盐桥相连接。,(1)原电池反应是一个自发进行的氧化还原反应； (2)负极发生氧化反应，正极发生还原反应； (3)有盐桥的原电池要注意电解质溶液与电极材料相对应。,2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：,由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．abcd B．bcda C．dabc D．abdc,【解析】 由第一个装置可知a极溶解，故a极是负极，可知金属活动性ab，第二个装置依据氧化性、还原性的规律可知金属活动性bc，故第三个装置的金属活动性dc，由第四个装置电流从a→d，故电子从d→a，故金属活动性da。 【答案】 C,1．判断一个装置是否构成原电池的关键就是抓住“一看二标”，一看是否有自发的氧化还原反应，二标是以构成原电池的三个条件为标准：两个活动性不同的电极、电极插入电解质溶液、形成闭合回路。 2．正极材料活泼性负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。,3．设计原电池的基本思路：,,,1．下列装置能形成原电池的是( ) A．①③④⑤ B．①②③ C．③⑤ D．①③,,【解析】 原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极；电解质溶液或熔融电解质；形成闭合回路。②中未形成闭合回路，④中乙醇为非电解质，⑤中为同种电极材料，均错。 【答案】 D,2．下列说法中正确的是( ) A．原电池是把电能转化为化学能的装置 B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应 C．原电池两极均发生氧化还原反应 D．原电池中的阳离子向正极移动 【解析】 原电池是把化学能转化为电能的装置，A错。原电池中电子从负极流出，流入正极，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，B、C错。在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，故D正确。 【答案】 D,3．如图所示是某同学做ZnCu原电池实验所做的读书卡片记录，其中描述合理的组合是( ),,A．③④⑤ B．①②③ C．②③④ D．④⑤⑥ 【解析】 ZnCu原电池原理为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则还原剂Zn是负极，负极反应Zn－2e－===Zn2＋；Cu是正极，正极反应2H＋＋2e－===H2↑，④正确，①⑥错；H＋会向正极移动，②错；电子由Zn流向Cu，③正确；通过正极反应可知导线中流过1 mol电子，生成氢气0.5 mol，⑤正确；正确的有③④⑤。 【答案】 A,4．关于右图所示的原电池，下列说法正确的是( ) A．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移 B．锌电极发生还原反应，铜电极发生氧化反应 C．铜电极上发生的电极反应是2H＋＋2e－―→H2↑ D．电子从锌电极通过检流计流向铜电极,,【解析】 有盐桥存在时，Zn失电子发生氧化反应，释放的电子经导线流向铜片，CuSO4溶液中的Cu2＋从Cu片上得电子，发生还原反应，因c(Cu2＋)减小，盐桥中的阳离子移向CuSO4溶液，保持电中性。 【答案】 D,5．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是_______；电解质溶液Y是________。 (2)银电极为电池的__________极，发生的电极反应为______________；X电极上发生的电极反应为_________。 (3)外电路中的电子是从________极流向________极。,,【解析】 原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，电子由负极(Cu)出发，经外电路流向正极(Ag)。 【答案】 (1)Cu AgNO3溶液 (2)正 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋ (3)负(Cu) 正(Ag),6、已知氧化还原反应 Cu ＋ 2FeCl3 = 2FeCl2 ＋ CuCl2， 利用这一反应设计一个原电池，画出示意图， 标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。,正极：,负极：,总反应：,Cu Cu2+ +2e-,2Fe3++2e- 2Fe2+,2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+,,,