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第1课时原电池的工作原理第二单元化学能与电能的转化1．电流是怎样形成的？提示电子的定向移动形成电流。2．什么是氧化还原反应？提示有电子得失或共用电子对偏移的化学反应叫氧化还原反应，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。2．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。装置如图所示是________装置，是借助_________反应将_______转化为______的装置。Zn是______，Cu是______，外电路电子由___通过导线流向_____。请分别写出电极反应式和总反应方程式：负极：_________________；正极：Cu2＋＋________________；笃学一原电池总反应方程式：____________________。1.原电池氧化还原化学能电能正极ZnZn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===CuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋CuCu负极2．工作原理原电池原理是把_______________________进行，还原剂在___极上失去电子发生____反应，电子通过导线流向___极，氧化剂在___极上得到电子发生_____反应。氧化反应和还原反应分开负氧化正正还原设计原电池时，用____________的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用____________的物质作为正极，正极从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在____________中，并通过_________的定向运动而形成内电路。放电时，负极上的电子通过导线流向_____，再通过溶液中离子形成的_______构成回路。笃学二原电池的设计1．2．3．还原性较强氧化性较强电解质溶液阴阳离子正极内电路盐桥内盛放的是什么物质？其作用是什么？提示盐桥内通常装有含有琼脂的KCl饱和溶液。离子在盐桥中能定向移动，通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导。使用盐桥将两个半电池完全隔开，使副反应减至最小程度，可以获得单纯的电极反应，便于分析放电过程，有利于最大程度地将化学能转化为电能。【慎思1】原电池形成的条件是什么？提示①两个活泼性不同的电极，其中一个相对来说较活泼，另一个相对来说较不活泼，二者直接或间接地连在一起，插入电解质溶液中。②电解质溶液。③形成闭合回路。④能自发地发生放出能量的氧化还原反应。【慎思2】在原电池内部，电解质溶液中的阴阳离子是如何移动的？提示阴离子移向负极，阳离子移向正极。【慎思3】负极正极电极材料较活泼的金属较不活泼金属或非金属电子流向电子流出的一极电子流入的一极电流流向电流流入的一极电流流出的一极离子移动方向阴离子移向的一极阳离子移向的一极反应类型发生氧化反应的一极发生还原反应的一极电极质量变化电极质量减轻的一极电极质量增加的一极气体产生产生气体的一极(通常为H2)pH变化pH增大的一极(析氢或吸氧的电极中)要点一|原电池正、负极的判断方法将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线、电流计连接成原电池，此电池工作时，下列叙述中正确的是()。A．Mg比Al活泼，Mg失去电子被氧化成Mg2＋【例1】►NaOH(aq)B．负极反应式为：Al－3e－＋4OH－===AlO2－＋2H2OC．该电池的内外电路中，电流均是由电子定向移动形成的D．Al是电池正极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出解析在NaOH溶液中，Al比Mg活泼，作负极，发生的反应为Al－3e－＋4OH－===AlO2－＋2H2O。在外电路电子定向由负极流向正极，但在内电路中是靠离子定向移动形成电流。答案B原电池的电极类型不仅跟电极材料有关，还与电解质溶液的性质有关。如镁铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极，但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液，则铝为负极，镁为正极。在下图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()。【体验1】►MNPA锌铜稀硫酸溶液B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液解析本题通过电极变化来确定电极，N棒变细，即N极上发生氧化反应，N棒金属较活泼，排除A、D，由M棒变粗，可知B不正确。答案C加快氧化还原反应的速率例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快。比较金属活动性的强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4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是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性a＞b。要点二|原电池原理的应用1．2．设计化学电池例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2为依据，设计一个原电池。(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极电极反应式。负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)确定电极材料若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接做负极；若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)做负极。发生还原反应的电极材料必须比负极材料活泼性差。本例中可用铜棒做负极，用铂丝或碳棒做正极。3．(3)确定电解质溶液一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液做电解质溶液。(4)构成闭合回路。寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源用于金属的防护4．5．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，设计一个最简单的原电池。(1)在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为__________________，电极反应式为________________________________________________________________________；负极为______________，电极反应式为______________________________________________________________。(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：【例2】►请回答下列问题：①电极X的材料是________，Y的材料是________，电解质溶液Z是________。②盐桥的作用是_________________________________________________________________________________。③外电路中的电子是从________电极流向________电极。解析本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu－2e－===Cu2＋，2Ag＋＋2e－===2Ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Ag＋得到负极失去的电子，电解质溶液只能用含Ag＋的电解质溶液，如AgNO3溶液。而正极材料的活泼性比Cu弱。在带盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如Cu2＋/Cu或Ag＋/Ag。答案(1)实验装置图如图：Pt(合理即可)2Ag＋＋2e－===2AgCuCu－2e－===Cu2＋(2)①CuAgAgNO3②将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流持续传导③CuAg(1)例析原电池的设计过程：设计思路实例以自发的氧化还原反应为基础2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应氧化反应(负极)：Cu－2e－===Cu2＋还原反应(正极)：Fe3＋＋e－===Fe2＋以两极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液负极材料：Cu正极材料：石墨或铂电解质溶液：FeCl3(aq)画出示意图(2)设计原电池时，若氧化还原方程式中无明确的电解质溶液，可用水做电解质，但为了增强其导电性，通常加入强碱或一般的强酸，如燃料电池，水中一般要加入KOH或H2SO4；若给出的是离子方程式，则电解质溶液是含氧化性离子的酸或可溶性盐，此时电解质可能不唯一。一个原电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的正确组成是()。【体验2】►ABCD正极ZnCuCuZn负极CuZnZnCu电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuSO4解析本题考查原电池的组成，活泼金属为负极，且能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。答案C某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为______________________________________________________________。实验探究三原电池原理的应用——判断金属活泼性【案例】方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极反应式：____________________________________；负极反应式：____________________________________。方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：__________________________________________________________________________________________________，用离子方程式表示其反应原理：_____________________________________________________________________。解析比较或验证金属活动性方案有很多，可以利用金属与酸反应的难易来判断或验证；也可以利用原电池原理，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。答案Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋把铁片插入CuSO4溶液中，一段时间后，观察铁片表面是否生成红色物质Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