1、第2節(jié)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池第1課時(shí)原電池學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過(guò)原電池工作原理的探究,認(rèn)識(shí)到化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用。2.通過(guò)原電池構(gòu)成條件的學(xué)習(xí),了解原電池的工作原理。學(xué)習(xí)任務(wù)1探究原電池的工作原理1.原電池的概念:把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。2.電極反應(yīng)與電池反應(yīng)(1)電極反應(yīng):在電極上進(jìn)行的半反應(yīng)叫電極反應(yīng)。負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng);正極發(fā)生的是還原反應(yīng)。(2)電池反應(yīng):電池的兩個(gè)電極反應(yīng)組成電池的總反應(yīng)叫電池反應(yīng),也就是正極反應(yīng)與負(fù)極反應(yīng)相加(得失電子數(shù)必須相同)即得電池反應(yīng)。3.原電池的構(gòu)成條件(1)化學(xué)反應(yīng):一般為自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。(2)電極電極反應(yīng)物正極:氧化劑負(fù)極:還原劑

2、電極材料:一般為兩個(gè)活潑性不同的電極(作電極的材料一般是金屬材料或非金屬材料,如石墨)(3)構(gòu)成閉合回路離子導(dǎo)體:一般為電解質(zhì)(溶液或熔融狀態(tài))電子導(dǎo)體:導(dǎo)線微點(diǎn)撥:電解質(zhì)必須處于電離狀態(tài),否則不導(dǎo)電,不能形成閉合回路。4.根據(jù)電極判斷電子、電流、離子移動(dòng)方向電極正極負(fù)極電流流向流出流入電子流向流入流出反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)離子流向陽(yáng)離子流向陰離子流向水果電池是利用水果中的化學(xué)物質(zhì)和金屬片發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種電池。它的制作方法也是很簡(jiǎn)單的,把兩種不同的金屬插在水果里面就可以了,兩種金屬的活潑性相差最好比較大,比如銅和鋅。制作步驟:取四個(gè)小蘋果,分別插入鍍鋅螺絲釘和粗銅絲,然后串聯(lián)連接成電路

3、。探究電極反應(yīng)的書寫問(wèn)題1:蘋果酸記為H2X,水果電池中Zn、Cu哪種物質(zhì)可以與蘋果酸反應(yīng)?寫出反應(yīng)的離子方程式(蘋果酸是弱酸,不能拆寫成離子形式)。提示:Zn;Zn+H2XZn2+X2-+H2。問(wèn)題2:根據(jù)上述離子方程式,用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。提示:Zn2+X2-+H2。問(wèn)題3:根據(jù)單線橋看出Zn失電子(電子流出),電子沿導(dǎo)線流到Cu電極上。據(jù)此寫出Zn電極、Cu電極上發(fā)生的電極反應(yīng)。提示:Zn-2e-Zn2+(氧化反應(yīng));2H+2e-H2(還原反應(yīng))。電極反應(yīng)也叫“半反應(yīng)”,是為了分析問(wèn)題的方便,用得、失電子表示電極表面上的變化。電極反應(yīng)式中失電子用減號(hào),得電子用加號(hào)。形成原電

4、池之前,氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)均在Zn電極表面進(jìn)行,反應(yīng)阻力較大,速度較慢;形成原電池以后,氧化反應(yīng)在Zn電極表面進(jìn)行,還原反應(yīng)在Cu電極表面進(jìn)行,反應(yīng)阻力較小,速度較快。題點(diǎn)一原電池的結(jié)構(gòu)及工作原理1.(2021河北邯鄲期中)根據(jù)原電池原理,下列反應(yīng)不能設(shè)計(jì)成原電池的是(C)A.2CH3OH+3O22CO2+4H2OB.Fe+CuSO4 FeSO4+CuC.HCl+NaOHH2O+NaClD.2H2S+SO23S+2H2O解析:該反應(yīng)為燃料的燃燒反應(yīng),屬于氧化還原反應(yīng),可設(shè)計(jì)成燃料電池,故A不符合題意;反應(yīng)中Fe、Cu元素的化合價(jià)變化,為氧化還原反應(yīng),可設(shè)計(jì)成原電池,故B不符合題意;反

