课时精讲22 原电池的工作原理（精讲）-2022-2023学年高二化学精讲精练（人教选择性必修1）

第四章化学反应与电能第一节原电池课时精讲22原电池的工作原理【目标导航】1．通过实验探究理解原电池的工作原理，学会判断原电池的正、负极，建立宏观辨识与微观探析意识。2．进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，建立变化观念与平衡思想意识。3．通过交流讨论掌握原电池总反应式和电极反应式的书写方法，培养推理和分析问题的能力，提升证据推理与模型认知的学科素养。4．通过设计原电池的实验探究，体验科学探究过程，培养科学探究精神。【知识导图】一、原电池及构成条件1．定义：能把化学能转化为电能的装置。2．构成条件：3．原电池工作原理示意图 二、实验探究锌铜原电池的工作原理1．实验探究将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。电池名称单液电池双液电池(盐桥电池)实验装置实验现象电流表指针偏转电极变化锌片逐渐溶解，铜片质量增加电流变化一段时间后，电流逐渐衰减产生的电流持续、稳定微观探析锌片的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液，质量减轻；电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转；溶液中的Cu2＋在铜片获得电子变成Cu沉积在铜片上，质量增加。符号表征电极反应式Zn片：Zn-2eˉ=Zn2+(氧化反应)Cu片：Cu2++2eˉ=Cu(还原反应)电池总反应Zn+Cu2+=Zn2++Cu能量转换化学能转化为电能2．盐桥的作用(1)构成闭合回路，形成原电池；(2)避免电极与电解质溶液直接反应，有利于最大限度地将化学能转化为电能； (3)盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使电解质溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。三、原电池电极反应式的书写技巧四、原电池的设计方法1．根据总反应分析化合价变化，找出氧化反应和还原反应。2．根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应确定原电池的正负极。3．结合正负极和电极反应确定电极材料和电解质溶液等，完成原电池装置的设计。4．画出原电池装置图。画原电池装置图时注意电极材料和导线的粗细差异，电解质溶液也要画出，并进行相应标注。【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池()(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极()(3)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(4)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强()(5)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应()(6)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生()(7)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极()(8)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动()(9)反应CaO+H2O=Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能()(10)某原电池反应为Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液()【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×(7)×　(8)×　　(9)×　(10)×考点一原电池的工作原理 【例1】某原电池装置如图所示。下列有关叙述正确的是(　　)A．电池工作中，盐桥中的Cl-向负极移动B．负极反应式：2H++2e-=H2↑C．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变D．Fe作正极，发生氧化反应【答案】A【解析】根据原电池工作原理可知，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl-向负极移动，故A项正确；铁作负极，反应式为Fe-2e-=Fe2+，正极反应式为2H++2e-=H2↑，故B项错误；左烧杯中溶液的pH基本不变，右烧杯中消耗H+，c(H+)减小，溶液的pH增大，故C项错误；总反应为Fe+2H+=Fe2++H2↑，铁作负极，发生氧化反应，故D项错误。【解题技法】【对点训练1】下列关于原电池的叙述正确的是(　　)A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极B．正极反应为Cu2++2e-=CuC．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作D．将铜片直接浸入硝酸银溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同【答案】D 【解析】该原电池中Cu作负极，Ag作正极，电极反应为Cu-2e-=Cu2+(负极)，2Ag++2e-=2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反，故A、B、C三项错误，D项正确。考点二原电池原理的应用【例2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺序是(　　)①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。A．A＞C＞D＞BB．A＞B＞C＞DC．C＞A＞B＞DD．B＞D＞C＞A【答案】A【解析】①活泼性较强的金属作原电池的负极，A、B用导线相连后，同时插入稀H2SO4中，A极为负极，则活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电子由负极→导线→正极，电流方向与电子方向相反，电流由正极D→导线→负极C，则活动性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，说明C为原电池的正极，较不活泼，则活动性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应，说明D为原电池的负极，则活动性：D＞B；所以有：A＞C＞D＞B，A项正确。【解题技法】1．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。2．比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3．设计制作化学电源(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应；(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计的原电池为： 【对点训练2】某实验兴趣小组以Zn和Cu为电极，稀硫酸为电解质溶液研究原电池，并对实验进行了拓展，以下实验记录错误的是()A．铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解B．电子在溶液中从Cu电极流向Zn电极C．把铜片换成石墨，实验现象相同D．把稀硫酸换成硫酸铜溶液，电流计指针依然偏转【答案】B【解析】A项，铜片正极上会析出氢气即有气泡产生，负极锌片逐渐溶解，故A不选；B项，电子不能经过电解质，而是沿导线从负极流向正极，故B选；C项，把铜片换成石墨，仍具备原电池的构成条件，会产生电流，锌做负极，石墨做正极，电极上生成氢气，故C不选；D项，以Zn和Cu为电极，硫酸铜为电解质溶液，发生的氧化还原反应Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4，仍具备原电池的构成条件，可以形成原电池，会产生电流，故D不选；故选B。考点三设计原电池【例3】根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：Zn(s)＋Fe2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋Fe(s)(1)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；(2)注明原电池的正极和负极；(3)注明外电路中电子的流向；(4)写出两个电极上的电极反应。【答案】此原电池的装置简图如图所示：负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)；正极：Fe2＋＋2e－===Fe(还原反应)。以Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu为例： 【对点训练3】一个原电池的总反应方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池可能为(　　)选项ABCD正极CuAlZnFe负极ZnZnCuZn电解质溶液H2SO4CuSO4ZnCl2CuCl2【答案】D【解析】由总反应式可知，Zn被氧化，失去电子，Zn应为负极；Cu2＋被还原，得电子，即电解质溶液应含Cu2＋，由此排除选项A、C，而且正极金属应比Zn活动性弱，可排除B选项。