5、應(yīng)中沒(méi)有元素的化合價(jià)變化,不屬于氧化還原反應(yīng),不能設(shè)計(jì)成原電池,故C符合題意;反應(yīng)中S元素的化合價(jià)變化,為氧化還原反應(yīng),可設(shè)計(jì)成原電池,故D不符合題意。2.(2021寧夏銀川月考)由U形管、質(zhì)量為m g的鐵棒、質(zhì)量為m g的碳棒和1 L 0.2 molL-1CuCl2溶液組成的裝置如圖所示,下列說(shuō)法正確的是(C)A.閉合K,電子通過(guò)電解質(zhì)溶液移到碳棒上B.閉合K,鐵棒上有紫紅色固體析出C.閉合K,當(dāng)電路中有0.3NA個(gè)電子通過(guò)時(shí),理論上碳棒與鐵棒的質(zhì)量差為18 gD.閉合K,鐵棒表面發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu2+2e-Cu解析:閉合K,電子由鐵棒通過(guò)導(dǎo)線移到碳棒上,故A錯(cuò)誤;閉合K,碳棒為正極,溶液

6、中銅離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銅,碳棒上有紫紅色固體析出,故B錯(cuò)誤;閉合K,當(dāng)電路中有0.3NA個(gè)電子通過(guò)時(shí),負(fù)極上減少的質(zhì)量為0.3mol56 gmol-12=8.4 g,正極上增加的質(zhì)量為0.3mol64 gmol-12=9.6 g,則理論上碳棒與鐵棒的質(zhì)量差為8.4 g+9.6 g=18 g,故C正確;閉合K,鐵棒作原電池的負(fù)極,鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成亞鐵離子,電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+,故D錯(cuò)誤。題點(diǎn)二原電池的電極判斷3.(2021黑龍江齊齊哈爾月考)X、Y兩根金屬棒插入Z溶液中構(gòu)成如圖所示裝置,實(shí)驗(yàn)中電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),同時(shí)X棒變粗,Y棒變細(xì),則X、Y、Z溶液可能是下

7、列中的(B)選項(xiàng)XYZ溶液AZnCu稀硫酸BAgZn硝酸銀溶液CCuAg硝酸銀溶液DCuZn稀硫酸解析:鋅、銅在稀硫酸中構(gòu)成原電池,X棒為活潑金屬鋅,作原電池的負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子,X棒變細(xì),Y棒為不活潑金屬銅,作原電池的正極,氫離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,Y棒沒(méi)有變化,故A不符合題意;鋅、銀在硝酸銀溶液中構(gòu)成原電池,X棒為不活潑金屬銀,作原電池的正極,銀離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成銀,X棒變粗,Y棒為活潑金屬鋅,作原電池的負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成鋅離子,Y棒變細(xì),故B符合題意;銅、銀在硝酸銀溶液中構(gòu)成原電池,銅的金屬性強(qiáng)于銀的,X棒為金屬銅,作原電池的

8、負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成銅離子,X棒變細(xì),故C不符合題意;鋅、銅在稀硫酸中構(gòu)成原電池,X棒為不活潑金屬銅,作原電池的正極,氫離子在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣,X棒沒(méi)有變化,故D不符合題意。4.(2021福建永安月考)鎂燃料電池以鎂合金作為電池的一極,向另一極加入H2O2,離子導(dǎo)體是酸化的NaCl溶液,放電時(shí)的總反應(yīng)為Mg+2H+H2O2Mg2+2H2O,下列關(guān)于該電池的說(shuō)法正確的是(C)A.放電時(shí)H+在正極得電子B.正極的電極反應(yīng)為H2O2+2e-2OH-C.鎂合金為該電池負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng)D.放電時(shí)正極附近溶液的酸性增強(qiáng)解析:由總反應(yīng)可知,放電時(shí),H2O2在正極得電子生成H2O,

9、電極反應(yīng)為H2O2+2e-+2H+2H2O,A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;由總反應(yīng)可知,鎂合金中的Mg失電子,為該電池負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),C項(xiàng)正確;放電時(shí)正極消耗H+,正極附近溶液的酸性降低,D項(xiàng)錯(cuò)誤。原電池正、負(fù)極判斷可以根據(jù)“雙線橋”法。畫出雙線橋,根據(jù)得、失電子判斷正、負(fù)極,并書寫電極反應(yīng)。例如2,顯然Fe失電子作負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+,正極應(yīng)該是活動(dòng)性弱于Fe的金屬或石墨,其電極反應(yīng)為2Fe3+2e-2Fe2+。學(xué)習(xí)任務(wù)2帶鹽橋的原電池工作原理1.鹽橋:鹽橋中通常裝有瓊脂凝膠,內(nèi)含氯化鉀或硝酸銨。2.鹽橋的作用:鹽橋中的離子能夠定向移動(dòng)。通過(guò)鹽橋可將兩個(gè)相互隔離的電解質(zhì)溶液連接起來(lái),傳導(dǎo)

10、電流。有人用土豆或香蕉制作鹽橋,探究雙液原電池工作原理,取得了很好的效果。制作過(guò)程如下:把土豆或香蕉煮熟,取100 g左右搗碎,加入2030 g KCl,再加2 mL水?dāng)嚢杈鶆蚝笱b入U(xiǎn)形管,U形管兩端用棉花塞住。用不同材料制作的鹽橋進(jìn)行雙液原電池實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)土豆鹽橋電流表指針偏轉(zhuǎn)最大,香蕉鹽橋電流表指針偏轉(zhuǎn)次之,瓊脂鹽橋電流表指針偏轉(zhuǎn)最小。探究1鹽橋的作用問(wèn)題1:如圖這種單液原電池外電路斷開后,還能否繼續(xù)反應(yīng)?提示:能。問(wèn)題2:如圖這種帶鹽橋的雙液原電池,斷開外電路后能否繼續(xù)反應(yīng)?為什么?提示:不能。Zn在左側(cè)燒杯中,CuSO4溶液在右側(cè)燒杯中,外電路斷開,鹽橋隔離了兩者,所以不能繼續(xù)反

11、應(yīng)。探究2鹽橋中為什么用KCl或NH4NO3不同離子在溶液中移動(dòng)速率不同。下表列出了不同離子的電遷移率。從表中看出K+、Cl-電遷移率基本相同。離子無(wú)限稀釋時(shí)的電遷移率(25 )離子/(m2s-1V-1)離子/(m2s-1V-1)H+36.310-8OH-20.5510-8Na+5.1910-8F-5.7410-8Li+4.0110-8Cl-7.9210-8K+7.6210-8Br-8.0910-8Ag+6.4210-8NO3-7.4010-8Ca2+6.1710-8SO42-8.2710-8Cu2+5.6010-8HCO3-4.6110-8問(wèn)題3:鹽橋中能否用水?提示:不能。水導(dǎo)電能力極弱(

12、或電阻極大),相當(dāng)于“斷路”,無(wú)法構(gòu)成閉合回路。問(wèn)題4:能否用其他電解質(zhì)制作鹽橋?能否用金屬或石墨代替鹽橋?提示:能,只要電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子電遷移率相近即可,比如KNO3。不能,因?yàn)樗鼈儾荒芴峁╆帯㈥?yáng)離子平衡雙液原電池兩側(cè)溶液電荷。問(wèn)題5:分析鹽橋中離子移動(dòng)的方向。提示:鹽橋中離子移動(dòng)方向與普通原電池中離子移動(dòng)方向相同,即“正正負(fù)負(fù)(帶正電離子移向正極,帶負(fù)電離子移向負(fù)極)”。鹽橋的作用與使用注意事項(xiàng)(1)鹽橋可以隔離氧化劑、還原劑,防止電池不用時(shí)自放電,延長(zhǎng)電池壽命。(2)鹽橋內(nèi)含陰、陽(yáng)離子,在電池使用過(guò)程中分別向兩個(gè)極區(qū)移動(dòng),這樣可以平衡正、負(fù)極區(qū)溶液的電性,提高電池電壓。(3)鹽橋

13、中電解質(zhì)陰、陽(yáng)離子盡可能以遷移速率相近為宜。(4)鹽橋所含電解質(zhì)不能與正、負(fù)極區(qū)電解質(zhì)反應(yīng)。1.(2021浙江臺(tái)州期中)如圖是利用原電池原理提取碘的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置,下列說(shuō)法中正確的是(B)A.兩個(gè)裝置中,石墨和石墨均作負(fù)極B.裝置中MnO2的電極反應(yīng)為MnO2+4H+2e-Mn2+2H2OC.碘元素在裝置中被還原,在裝置中被氧化D.裝置、裝置中反應(yīng)分別生成等量的I2時(shí),導(dǎo)線上通過(guò)的電子數(shù)之比為51解析:裝置中碘離子失去電子,石墨為負(fù)極,裝置中碘酸鈉得電子,石墨作正極,所以兩個(gè)裝置中石墨作負(fù)極而石墨作正極,故A錯(cuò)誤;裝置中MnO2電極是正極,二氧化錳得到電子,電極反應(yīng)為MnO2+4H+2e-Mn2

14、+2H2O,故B正確;在裝置中碘離子失去電子,被氧化,在裝置中碘酸鈉得電子被還原,故C錯(cuò)誤;裝置中碘離子失去電子,1 mol碘化鈉失去1 mol電子,裝置中碘酸鈉得電子,1 mol碘酸鈉得到5 mol電子,所以裝置、裝置中反應(yīng)分別生成等量的I2時(shí)導(dǎo)線上通過(guò)的電子數(shù)之比為15,故D錯(cuò)誤。2.(2021黑龍江哈爾濱月考)用銅片、銀片設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(D)A.電子通過(guò)鹽橋從乙池移向甲池B.銅片是負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)C.開始時(shí),銀片上發(fā)生的反應(yīng)是Ag-e-Ag+D.將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池總反應(yīng)相同解析:根據(jù)題中裝置,原電池的總反應(yīng)為Cu+

15、2Ag+Cu2+2Ag,即銅片為負(fù)極,銀片為正極。根據(jù)原電池工作原理,電子由銅片經(jīng)電流表流向銀片,電子不能通過(guò)鹽橋,故A錯(cuò)誤;根據(jù)上述分析,銅片是負(fù)極,根據(jù)原電池工作原理,負(fù)極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng),故B錯(cuò)誤;銀片為正極,電極反應(yīng)為Ag+e-Ag,故C錯(cuò)誤;銅比銀活潑,將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+2AgNO3Cu(NO3)2+2Ag,與該原電池總反應(yīng)相同,故D正確。要準(zhǔn)確理解帶鹽橋的雙液原電池的工作原理。雙液原電池中雖然氧化劑與還原劑沒(méi)有實(shí)質(zhì)接觸,但是氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移,通過(guò)外電路即可完成還原劑與氧化劑之間的電子轉(zhuǎn)移。通過(guò)鹽橋形成閉合回路,并為兩側(cè)電解質(zhì)溶液提供陰、陽(yáng)離子以“平衡電荷”,就可以使“電子轉(zhuǎn)移”不斷進(jìn)行下去。【知識(shí)整合】原電池定義:把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置條件:自發(fā)氧化還原反應(yīng);兩個(gè)電極;離子導(dǎo)體;閉合回路電極判斷電子流出電流流入氧化反應(yīng)負(fù)極陰離子移向電子流入電流流出還原反應(yīng)正極陽(yáng)離子移向雙液原電池鹽橋的作用:構(gòu)成閉合回路;提供離子平衡電荷【易錯(cuò)提醒】1.原電池中活潑的金屬不一定作負(fù)極。因?yàn)樗^金屬活潑性一般是根據(jù)金屬與酸或水反應(yīng)產(chǎn)生H2的難易確定的。比如Al與Cu作電極,濃硝酸作電解質(zhì)溶液,由于Al遇濃硝酸鈍化,所以Cu發(fā)生反應(yīng)作負(fù)極。再如Al與Mg作電極,NaOH作電解質(zhì),在與酸反應(yīng)產(chǎn)生H2時(shí),Mg活潑性大于Al,但是在NaOH